Rappelons que techniquement, un moteur est un dispositif permettant de transformer l'énergie de pression ou de détente d'un gaz en énergie mécanique de rotation, et que pour être considéré comme valable, il doit entre autre avoir une géométrie favorable, une efficacité optimum, et exécuter au mieux chacun de ses cycles sans perte de temps.

Le moteur à pistons a littéralement motorisé le 20 ième siècle, mais pourquoi donc est-il si difficile de supplanter une idée vieille de plus d'un siècle ? D'abord, parce que les ressources ont surtout été consacrées à l'amélioration du moteur à piston lui-même, et trop peu d'effort a été consenti à l'analyse conceptuelle de ses faiblesses (ce qui aurait été indispensable à l'orientation des efforts de recherches au cours du siècle dernier), mais aussi et sans doute, parce que nos scientifiques préfèrent l'astrophysique et le nucléaire, aux vulgaires "moteurs à gaz". Or cette vision conceptuelle globale des moteurs vient d'être produite par cette équipe québécoise, et les défauts du moteur à pistons répertoriés sont nombreux et majeurs : D'une part, le vilebrequin produit un mouvement oscillant qui divise les cycles moteur en 4 parties égales, imposant ainsi une médiocre gestion du temps. D'autre part, le temps de séjour du piston dans la zone haute pression est inutilement long, ce qui conduit à 5 conséquences négatives (extraction tardive de l'énergie mécanique, durée excessive d'échange thermique haute température avec les parois, confinement trop long favorisant la production des NOx, pauvre caractéristique d'admission, et des cycles de détente abrégés). De plus, l'extraction de l'énergie mécanique se fait principalement à mi-course alors que le piston est paradoxalement en fuite à sa vitesse maximale, sans oublier que le facteur d'utilisation propulsif du piston dans un moteur 4 temps est de seulement 17% du temps, contre 83 % en traînée. Cependant il faut le dire, le piston a une grande qualité que l'on peut décrire en se rappelant que le cube est engendré par le mouvement d'une surface carré, tout comme le cylindre l'est par celui de la surface d'un cercle : Le volume final de détente du piston est rigoureusement égal au volume généré par le mouvement de sa surface de poussée. Une caractéristique d'apparence banale mais implacable, qui assure que toute l'énergie d'expansion est transférée en énergie mécanique, et qui a permis au piston de résister pendant plus d'un siècle à tout autre concept moteur.

Pour faire mieux, les chercheurs québécois ont d'abord fait abstraction du dispositif, et convenu du profil théorique optimum qu'un moteur idéal devrait avoir pour chaque partie du cycle, en allouant un minimum de temps aux phases de compression et d'évacuation des échappements, et un maximum de temps et de volume à l'admission et à la détente, lesquelles deviennent ainsi plus précoces et peuvent même se poursuivre dans les zones de chevauchement avec la compression et l'échappement. Ils ont de plus exigé qu'à la fin de chaque cycle de détente, le cycle de compression suivant soit en totalité complété, ce qui revient à exiger un facteur d'utilisation propulsif de 100 % (combustion continue). Forts de ces exigences théoriques, plusieurs centaines de brevets ont été étudiés sans qu'aucun ne rencontre simultanément ces critères. Par exemple, le moteur rotatif Wankel utilisé dans les Mazda RX7 permet d'atteindre un facteur d'utilisation propulsif de 75 %, mais le volume de détente en fin de cycle est 3 fois plus grand que celui engendré par le mouvement de sa surface de poussée, ce qui équivaut à une perte improductive de pression des gaz, et conduit à une faible efficacité énergétique. Plusieurs autres concepts moteur présentent des défauts de même nature, et bien qu'ils tournent puissamment, ils sont en fait inaptes à compétitionner le moteur à pistons. Tourner rondement ne suffit pas !

