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Les voitures à air

Retour 20 septembre 2018

L’air comprimé est un vecteur d’énergie qui permet, de façon viable, un usage aussi bien pour le transport de personnes que de marchandises.

 

Histoire des véhicules à air comprimé

 

On ne peut pas dire que l’utilisation de l’air comprimé comme vecteur d’énergie et moyen locomoteur soit une technologie récemment apparût. En réalité, à la fin du XIXème siècle apparaissaient déjà les premiers essais de ce qui pourrait un jour devenir un véhicule fonctionnant à air comprimé, avec l’arrivée des premières locomotives pneumatiques. De plus, deux siècles auparavant, il semblerait que Denis Papin avait déjà eu l’idée d’utiliser l’air comprimé (Royal Society London, 1687).

 

En 1872, le moteur Mekarsky a été utillisé pour le transport urbain, sous la forme d’un piston à une seule phase. Il représenta une avancée très importante dans le secteur des moteurs pneumatiques pour son utilisation avant-gardiste de la thermodynamique qui proposait le réchauffement de l’air à travers des réservoirs d’eau bouillante, ce qui augmentait son niveau d’autonomie entre les charges. De nombreuses locomotives ont ainsi été construites et plusieurs lignes régulières ont pu être ouvertes (la première à Nantes en 1879). En 1892, Robert Hardie inventa un nouveau système de chauffage qui permettait dans le même temps d’augmenter l’autonomie du moteur.

 

Il fallut attendre jusqu’à l’année 1896, pour que Hoadley-Knight introduise la première locomotive de transport urbain. Pour ce faire, il s’est basé sur le fait que si on retient l’air dans un moteur, il faut plus de temps pour absorber la chaleur qui augmente l’autonomie. C’est la raison pour laquelle fut introduit le moteur à deux phases.

 

On se rappellera toujours de Charles B. Hodges comme étant le véritable père du concept de l’air comprimé appliqué à la voiture. Ce fut la première personne qui inventa non seulement une voiture équipée d’un moteur à air comprimé, mais qui rencontra également un véritable succés commercial. La compagnie H.K. Porter de Pittsburg a vendu des centaines de véhicules du même type à l’industrie minière de l’est des Etats-Unis pour la sécurité que cette méthode de propulsion représentait dans ce genre d’utilisation. Plus tard, en 1912, la méthode de l’américain fut améliorée par les européens qui ajoutèrent une nouvelle phase d’expansion au moteur (3 phases).

 

En Janvier 1932 est parût ce qui semble être le premier article journalistique concernant une voiture fonctionnant à air comprimé.

 

La première locomotive hybride, fonctionnant au Diesel et à l’Air Comprimé est arrivée en 1930 en Allemagne. Les pressions émanant de l’industrie du pétrole dans le secteur du transport étaient tellement importantes que ce secteur est resté bloqué à toute recherche. Après la seconde guerre mondiale, le terme de « moteur à air » n’a jamais plus été utilisé dans les livres et textes traitant de l’air comprimé et des locomotives pneumatiques et, si on y faisait référence, c’était pour les qualifier de moteurs peu fiables ou peu efficaces.

 

En 1979, Terry Miller décida que l’air comprimé était le système de stockage d’énergie parfait. Il développa la Air Car One dont la construction coûta $1500 et il déposa un brevet. Les moteurs de M.Miller démontrèrent qu’il était possible de construire une voiture fonctionnant à air comprimé et il breveta sa méthode en 1983 (US4370857).

 

Les avantages de l’air comprimé comme vecteur d’énergie

 

L’air comprimé, appliqué à un véhicule, nous apporte de nombreux avantages face aux autres véhicules avec un moteur à explosion ou un moteur éléctrique.

 

Ce système peut également être incorporé dans un véhicule hybride, par exemple, avec des bonbonnes d’air comprimé et des batteries à propulsions éléctriques supplémentaires, permettant d’obtenir un véhicule hybride à propulsion éléctrico-pneumatique.

 

Avantages d’un véhicule à air comprimé

 

Le prix nécessaire pour comprimer l’air afin que ce dernier soit utilisé comme système de propulsion d’un véhicule est inférieur au coût énergétique d’un moteur à explosion. L’air est abondant, économique, transportable, stockable et surtout, non polluant. La technologie de l’air comprimé réduit de 20% le coût de production d’un véhicule puisqu’il n’est pas nécessaire de construire un système de refroidissement, un réservoir à combustible, des boujies ou un silencieux. L’air, en lui même, n’est pas inflammable. La conception méchanique du moteur est simple et robuste. Il ne subit pas l’effet de la corrosion des batteries à chaud. Son coût de fabrication et d’entretien est inférieur. Les bonbonnes d’air comprimé peuvent être éliminées ou recyclées de façon moins polluante que les batteries. Les bonbonnes d’air comprimé ont une durée de vie plus longue que celle des batteries, ces dernières ayant des problèmes de dégradation au fur et à mesure que le nombre de charges augmente. Le réservoir peut être rempli plus fréquemment et en moins de temps que ne peuvent se recharger les batteries.

