Un moteur qui exploite les ondes sonores

Une start-up a développé un nouveau type de moteur qui pourrait produire de l'électricité avec l'efficacité d'une pile à combustible, mais qui coûte à peu près autant qu'un moteur à combustion interne.

Mur du son: Ce prototype de moteur utilise la thermoacoustique pour transformer la chaleur en électricité.

Etalim , basé à Vancouver, au Canada, affirme que son moteur, à peu près de la taille d'un ballon de basket, pourrait améliorer l'économie de la production d'électricité pour la cogénération d'électricité et de chaleur dans les maisons, et comme moyen d'exploiter la chaleur produite par les capteurs solaires à concentration. L'entreprise a créé un prototype, mais n'a pas encore atteint le type d'efficacité (plus de 40 %) que ses modèles informatiques indiquent être à portée de main.

L'appareil partage certains principes d'un moteur Stirling, dans lequel une source de chaleur externe est utilisée pour dilater une quantité fixe de gaz de travail (généralement de l'hélium), qui se contracte ensuite lorsqu'il est poussé dans un espace plus froid. Ce cycle expansion-contraction se répète, transformant la chaleur en travail mécanique en entraînant un piston.

Le PDG d'Etalim, Ron Klopfer, affirme qu'un problème fondamental avec les moteurs Stirling est qu'ils doivent fonctionner à des températures et des pressions très élevées pour être efficaces, ce qui rend difficile le maintien du gaz scellé à l'intérieur du cylindre qui enveloppe le piston. À ces températures, vous ne pouvez pas utiliser les méthodes traditionnelles de scellage, dit-il. Vous ne pouvez pas utiliser de caoutchouc, de lubrifiants. Il doit s'agir de métal sec sur métal, et ce sont des pièces de haute précision très chères qui entraînent des coûts élevés.

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• Voyez comment fonctionne le moteur.

Le fondateur et scientifique en chef d'Etalim, Thomas Steiner, a vu une opportunité d'éliminer toutes les pièces de frottement et les joints sujets à l'usure et aux fuites en utilisant une conception basée sur la thermoacoustique, qui utilise la chaleur pour contrôler l'intensité des ondes sonores dans une cavité scellée.

Enfermé dans le noyau du moteur d'Etalim se trouve une plaque de métal qui remplace la fonction d'un piston dans un moteur Stirling conventionnel. Lorsque l'hélium sous pression sur la face supérieure de la plaque métallique est chauffé, les ondes sonores traversant le gaz sont amplifiées, faisant vibrer la plaque et un diaphragme métallique en dessous (séparé par une couche plus froide d'hélium) s'enfonce sur un arbre. Tous les frottements mécaniques sont éliminés. L'arbre est relié à un alternateur qui produit de l'électricité.

La vibration de la plaque ne déplace l'arbre que de deux dixièmes de millimètre par cycle, de sorte que peu d'hélium est déplacé à chaque cycle. Mais le moteur atteint un rythme rapide de 500 cycles par seconde. Si vous passez à la haute fréquence, vous pouvez en tirer plus de puissance, explique Greg Swift, expert en thermoacoustique chez Laboratoires nationaux de Los Alamos qui a vu une première version du moteur d'Etalim. Steiner a vraiment fait du bon travail en prenant une direction différente [de conception] et en ne faisant aucune erreur.

L'entreprise a des objectifs ambitieux. Un premier prototype, achevé l'année dernière, a démontré que le concept fonctionne, mais qu'une chaleur relativement faible a été utilisée, de sorte que son efficacité n'était que de 10 %. Un deuxième prototype qui vise une efficacité de 20 à 30 % à 500 °C est attendu ce printemps.

Un produit commercial avec une efficacité de 40 pour cent fonctionnant à 700 °C est visé pour 2012. Il sera initialement vendu comme un concurrent moins cher et plus durable aux piles à combustible utilisées pour la cogénération résidentielle. La société pense pouvoir fabriquer le moteur pour moins de 1 $ le watt et a un objectif à long terme de 15 cents le watt, ce qui le rendrait moins cher qu'un moteur à combustion interne comparable.

Tout pour nous permettre d'atteindre une efficacité de 40 % est conforme à ce que nous avons vu jusqu'à présent avec notre prototype, déclare Klopfer, ajoutant que 50 % est l'objectif à plus long terme. Pour passer de 40 à 50 %, il faut élever la température à 1 000 °C, ce qui nécessite un peu d'utilisation de céramique.

Mike Hayden , professeur de physique à l'Université Simon Fraser, affirme que la conception d'Etalim est prometteuse, mais que de nombreux travaux d'ingénierie sont à venir pour prouver que l'appareil peut supporter des températures élevées et atteindre le type d'efficacité qui le ferait se démarquer. Mais il ne fait aucun doute que ces gars ont quelque chose d'intéressant, dit-il.

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