Des révolutions dans le moteur : le moteur à piston annulaire « tri-lobique »

Pour une meilleure exploitation des flux d’énergie naturelle Auteur et inventeur : Pascal HA PHAM

Résumé : contexte et but de l'invention.

Depuis toujours, la nature disperse beaucoup d’énergie à la surface de la planète, pourtant l’homme n’utilise que bien peu de la puissance contenue dans cette multitude de flux. Ces flux sont variés, différents, fugaces, inconstants, capricieux ou violents, comment mieux les utiliser ?

Des franges, des champs entiers d’énergie naturelles sont actuellement en « friche » : énergies très faibles et vulgaires des courants d’air, très brutales et imprévisibles des tempêtes, très fortes des ascendants sahariens, ou encore irrégulières en régime et/ou en nature de la géothermique volcanique, énergie lissée des cours d’eau lents, des torrents rapides...énergie solaire, force marines, tout cela sera t-il un jour rendu plus disponible aux consommateurs ?

Tant pour une production individuelle que pour une production lourde et massique, il devient urgent de mieux organiser la suite dans notre quête, ou plutôt notre boulimie humaine, mais insuffisamment partagée, d’énergie domestique.

Face à une gestion déraisonnable, excessive voire même risquée des énergies fossiles et de l’énergie nucléaire, il y a matière à retrousser nos méninges, à innover, inventer, à tester de nouveau concept de machines adaptées. Mieux tirer parti de toutes ces richesses qui se dispersent : inventons vite les machines génériques qu’il faut pour accéder à l’immense générosité naturelle.

Figure 1 : photo de l’intérieur d’un petit moteur à piston annulaire « tri-lobique », cylindrée 117 cm3

1. Introduction, questions

Quelques questions de fond : Que faudrait-il pour mieux réussir le challenge du 21eme siècle, ce challenge de l’énergie « mieux convertir la gamme entière des flux d’énergies naturelles » ?...

Quelles machines simples pour quelle source ? Quels critères de viabilité ? Quel périmètre de fonctionnement ? Quels sont les éventuels systèmes complémentaires requis pour l’adduction et ou le formatage du flux naturel ? Quels critères pour caractériser la simplicité et la vulgarisation requise de la machine, de l’ensemble machine + système d’adduction ? Localisation des zones énergétiques de la planète ? Ces zones correspondent-elles aux zones de forte densité de population, donc de consommation ? Réalisme des interconnections ? Sur de tels projets, quels doivent être les contributeurs ? Comment extraire du vivier des inventions actuelles les machines simples, efficaces et polyvalentes de demain ? Comment innover concrètement et efficacement en portant une bien plus grande attention/acuité aux énergies naturelles ?

Je vais tenter des amorces de réponses...des amorces de solutions.

2. Etude de l'existant : les machines génériques actuelles

Comment répondent nos machines actuelles à cette quête d’énergies renouvelables ?

Ces machines sont généralement mono type de fluide (compressibles ou incompressibles) et n’acceptent pas ou peu les irrégularités de fonctionnement (irrégularités d’alimentation, changement rapides de régime de rotation, inversion de sens), les périmètres et plages de fonctionnement sont encore trop étroits, trop spécialisés, trop rigides. Face à une nature large, diversifiée, changeante qu’avons-nous déjà mis en oeuvre ?

a) Les éoliennes

Celles utiles pour moudre du grain ou pour monter de l’eau ont été quelque peu oubliées…seules les éoliennes permettant de produire « massique ment » de l’électricité ont eu récemment un fort développement.

Elles deviennent monstrueuses parce que l’homme les veut puissantes et leur fonctionnement est efficace avec des vents supérieurs à 15km/h et inférieurs à 80 km/h.

