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Sciences · Énergie et technologies

Le moteur à explosion

Un moteur à explosion, ou à combustion interne, brûle un mélange d’air et de carburant dans un cylindre fermé : la pression des gaz pousse un piston. La plupart fonctionnent selon le cycle à quatre temps, décrit en 1862.

Mis à jour le 3 min de lecture

Le moteur à explosion équipe depuis plus d’un siècle voitures, camions, motos, bateaux, tondeuses et groupes électrogènes. Plus compact que la machine à vapeur, il brûle son carburant à l’intérieur même du cylindre, d’où son nom savant : moteur à combustion interne. Le terme « explosion » est impropre : il s’agit d’une combustion très rapide, et une véritable détonation (le cliquetis) abîme le moteur.

Le cycle à quatre temps

Un piston coulisse dans un cylindre ; il est relié par une bielle à un vilebrequin, qui transforme son va-et-vient en rotation. Des soupapes ouvrent et ferment l’admission et l’échappement.

TempsMouvement du pistonCe qui se passe
1. admissiondescendla soupape d’admission s’ouvre, le mélange air-carburant (ou l’air seul en diesel) entre
2. compressionremonteles soupapes sont fermées, le mélange est comprimé et s’échauffe
3. combustion-détentedescendle mélange brûle, la pression des gaz chauds pousse violemment le piston : c’est le seul temps moteur
4. échappementremontela soupape d’échappement s’ouvre, les gaz brûlés sont expulsés

Un cycle complet demande deux tours de vilebrequin. Dans un moteur à quatre cylindres, les temps sont décalés pour qu’un cylindre soit toujours en phase motrice, ce qui régularise la rotation.

Essence ou diesel ?

Moteur à essenceMoteur diesel
allumagecommandé, par une bougie qui produit une étincellepar compression : l’air comprimé est si chaud que le gazole injecté s’enflamme seul
taux de compressionenviron 9 à 13environ 15 à 20
rendement maximalenviron 35 à 40 %environ 40 à 45 %
atoutsléger, souple, moins de particules et d’oxydes d’azoteplus sobre, couple élevé à bas régime
usagevoitures, motoscamions, engins, navires, voitures parcourant de longues distances

Le rendement est limité par la thermodynamique : en conditions réelles, une voiture n’utilise qu’environ 25 à 35 % de l’énergie de son carburant pour avancer ; le reste part en chaleur dans les gaz d’échappement et le circuit de refroidissement.

Le moteur deux-temps

Dans un moteur deux-temps, admission et échappement se font par des lumières dans la paroi du cylindre, pendant la descente et la remontée du piston. Il produit une phase motrice à chaque tour : il est simple, léger et puissant, mais il consomme davantage et pollue plus. On le trouve dans les petits engins (tronçonneuses, certains scooters) et, en très grand format, dans les moteurs diesel lents des navires.

Une histoire en dates

DateÉtape
1807François Isaac de Rivaz construit un véhicule à moteur à hydrogène rudimentaire
1860Étienne Lenoir commercialise le premier moteur à combustion interne fiable, au gaz d’éclairage, sans compression
1862Alphonse Beau de Rochas décrit le cycle à quatre temps avec compression
1876Nikolaus Otto construit le premier moteur à quatre temps efficace, d’où le nom de « cycle d’Otto »
1885-1886Daimler, Maybach et Benz adaptent un moteur à essence léger à des véhicules
1893-1897Rudolf Diesel brevette puis met au point son moteur à allumage par compression
1957premier moteur rotatif à piston triangulaire de Felix Wankel

Pollution et avenir

Le moteur à combustion émet du CO₂ (environ 2,3 kg par litre d’essence brûlé) et des polluants : oxydes d’azote, particules fines, monoxyde de carbone, hydrocarbures imbrûlés. Pot catalytique (généralisé en Europe en 1993), filtre à particules et normes Euro successives les ont fortement réduits. Le scandale du « dieselgate » (2015) a révélé que certains constructeurs truquaient les mesures d’émissions.

L’Union européenne a prévu que les voitures neuves vendues à partir de 2035 n’émettent plus de CO₂, ce qui favorise la voiture électrique. Le moteur thermique reste cependant dominant dans le parc mondial, dans l’aviation, le transport maritime et les engins lourds, où des carburants de synthèse ou des biocarburants pourraient le prolonger.

Questions fréquentes

Qui a inventé le moteur à explosion ?

Étienne Lenoir construit le premier moteur à combustion interne commercial en 1860 ; Beau de Rochas décrit le cycle à quatre temps en 1862 ; Nikolaus Otto réalise le premier moteur à quatre temps efficace en 1876.

Pourquoi dit-on « moteur à explosion » ?

C’est l’appellation historique, due au bruit et à la rapidité de la combustion. Techniquement, le mélange brûle en une fraction de seconde mais sans détoner ; une détonation, appelée cliquetis, endommage le moteur.

Qu’est-ce qu’une cylindrée ?

C’est le volume total balayé par les pistons de tous les cylindres entre leur point le plus haut et leur point le plus bas, exprimé en centimètres cubes ou en litres. Un moteur de 1,6 litre à quatre cylindres a des cylindres de 400 cm³ chacun.

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