Voiture à Quasiturbine et Air Comprimé

Cette intégration visait à démontrer la faisabilité d'utiliser le moteur Quasiturbine à air comprimé dans une voiture normale mais qui n'utiliserait aucun carburant et n'émettrait donc aucune pollution; l'air étant comprimé électriquement. Les concepts, les matériaux et les pièces utilisés sont simples et conventionnels. Cette réalisation a été faite par des bénévoles passionnés et avec très peu de moyens financiers.

La voiture

Cette micro-voiture a été conçue et fabriquée en France; au Québec, elle était destinée originellement à un usage urbain à basse vitesse (50 kMh maximum), grâce à une motorisation électrique d'une puissance de 5 chevaux-vapeur (CV). Cette voiture est plus petite qu'une Smart et très légère, ce qui est avantageux du point de vue de la consommation d'énergie; reçue sans moteur, elle s'est avérée une plate-forme pratique et originale pour une intégration Quasiturbine. Par un heureux concours de circonstances, l'APUQ a pu l'obtenir à très faible coût et, par la suite, en acquérir deux autres semblables qui serviront à des projets vapeur.

Le moteur Quasiturbine

Nous avons installé dans cette voiture un moteur Quasiturbine QTsc5L, soit un modèle pneumatique sans charriot (sc) déplaçant un volume de 5 litres (5L) de fluide par tour du rotor. Il s'agit d'un prototype pré-commercial destiné aux laboratoires, centres de recherches et établissements scolaires, non optimisé pour des puissances et pressions élevées; elle est cependant trop puissante pour notre petite voiture puisqu'elle peut développer plusieurs centaines de CV. Un des avantages de toutes les Quasiturbine, c'est de ne générer aucune vibration; nous avons donc pu fixer la QT directement sur le châssis de la voiture, sans amortisseurs. Malgré sa cylindrée de 5 litres, ce moteur est très compact et se loge bien sous le capot.

L'embrayage et la transmission

La voiture est une traction et la Quasiturbine entraîne directement les roues avant via deux poulies à deux courroies. L'embrayage a été pris sur une ancienne motoneige. La courroie de transmission est installée sans tension sur les poulies de manière à permettre au moteur de démarrer et de tourner à vide avant d'embrayer. Pour embrayer en mettant la courroie sous tension, une troisième poulie, plus petite, a été fixée au bout d'un petit piston pneumatique qui pousse la poulie; la Quasiturbine transmet alors sa force aux arbres des roues.

Notez que, grâce au fort couple moteur à faible RPM de la Quasiturbine, aucune démultiplication par boîte de vitesses n'est utilisée: le moteur et les roues tournent donc à la même vitesse. Près du conducteur, une manette permet de réguler le débit d'air comprimé envoyé au moteur et une seconde manette permet d'actionner le piston pneumatique d'embrayage.

Le réservoir d'air

La réserve d'air comprimé à 204 bar (3000 PSI) est contenue en quatre bouteilles de plongée de 11 litres chacune; quatre détendeurs de plongée diminuent et régularisent la pression de sortie à 180 PSI (12.2 bar), laquelle tombe à quelque 15 PSI (1 bar) à l'entrée du moteur, les détendeurs ne pouvant pas fournir un volume d'air adapté aux besoins de la Quasiturbine.

Notez que l'air sort très froid des bouteilles (à moins que -150°C !), à cause de la forte détente occasionnée par la chute de pression subite de 204 à 12 bar. Ce froid fait givrer l'humidité de l'air à proximité des détendeurs et peut gêner le bon fonctionnement de la Quasiturbine, voire endommager celle-ci. Il faut donc réchauffer cet air, en le faisant passer dans un serpentin baignant dans une eau chaude avant de l'envoyer au moteur.

Conclusion

Tel que mentionné en introduction, cette réalisation s'est effectuée avec des pièces et matériaux conventionnels ainsi qu'avec un très faible budget. Néanmoins, cela démontre bien la possibilité d'utiliser la Quasiturbine comme moteur et l'air comprimé comme source d'énergie embarquée pour propulser un véhicule. À partir de ce constat, différentes approches peuvent être imaginées pour rendre un tel véhicule plus performant et plus efficace.

Par exemple, un réservoir d'air comprimé en fibre de carbone serait plus léger et permettrait d'emmagasiner un plus grand volume d'air et à une pression supérieure. Remplacer les détendeurs, prévus pour la respiration humaine, par des régulateurs industriels permettrait de meilleures accélérations et des vitesses supérieures. Il serait même possible d'utiliser quatre petites Quasiturbines QTsc.6L indépendantes reliées directement aux roues plutôt qu'une seule grosse; avec une gestion intelligente du couple disponible à chaque roue, nous aurions alors une voiture à traction intégrale... On pourrait aussi concevoir un système de récupération de l'énergie de freinage puisque la Quasiturbine peut également servir de compresseur!