Hors de cette plage elles ne produisent pas ou sont dans une zone de risques critiques de fonctionnement. De vastes champs d’éolienne sont en construction et en exploitation.

b) Les turbines hydrauliques

L’énergie des chutes d’eau est utilisée depuis fort longtemps, elle doit cependant être sérieusement formatée au travers de déversoirs, retenues ou d’installation gigantesques du type barrage pour qu’en sortie du système une turbine, par exemple du type « Pelton » (fonctionnant à haute pression), puisse alors entraîner un alternateur et produire de l’électricité.

Au delà de ces 2 machines génériques bien connues, y en a t-il réellement d’autres avec une utilisation aussi vulgarisée ?
Je crois que non...pourtant la pompe à bélier hydraulique de Montgolfier a été une admirable machine générique inventée et conçue au 18eme siècle et étrangement oubliée de nos jours.

L’usine marémotrice de la RANCE est un cas à part, un système et non une machine générique.

D’autres machines, conçues pour d’autres conditions de fonctionnement, peuvent aussi être adaptées en machine à convertir les flux naturels : moteur à explosion interne, à vapeur à piston bielle manivelle, turbine à gaz, moteur à palettes, moteur hydraulique à engrenage ou autre. Toutefois l’adaptation à l’alimentation avec des fluides naturels les rends souvent encore plus complexes et de ce fait elles deviennent pointues et exigent des conditions de fonctionnent spécifiques et très rigoureuses. En dehors de leur étroit périmètre, elles ne fonctionnent plus ou affichent des rendements extrêmement faibles : administrons un fluide naturel en pression dans la chambre de combustion d’un moteur à combustion interne alors qu’il est au point mort bas. Il n’a aucune motricité sur un cumul angulaire relativement important.

3. Eléments de réponses

Au niveau du recensement des machines, force est de reconnaître que nous n’avons pas autant d’outils ou de machines, qu’il en faudrait, par exemple nous ne savons pas bien exploiter la puissance des énergies marines : houle, vagues, ni celle des vents extrêmement forts, des tempêtes, au cap Horn par exemple, ni encore la puissance des ascendant saharien, ni facilement la puissance de la géothermie volcanique périodique/saccadée, ni celle des courants d’air vulgaires pourtant omni présents.

Et si ces énergies ne nous sont pas facilement accessibles n’est ce pas fondamentalement à cause de cette piètre richesse de notre catalogue de machines génériques ?

En résumé les critères de viabilités, les machines actuelles sont « génétiquement » très enfermés ciblés, pour une nature de fluide très précise. Un périmètre de fonctionnement strict, et une implantation spécifique. Pour illustrer ces dires, on ne pourra jamais alimenter une éolienne avec de l’eau, la faire fonctionner sous les vents très forts des quarantièmes rugissants ni la positionner de tel sorte qu’elle puisse exploiter les ascendants sahariens, ou encore impossible de la mettre en production montée sur le pont d’un bateau ( sauf les toutes petites bien entendu ).

De même une turbine hydraulique ne pourra fonctionner qu’à l’eau dans le périmètre très organisé d’une retenue ou d’un déversoir, la même machine exposée à la houle ou aux vagues ne produira pratiquement rien si ce n'est restera immobile.

Une nouvelle génération de machine générique devra donc être caractérisée par des angles d’utilisation, un périmètre et une plage de capacité à produire bien plus ouverts et sous tous les aspects disponibles dans la nature : changement d’état du fluide possible (vapeur–eau chaude et vice versa) en production source géo thermie volcanique par exemple.

Changement de régime accepté et redémarrage en tout point du cycle ( pression-dépression et vice versa ) en production source houle marine.

Un recensement des sources ( géographique et par nature ), une bibliothèque des équipements de formatage ou d’acheminement des flux et un développement de l’éventail des machines doivent servir d’appui à l'innovation.

