mise à jour
le 22/03/05
Questions fréquentes concernant les moteurs Stirling 1.x et 3.x
 


> mon moteur ne fonctionne pas !

normalement, en suivant les plans et en conservant les matériaux indiqués, ça devrait fonctionner, mais...

si ce n'est pas le cas lors de la première mise en route, essayez de créer une différence de température importante entre les deux plateaux

par exemple, vous pouvez placer votre moteur au dessus d'un récipient d'eau très chaude et disposer des cubes de glace sur le plateau supérieur, puis lancer doucement le volant à la main dans un sens et dans l'autre - en effet le sens de rotation dépend du déphasage de + ou - 90° que vous avez réglé entre le piston et le déplaceur (une indication toute bête, mais peut-être pas inutile, ces petits moteurs, pas plus que ceux des voitures, ne démarrent tout seuls : il faut obligatoirement les lancer à la main !)

si dans ces conditions il ne tourne toujours pas, c'est qu'il y a vraiment un problème...

cela peut provenir de :

- l'étanchéité :

pour vérifier l'étanchéité, vous pouvez par exemple, après avoir déconnecté la bielle du piston moteur, vous assurer que sur une source de chaleur modérée, la membrane se soulève et s'abaisse d'elle même lorsque vous bougez le déplaceur d'un plateau à l'autre.

un moyen un peu plus "scientifique" consiste à confectionner un manomètre à eau simplifié avec 1 m de durite silicone (Ø 2 mm int - magasins de modélisme)

sans appliquer de source de chaleur, en connectant à nouveau la bielle du piston moteur et en tournant le volant à la main, on peut voir le liquide se déplacer de quelques cm de part et d'autre du point d'équilibre (1 cm de différence entre les niveaux correspond à une pression d'environ 1 gf/cm2)

si on arrête le volant au PMH (piston moteur en position haute), la différence entre les niveaux est à son maximum, et on peut alors vérifier l'étanchéité du moteur en observant le temps que met le manomètre pour retourner au point d'équilibre (pression = 0)

selon l'étanchéité du moteur, la durée peut varier de quelques secondes à plusieurs minutes, mais pour qu'il fonctionne, il est nécessaire que ce retour à l'équilibre soit assez nettement supérieur à la durée d'une révolution : pour un moteur susceptible de tourner à 60 t/min, comptez entre 5 et 10 secondes

n'oubliez pas :
- d'assurer l'étanchéité au niveau des 4 vis qui fixent les entretoises (m) en laissant s'infiltrer une goutte de colle cyanoacrylate (liquide) entre les têtes de vis et la surface du plateau
- de déposer une dernière goutte d'huile à l'endroit où le coulisseau (v) pénètre dans la glissière (f)
(repères page 3.1)

- les frottements :

la puissance fournie par ce type de moteur étant très faible (15 mW convertis en énergie mécanique sur le 1.2) il faut que les frottements soient aussi réduits que possible au niveau du coulisseau et des paliers.

un test simple consiste à débrancher toutes les bielles et à lancer le volant à la main : le CD doit tourner une cinquantaine de tours avant de s'arrêter, qu'il soit équipé de roulements ou de billes de verre.

si vous utilisez des paliers en perles de verre, il est très important d'utiliser un axe en corde à piano de Ø 0,8 mm - si vous utilisez un axe fait dans un autre matériau, ou bien il ne sera pas assez rigide, ou bien vous devrez augmenter son Ø et les forces de frottement seront trop élevées.

si vous avez monté l'axe du volant sur des roulements, l'axe peut avoir dans ce cas une section plus importante - mais je vous conseille cependant de continuer à utiliser de la corde à piano Ø 0,8 mm et des perles de verre pour le guidage vertical du déplaceur - ce dispositif, une fois huilé, assure une bonne étanchéité et des frottements réduits.

- le déphasage :

très important, avez-vous bien respecté le déphasage de 90° entre le mouvement du déplaceur et celui du piston moteur ? C'est vrai que pour favoriser le couple ou la vitesse de rotation, on peut jouer un peu sur cette valeur, mais pour les premiers tests conservez 90°.

- les entretoises (uniquement pour les moteurs de la série 3.x) :

les plateaux de la série 3.x, réalisés dans des feuilles d'alu de 0.8 mm ne sont pas assez rigides par eux-mêmes - si l'on omet d'installer les 2 entretoises indiquées, au lieu que ce soit le piston moteur qui se déplace, ce sont les plateaux qui se déforment de quelques 1/10 de mm, et bien sûr, le moteur ne tourne pas...

Important : les 2 entretoises doivent impérativement être réalisées en matière plastique (polyamide, résine acétale, etc.) afin d'éviter de créer un pont thermique entre les deux plateaux - pour la même raison, elles seront fixées par 2 vis indépendantes et non par un boulon traversant

 

> je voudrais avoir davantage de conseils pour réaliser mon premier moteur Stirling !