Une fois les objectifs théoriques bien cernés, il reste encore à trouver un dispositif qui produise les profils de pressions recherchés, et cela est loin d'être évident. Le principe largement utilisé par tous les moteurs rotatifs consiste à comprimer le volume inscrit entre une surface de courbure variable et une corde fixe, mais il ne peut malheureusement pas conduire aux caractéristiques recherchées. Des dizaines de voies ont été explorées et finalement, c'est par une étude des moteurs à turbine d'avion, et plus spécifiquement en cherchant à unifier en une seule, la turbine du compresseur et celle de puissance, que la Quasiturbine est née ! Le principe développé a recourt à un rotor à sept degrés de liberté X, Y, q , ø1, ø2, ø3, ø4 confiné dans un contour en forme de patinoire soigneusement sélectionné, afin que le volume final de détente soit rigoureusement égal à celui engendré par le mouvement de la surface de poussée (ce qui garantie au moins l'efficacité du piston). Cette voie est compliquée à développer et à calculer dû au fait qu'un tel contour exact de confinement n'existe pas mathématiquement (ni analytiquement), bien que des contours approchés au 0.001" existent. Une fois optimisés, ces contours sont cependant faciles à comprendre et à utiliser. Ce double optimum permet 4 combustions par tour avec un couple moteur (torque) maximum sur une large plage angulaire, tout en permettant de supprimer deux composants lourds qui limitent les accélérations des moteurs conventionnels : Le vilebrequin et le volant d'inertie.

Le moteur Quasiturbine consiste en 4 chariots, supportant les pivots de 4 pales d'un rotor de forme variable et roulant sur la paroi intérieure d'un stator profilé en forme de patinoire (à la manière d'un roulement à aiguilles). Durant la rotation, la géométrie de l'assemblage du rotor passe alternativement d'une configuration en losange à une configuration carrée. Le dispositif est auto-synchronisé et ne fait usage d'aucune vanne (seulement des fenêtres fixes dans le stator). Le rotor ne requiert pas de support central pour la plupart des usages. La Quasiturbine permet des taux de compression élevés, et comme pour les turbines, l'allumage est requis seulement au lancement puisque la combustion est maintenue continue entre les cycles successifs par un canal d'allumage, qui permet également de produire un taux de surcompression dynamique. La géométrie du rotor permet de résoudre assez simplement les problèmes d'étanchéité. Dû au fait que le centre de la Quasiturbine est libre, les composants électriques immobiles peuvent à la fois se situer sur le noyau central et sur le stator périphérique, et il en est de même pour les pompes ou propulseurs d'embarcations. Comme la Quasiturbine a un fort couple moteur et présente l'avantage de tourner de 4 fois moins vite que les moteurs conventionnels, les boîtes de rapports de vitesse peuvent souvent être supprimées (entre autre dans le domaine du transport) avec un accroissement de l'efficacité. Ces diverses caractéristiques permettent de réduire de près de 70 % le poids de l'ensemble moteur - volant - arbre - boîte de rapport comparativement aux moteurs conventionnels à pistons, et ce avec un niveau extrêmement bas d'harmoniques sur l'arbre (une fluctuation désagréable et nuisible du rpm).

Pas surprenant donc que la Quasiturbine présente des caractéristiques voisines de celles des turbines, tout en conservant la même plage de puissance que les moteurs à pistons: elle fonctionne suivant les principes hydrostatiques, par opposition aux turbines conventionnelles qui ont recourt aux principes hydrodynamiques. Parmi les propriétés remarquables de la Quasiturbine, soulignons son facteur d'utilisation propulsif de 100% (combustion continue, ne requérant pas de bougie d'allumage après le démarrage) permettant une densité de puissance en poids et en volume 4 fois meilleure que celle du moteur à pistons, un cycle thermodynamique amélioré, aucune consommation interne d'énergie dans les accessoires périphériques, une rotation sans vibration avec un haut couple moteur dans la gamme de 150 à 3000 rpm, une réduction du bruit par un facteur supérieur à 20 fois, une production infime de NOx, des possibilités d'accélérations jamais vues, ainsi que le potentiel de fonctionner sans lubrifiant...

La Quasiturbine peut aussi tourner sous hydraulique, pneumatique, vapeur, essence, diesel, gaz naturel, ... Ainsi qu'en mode photo-détonation, et présente la possibilité d'admission séparée et stratifiée du carburant et du comburant pour la combustion directe de l'hydrogène. Cette universalité de la Quasiturbine par rapport aux formes d'énergies en fait un gagnant sur plusieurs fronts.

Les étrangers sont déjà très intéressés par la Quasiturbine ( http://www.quasiturbine.com/ ), mais qu'en est-il de nous ? Nous supportons la recherche scientifique à coup de millions, mais lorsqu'une découverte survient, savons-nous aussi et encore la développer ? Si non, à quoi bon chercher ...

Pour en savoir plus :
Site web : http://www.quasiturbine.com/

Pour prendre contact :
Monsieur Gilles Saint-Hilaire
Par E-mail : saint-hilaire@promci.qc.ca