4. Quelles nouvelles exigences ou critères ?

« flux fugaces, inconstants capricieux ou violents »

S’il fallait dresser un cahier des charges pour organiser le fonctionnement d’une nouvelle machine.

a) La polyvalence :

Une polyvalence d’aptitudes d’alimentation au regard de l’éventail des fluides d’alimentation disponibles – compressibles et incompressibles

b) L’inertie minimale :

Une inertie interne très faible pour accepter les variations brusques d’intensité d’alimentation et aussi tous changements inopinés du sens de rotation.

c) La pérennité du mouvement :

Un cycle parfait de fonctionnement en rotation, c’est à dire 100% du cycle produisant de la motricité sans aucun point mort.

d) La régularité :

Du couple à bas régime et une constance de la valeur du couple restitué sur la totalité du cycle.

e) Le rendement :

Un fonctionnement volumétrique évitant les pertes d’énergies et pouvant récupérer et convertir le moindre quantum d’énergie introduite sous forme de pression débit.

f) L‘autonomie de démarrage :

Une capacité à démarrer seule, au gré de l’alimentation naturelle.

g) La réversibilité :

Un fonctionnement en pression aussi bien qu’en dépression, seul le sens de rotation est affecté.

h) La simplicité :

Une simplicité de conception et de fabrication et une rusticité de fonctionnement qui doivent assurer une pérennité de la tenue dans le temps et une maintenance facile y compris dans des conditions d’intervention naturellement difficiles.

i) La modularité :

Une aptitude à être organisés/accouplés en système multi machines pour additionner les puissances.

5. Exemple d’une machine répondant aux nouvelles exigences

Le moteur convertisseur rotatif à piston annulaire tri-lobique répond aux critères cités plus haut.

Ce nouveau concept de moteur est très caractéristique quant à ses propriétés par rapport à tout ceux qui existent jusqu’à maintenant :

- Cycle heurté
- Bi centre de rotation fictif
- Volumétrique
- Concept à deux étages dissociables deux moteurs en un)
- Polyvalence d’alimentation de fluide (compressibles, incompressibles, chauds, froids)
- Polyvalence de régime d’admission (pression, dépression)
- Polyvalence de fonctionnalité (moteur, pompe)
- 100 % du cycle est moteur (pas de point mort)
- Toujours couple maxi sur un cycle
- Démarrage en charge (pas de lancement ni de recours à un dispositif de démarrage)
- Très faible seuil de puissance, en admission de fluide au démarrage.
- Inertie très réduite du fait de la simplicité de conception

Expérimentalement plusieurs moteurs tournent et expérimentalement tournent bien, les visiteurs de différents salons, expositions et concours ont pu le vérifier publiquement depuis la fin 2004 , un démonstrateur permet de produire de l’électricité – 6volts 3 Watts - en public en soufflant dans l’admission avec le seul souffle humain ( soit quelques dizaines de Pascal )

6. Adaptations et organisations des machines

Production massique et industrielle.
A partir des vents latéraux au dessus des 80km/h actuellement critiques, un module statique d’adduction/formatage du type venturi ou manche à air est alors requis, les machines sont disposées au sol ou dans des locaux enterrés, l’alimentation se faisant par de simples conduits.

Implantation possible sur un gros bateau.
A partir des forces marines de la houle, des vagues et des marées, un système statique d’adduction du type tube de pression dépression ou canalisation de prise de force d’énergie liquide est alors requise.

A partir des ascendants du type Saharien (avec cheminée de dépression).

Production individuelle domestique
A partir de la gamme de vents courants
A partir des petits torrents et des cours d’eau lent en plaine. A partir de la vapeur obtenue en chauffe solaire.

A partir de la géothermie volcanique hyper active et intense (avec tuyauterie et filtres)
La puissance serait indexée au potentiel de puissance d’un flux naturel supérieur à la dizaine de KiloWatts par l’accouplement de nombreuses machines génériques.

Production portative
A partir de la gamme entière des flux avec capacité à passer de l’un à l’autre sans changements de machine. Puissance contenue dans la gamme de la centaine de Watts.

7. Survol des grandes zones énergétiques de notre planète

Zones de vent latéral
Les zones de forts vents latéraux sont surtout situées en façades maritimes, avec quelquefois des tempêtes quasi continuelles. Le Cap Horn, les quarantièmes rugissants, les pôles, vents catabatiques...