Joël Delasausse à réalisé une page très intéressante dans laquelle il relate, de façon détaillée et imagée, la construction de son premier moteur de type 3.X - il a pensé à prendre des photos à chaque étape de la construction - c'est une très bonne idée, et je regrette de ne pas l'avoir eue plus tôt ! ... ;-)

 

> comment réaliser la membrane thermoformée ?


ce n'est pas très compliqué : il faut fabriquer la forme que l'on souhaite obtenir dans du bois ou de la résine de carrossier (photo de droite), puis la coller sur une feuille de carton ou de contreplaqué, et enfin la percer de petits trous de Ø 1 mm

ensuite, tout en maintenant la membrane en position (avec de l'adhésif), on la chauffe à bonne température avec un pistolet thermique

lorsqu'elle est assez chaude, les petits plis de surface disparaissent, et il suffit alors d'aspirer par en dessous (avec un aspirateur) et de laisser refroidir le tout en continuant d'aspirer

sur la photo de droite, les rectangles noirs sont des pastilles d'adhésif double face qui servent à maintenir la membrane en position - elles présentent le défaut de ne fonctionner qu'une ou deux fois, aussi il faut les recharger avec de la colle repositionnable entre chaque opération

attention, cette méthode n'est valable qu'avec des membranes en vinyle (morceaux prélevés dans des gants jetables), et la forme représentée ne convient qu'aux emballages transparents de pellicules 24 x 36 (... et pas du tout aux boîtiers noirs avec bouchons gris...)

 

> où peut-on trouver les billes de verre ?


dans tous les bons magasins de bricolage, au rayon consacré aux loisirs artistiques : dessin, modelage, peinture - il y a toujours dans un coin des sachets de perles de verre destinées, je pense, à réaliser des colliers ou des bracelets...

 

> comment réalise-t-on l'équilibrage statique ?


la méthode la plus directe consiste à peser les éléments accrochés à chaque manivelle (côté déplaceur et côté piston moteur), puis à faire un rapport de bras de leviers, et compenser par des poids d'équilibrage

une autre méthode, qu'autorise le déphasage à 90°, c'est d'équilibrer séparément, et par tâtonnement, les deux équipages mobiles : en plaçant le piston moteur au PMH ou PMB, la tête de bielle du déplaceur se trouve sur un axe horizontal passant par l'axe du volant et l'entraîne vers le bas - il suffit alors de placer à l'opposé une petite masse qui l'équilibre dans cette position - et on recommence la manip pour la bielle moteur...

c'est d'ailleurs un bon moyen de vérification de la première méthode, mais il faut bien sûr que le volant tourne très librement...

 

> quel débattement la membrane moteur doit elle avoir ?


la bielle moteur ne doit pas forcer la membrane : un débattement supplémentaire de 1 mm de part et d'autre des points morts haut et bas me semble être un bon compromis.

je procède comme ça : je déconnecte la tête de bielle et je vérifie que sous le poids de la bielle, du piston et de la membrane, l'axe de la tête de bielle descend d'environ 1 mm sous celui de la manivelle au PMB - ensuite je retourne le Stirling de 180°, je fais pivoter la manivelle pour qu'elle se positionne au PMH, et je contrôle que l'axe de la tête de bielle est de 1 mm sous l'axe de la manivelle

... je ne sais pas si j'ai été très clair... ;o)

alors pour résumer : le débattement libre de la membrane doit être supérieur de 2 mm à la course de la manivelle.

 

> comment faire pour évaluer la puissance ?


- 1 - si l'on veut mesurer la puissance mécanique disponible, une méthode assez simple consiste à poser le moteur sur une balance électronique sensible au 1/10 g et à freiner plus ou moins le volant avec deux cotons-tiges - ils seront placés de part et d'autre du volant, dans le plan horizontal passant par son axe, de façon à obtenir une composante verticale - on utilise ensuite la formule classique : puissance (W) = couple (m.N) x oméga (radians/s)

(si on en a la possibilité, on peut enregistrer la scène en vidéo, en énonçant les variations de poids lues sur la balance - ensuite, en repassant le film image par image, on récupère les valeurs du couple associées à chaque vitesse de rotation - du fait de l'inertie du volant et de la faible puissance disponible, la vitesse de rotation varie assez lentement, et il suffit de quelques tours pour qu'elle se stabilise et pour lire la variation de poids sur la balance)

(j'ai réalisé aussi quelques tests rapides avec le moteur version 1.2, et il semble possible d'utiliser le générateur de courant pour évaluer la puissance produite - après avoir redressé et filtré le courant, on pourra mesurer la puissance électrique et en déduire la puissance mécanique - mais cette méthode ne semble pas applicable aux faibles vitesses de rotation, car en court-circuitant les bobines, le moteur tourne encore à plus de 100 t/min)


- 2 - s'il s'agit de mesurer la part de l’énergie thermique convertie en énergie mécanique, la méthode classique est celle du tracé du diagramme (p,V), décrite en détails dans la page du Blue Stirling

(la différence entre les mesures 1 et 2 permet d'évaluer la puissance mécanique dissipée en frottements)

 

> comment est réalisée l'étanchéité au niveau du guidage de l'axe du déplaceur ?

la viscosité du film d'huile est suffisante pour assurer l'étanchéité jusqu'à une pression de l'ordre de 40 gf/cm2 - la pression courante dans un modèle 3.X ne dépasse guère 3 gf/cm2...

la méthode employée pour relever la courbe est assez rudimentaire : sur l'une des canules, on connecte le manomètre, et sur l'autre on branche un tuyau dans lequel on souffle... lorsque le film d'huile se rompt sous l'effet de la pression, on entend distinctement le bruit de petites bulles d'air qui éclatent à la surface... il suffit ensuite de maintenir la pression juste à la limite de l'apparition des bulles...