 

Emmagasinage de l’énergie

 

L’emmagasinage d’énergie avec de l’air comprimé est une méthode non seulement efficace et propre mais également économique. En 1973, CAES (Compressed Air Energy Storage) à installer en Allemagne la première usine d’emmagasinage d’air comprimé, en utilisant les cavernes naturelles du sous-sol comme magasin. Plus tard, des entreprises similaires ont été installées aux Etats-Unis (Alabama et Ohio).

 

Ces usines sont conçues pour opérer sur un cycle journalier, la charge s’effectuant la nuit et la décharge durant la journée.

 

Le fonctionnement ingénieux de ces usines se base sur la récupération de l’énergie éléctrique restante (à bas prix) en dehors des heures de pointe, pour comprimer l’air en le stockant dans des souterrains, puis plus tard en l’utilisant pour alimenter une turbine génératrice pour alimenter le réseau éléctrique pendant les périodes de fortes demandes en énergie.

 

Un exemple plus concret et avec des données fonctionnelles : la centrale installée en Alabama, USA. Dans ce cas, le réservoir à un type de volume constant, à la différence d’autres cas (dans les cas où il y a une connection souterraine avec des nappes d’eau).

 

L’air est comprimé de façon échelonné, avec des refroidissements intermédiaires, ce qui permet un bon rendement dans l’étape d’emmagasinage de l’énergie pendant les périodes où le réseau posséde un excédent d’énergie.

 

Lorsque cette énergie est à nouveau nécessaire, l’air comprimé est utilisé pour alimenter les turbines à gaz, avec un cycle de récupération lui aussi avec un bon rendement thermodynamique, avec combustion et post-combustion, et récupération de la chaleur des gaz de sortie.

 

A première vue, puisque un cycle de récupération s’effectue dans les expanseurs, le rendement total des turbines de gaz normales ne permettrait pas d’atteindre le rendement total que permet ce type d’installation, mais environ 75%. Mais en fait, lors de l’étape de génération, c’est à dire, de transformation de l’énergie accumulée, la totalité de l’énergie générée par les turbines de gaz est utilisée pour actionner le générateur éléctrique, c’est à dire que l’énergie n’est pas dérivée pour actionner les compresseurs, et que ces derniers constituent justement le facteur limitant* du rendement des turbines de gaz.

 

Les renseignements fonctionnels de la première installations de ce type réalisée dans l’état de l’Alabama, USA ont les suivants :

 

Puissance: 110MW Situation: Mac Intosh – Alabama (USA.) Capacité maximum: 26 heures Rapport: 1,7 heures de compression par heure de génération Rendement: 75-76,1 % Coût: 500 U$S/KW (1988)

 

L’air comprimé peut également être utilisé pour décrire la technologie à une échelle plus petite, comme les voitures exploitées pour l’air ou les parcs éoliens qui stockent l’énergie dans des réservoirs en fibre de carbone. Le stockage de l’énergie sous forme d’air comprimé est une solution tout à fait viable pour pouvoir adapter l’irrégularité de l’approvisionnement des turbines éoliennes à l’irrégularité de la demande.

 

Système de collecte d’énergie pour la circulation de véhicules

 

Ce système à pour objectif la production d’énergie éléctrique à bas prix et de façon non polluante. L’inventeur est Nelson Gonzáles Acosta, natif de la République Dominicaine.

 

Le processus pour produire de l’énergie éléctrique se base sur l’installation d’une rampe avec un angle de 45 degrés qui s’abaisse au passage d’un véhicule.

 

Avec ce mouvement descendant un système de plaques est activé qui comprime l’air qui en résulte et le pousse jusqu’à un réservoir dans lequel il est collecté.

 

Cet air comprimé est conduit jusqu’au réservoir à travers un système de conduites. Une fois que l’air est stocké, il est injecté jusqu’à une turbine pneumatique qui provoque le mouvement d’une courroie reliée à un générateur, lequel est chargé de produire l’énergie éléctrique et la distribue au réseau.

 

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Source voitureaair.com 2012

 

 


 

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