Zones de vents ascendants
Les zones de désert chaud avec un potentiel de chauffe directe de plus de 2000 Watts au m2 quand le soleil est au zénith.

Zones d’énergies marines
Les mers en comptant sur la puissance des vagues, de la houle, des marées.

Zones de forte activité volcanique et géo thermie associée.
Force est de constater que bon nombre des zones intensément énergétiques sont quelque peu hostiles pour l’homme et donc peu habitées.

8. Synthèse et conclusion

Le potentiel de notre planète en terme d’énergie renouvelable est immense.

L’impétuosité et l’irrégularité des flux naturels n’a pas incité les hommes a y chercher des issues pour son besoin croissant d’énergie. Avec l’émergence de pays comme la Chine ou l’inde, ces besoins deviennent boulimique et il est maintenant urgent de chercher et trouver d’autres méthodes d’exploitation durables, les énergies actuelles, fossiles ou même le nucléaire, ne suffiront plus bien longtemps, tournons nous vers l’exploitation des flux naturels et activons notre matière grise comme nous avons su le faire en son temps pour l’automobile ou l’avion : inventons de nouvelles machines, de nouveau moteur ou convertisseurs.

La pérennité de notre niveau de vie en dépend, plus largement en dépend aussi l’avenir de l’humanité industrielle et de l’humanité tout court...

Il est certain que tout n’a pas été découvert ou exploité en terme d’invention de moteurs ou de machines rotatives : pour preuve un nouveau concept de moteur rotatif à piston annulaire tri-lobique voit le jour : il n’avait jamais été évoqué ni expérimenté jusque là.

L’énergie créatrice pour inventer et mettre au point des concepts de machines à convertir les flux naturels doit être un nouveau souffle pour les générations actuelles de chercheurs et ces machines doivent impérativement être propres et s’inscrire pleinement dans la perspective du développement durable.

9. Expositions, références et brevets déposés.

a) Exposition et conférences

Depuis la fin 2004 la machine a été présentée dans plusieurs expositions et salons publics :

- Mondial de l’invention et de l’innovation parc des expo de la porte de Versailles à Paris en décembre 2004 avec un premier prix.

- Mondial de la maquette et du modèle réduit en Avril 2005 et Avril 2006 parc des expo de la porte de Versailles à Paris.

- Salon du modélisme de Sannois en septembre 2005

- Salon de l’habitat à Romorantin/Lanthenay en octobre 2005

- Salon des inventions à ORANGES/JONQUIERES en octobre 2005.

b) Brevets déposés

- Premier brevet déposé : FR2851011

"Internal rotational combustion engine, has piston of annular tri-arc form within chamber having bi-arc form and external toothed hexa-arc gearwheel fit on one end of annular piston "

10. Les prototypes existants

Ils sont au nombre d’une vingtaine et ont été adaptés à différentes démonstrations pour simuler/reproduire des fonctionnement en régime de pression/dépression/débit de flux naturels. Voici une serie de photos présentant ces différents montages ( cliquez sur l'image, sauf l'animation, pour agrandir )

Reprise fondamentale de fonctionnement du moteur ENKEL ROTATIF version sans chambre de combustion

Ensemble cylindre piston de laboratoire

Moteur de laboratoire
 

Cylindre Piston

Montage 3Cylindres

Montage avec générateur

PROTO N°1
 

PROTO N°2
 

PROTO N°3

11. La suite du projet en termes de souhaits et besoins

- Caractériser scientifiquement le concept comme l’on étés les autres machines ou moteurs actuels, calculer les rendements théoriques et réels.

- Développer les différents axes d’exploitation du concept : études de matériaux, dynamique des fluides et thermodynamique.

- Mettre au point des machines « grand public ».

Si le projet vous intéresse et que vous souhaitez en savoir plus, vous pouvez contacter l'auteur, via notre page contact bio-mag qui transmettra (merci de précisez, pour information, que vous avez découvert son invention via bio-mag.fr).