Météomédia a réalisé un reportage sur cette voiture pneumatique. Voici un lien permettant de visionner ce reportage: http://legacyweb.meteomedia.com/meteomobile/gallery/886/2052400/102/collection

Suppléments d'informations - L'air comprimé comme énergie dans les transports

L'APUQ n'est pas la seule à s'intéresser à l'air comprimé comme moyen de stockage d'énergie pour les véhicules!

Locomotives et tramways à air comprimé

L'utilisation de l'air comprimé pour propulser un véhicule remonte à l'époque du développement du chemin de fer et des tramways; il a été particulièrement utilisé dans les réseaux miniers où la pollution des machines à vapeur était indésirable.
Par exemple, le tramway Mékarski à air comprimé fut utilisé dans six différentes villes de France pendant six décennies, jusqu'en 1933. À partir de 1879, l'ensemble du réseau des tramways nantais fut équipé progressivement de plus de 90 véhicules à air comprimé qui donnèrent satisfaction jusqu'en 1917.

Locomotive à air comprimé Porter

Dans les mines et pour le perçage de tunnels, là où la pollution de l'air est un problème sérieux, les locomotives à air comprimé furent également utilisées. Par exemple, la locomotive à air comprimé Porter, construite en 1923 et utilisée par la mine d'or Homestake dans le Dakota du Sud, aux États-Unis. Des milliers de locomotives Porter équipèrent les mines de charbon de l'est des États-Unis jusqu'aux années 1930. D'autres constructeurs dans le monde entier ont produit en grande quantité des machines similaires pour les mines et les usines qui ne tolèrent ni fumée, ni poussières.

Le concept MDI

MDI (Motor Development International), est située en France et développe depuis plus de vingt ans des moteurs à air comprimé sous la gouverne de son fondateur Guy Nègre. MDI travaille à la fois au développement de véhicules à air comprimé, mais aussi à celui de compresseurs destinés à produire l'air comprimé nécessaire aux véhicules et ce, à partir des réseaux électriques déjà en place. MDI propose également un modèle d'affaires novateur: plutôt que de centraliser la production dans une seule usine pour ensuite exporter les voitures, elle propose la création de multiples petites usines réparties sur le territoire: équipées de robots sophistiqués, elles prendraient en charge la presque totalité de la fabrication des voitures et du service après-vente. La société indienne Tata Motors est partenaire de MDI pour adapter et développer des véhicules à air comprimé.

ÉlectroAirBike

ÉlectroAirBike est un groupe formé d'étudiants et de passionnés d'air comprimé. Ils ont réalisé plusieurs prototypes de vélos propulsés par air comprimé. Plus récemment, ils ont adapté un petit véhicule utilitaire pour le faire fonctionner à l'air comprimé: il a la particularité de pouvoir fonctionner dans des environnements hostiles aux moteurs à combustion, comme en cas de risques d'explosion ou d'incendie. Ce petit véhicule est également équipé de plusieurs sorties d'air pressurisé permettant l'usage d'outils pneumatiques sur les lieux d'une catastrophe. Et puisque cet air, une fois décomprimé, peut être filtré et purifié de toute impureté, il peut être respiré par des sauveteurs et des victimes sur les lieux d'un accident.

PSA Peugeot Citroën et l'hybride essence-air comprimé

Au début de 2013, le groupe PSA Peugeot Citroën fournissait des détails sur le développement d'une technologie inédite de motorisation hybride essence et air comprimé. Trois modes de conduites seront proposés: zéro émission, thermique essence ou mixte. Cette technologie sera proposée sur leurs véhicules du segment B à partir de 2016.

Selon le groupe PSA, il s'agirait d'une étape clé vers la voiture 2 litres aux 100 km. Le système repose sur l'utilisation d'un moteur à essence, d'une compression/décompression d'azote dans des bonbonnes, d'une pompe hydraulique et d'une transmission automatique. Ce système hybride "hydro-pneumatique", grâce à une pompe hydraulique réversible en moteur, récupère l'énergie cinétique des freinages et des décélérations en la stockant sous forme d'azote comprimé dans deux bonbonnes; puis, en phase d'accélération, la décompression de l'azote fournit de l'énergie aux roues.

La QT, plus simple et avantageuse pour l'hybride essence-air comprimé!

En 2007, lors de l'IGTS (International Gas Turbine Show) tenu au Palais des Congrès de Montréal par l'American Society of Mechanical Engineers, un dépliant de l'Association de Promotion des Usages de la Quasiturbine présentait, pour la première fois au monde, le concept d'une voiture utilisant plusieurs des possibilités uniques du moteur-compresseur Quasiturbine. Celle-ci fonctionnerait en mode moteur à air comprimé pour les démarrages jusqu'à une vitesse avoisinant 30 kMh ainsi que pour la marche arrière; puis en moteur à carburant pour le reste des parcours. Cette même Quasiturbine basculerait en mode compresseur lors du freinage pour remplir le réservoir d'air comprimé. Les possibilités des Quasiturbines sont donc particulièrement avantageuses et économiques pour les déplacements intra-urbains qui nécessitent de nombreux freinages et démarrages. Cliquez ici pour voir le dépliant d'origine...