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Turbocompresseur | Karine Goudreau 1

Turbocompresseur

e premier brevet du turbocompresseur, ou

turbo, a été déposé le 13 novembre 1905 par

l’ingénieur suisse Alfred Büchi. Il a permis

d’équiper un avion de reconnaissance pendant la

Première Guerre mondiale. De nos jours, on le retrouve

surtout dans les automobiles ayant un moteur diesel, dans les voitures de sports et de

courses comme dans le Subaru Impreza STI illustré ci-haut. Voici son fonctionnement

ainsi que les lois physiques qui entrent en jeu…

Premièrement, voyons ensemble le fonctionnement général d’un turbocompresseur. Le

turbo a comme but d’augmenter le rendement et la puissance d’un moteur tout en

diminuant un peu sa consommation d’essence. Le système du turbocompresseur est très

simple lorsqu’il est vu sous forme de

schéma, donc en voici deux -deux vaut

mieux qu’un, c’est bien connu-. Le

premier schéma représente le chemin

que parcourt l’air :

1) L’air arrive par le filtreur à air

(qui n’est pas illustré sur le

schéma malheureusement). Il

arrive dans le turbo et actionne

le compresseur qui est relié à la

turbine par un arbre central.

2) L’air est comprimé et poussé

jusqu’à l’échangeur d’air.

3) L’échangeur d’air refroidit le

gaz ainsi les particules sont

encore plus compactes.

4) L’air froid et comprimé est poussé jusqu’au moteur (plus précisément dans les

cylindres)

5) Le gaz chaud sort par un tuyau d’échappement et va vers le turbo.

6) L’air chaud entre dans la turbine qu’elle fait tourner.

7) L’air chaud sort de la turbine et se dirige vers le tuyau d’échappement.

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Le deuxième

schéma montre

bien que les

molécules

d’air sont

comprimées

par le

compresseur et

sont encore

plus

compactes

lorsqu’elles

sortent de

l’échangeur d’air.

Bon, maintenant que vous comprenez un peu plus ce qu’est un turbocompresseur,

passons aux choses sérieuses! Comme vous avez pu le constater, plein de lois physiques

entrent en action dans ce système, découvrons-les…

Deuxièmement, dans tout moteur, on retrouve des

cylindres, des pistons et des bougies. Lorsque l’air

comprimé entre dans le moteur, il est injecté entre le piston

et la bougie. Le piston monte dans le cylindre et comprime

encore plus le fluide en même temps que de l’essence

s’injecte dans le même milieu. La bougie, le carburant et

l’oxygène mélangés ensemble produisent une mini

explosion qui fait descendre le piston à sa position initiale

et le cycle recommence, c’est ce qui fait tourner le moteur.

Le principe de suralimentation est simplement

l’augmentation du nombre de molécules d’oxygène ainsi

que le débit d’essence dans les cylindres pour produire une

plus grosse explosion et ainsi avoir plus de puissance et de

rendement, car plus de molécules, de comburant et de

carburant brûlent, plus l’explosion est forte.

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La pression :

Troisièmement, parlons pression…la pression est un

phénomène physique bien connu, car on la subie tous les jours,

mais savez-vous vraiment ce qu’est la pression? La pression

d’un gaz est défini par le nombre de molécules pour un certain

volume ainsi que leur vitesse. Plus leur vitesse et/ou leur

nombre sont élevés, plus la pression sera forte. C’est

exactement ce qui arrive lorsque le compresseur entre en

fonction. Il aspire l’air par dépression au centre de la roue tout

en la comprimant pour créer la pression de suralimentation. La

pression dans ce système est presque toujours en dessous la

pression atmosphérique que nous subissons chaque jour, soit

101,3 kPa, mais cela est élevée pour un moteur.

La loi de Laplace :

Quatrièmement, l’air qui est comprimé subit un changement

adiabatique, donc il n’y a aucun échange thermique entre le

turbo et l’extérieur de l’automobile. Une transformation adiabatique change la pression,

la température ainsi que le volume. La loi de Laplace exprime cette situation sous forme

d’équations: P.Vγ = C1, T.V

γ-1 = C2 et T

γ.P

1-γ = C3= C1

1-γ C2

γ. «P» est la pression du gaz,

«V» le volume, «T» la température, γ= où γ est le coefficient de Laplace du gaz

parfait ou le rapport des capacités thermiques à pression constante, «Cp», et à volume

constant, «Cv», «C1» «C2» et «C3» sont des constantes pendant la transformation. La

pression totale, la somme des pressions statiques et dynamiques, dans ce système est plus

élevée lorsque le turbo est intégré dans un véhicule de course, soit dans les environs de

1,2, que lorsqu’il est dans une voiture de tous les jours, entre 0,7 et 0,8. La pression est un

facteur important lors d’une course, car elle augmente le rendement du moteur et peut

faire une différence de quelques secondes.

Tout qu’un homme !

L’unité de mesure de la pression, le

Pascal, vient du mathématicien

physicien, inventeur, philosophe

moraliste et théologien français, Blaise

Pascal né le 19 juin 1623. Il a

notamment éclairci les travaux de

Torricelli sur la pression et le vide. Il a

inventé la machine à calculer appeler

«Pascaline» en son honneur. Il a créé

deux sujets de recherche : la géométrie

projective et une méthode de résolution

du problème des parties qui précédèrent

le calcul de probabilités. Il fit beaucoup

d’autres choses en seulement 39 ans de

vie, il est mort le 19 août 1662.

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L’accélération : Cinquièmement, Pierre Varignon a formalisé la

définition de l’accélération qui est un taux de variation de

vitesse. Elle dépend de la vitesse et de la direction de

celle-ci par rapport au temps. Elle est mesurée en m/s2.

L’accélération dans un turbocompresseur est un cycle

constant : si une voiture accélère, il y a plus de gaz

d’échappement de produit, donc la turbine et le

compresseur tournent ainsi plus rapidement et le cycle

recommence jusqu’à la vitesse voulue.

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Qui est Pierre Varignon ?

Pierre Varignon est né en 1654 à Caen, en

France, et a vécu jusqu’au 23 décembre 1722. Il

a été un des plus grands géomètres français de

son temps et physicien à ses heures. Il est à

l’origine du théorème de Varignon qui dit que si

on joint les milieux d’un quadrilatère

quelconque ensemble, on obtient un

parallélogramme de la moitié de l’aire du

premier quadrilatère. Il a aussi démontré la

règle de composition des forces concourantes

énoncée par Simon Stevin. Il a aussi formalisé

les théories de vitesse instantanée et de

l’accélération.

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Bibliographie

Québec Tunning, avril 2006, p.74-75

Médiagraphie

http://www.labellehistoiremotoguzzi.info/dotclear/index.php?post/2005/Principe-du-

turbo-compresseur

http://fr.wikipedia.org/wiki/Turbocompresseur#Vitesse_du_turbocompresseur

http://www.automobile-sportive.com/technique/suralimentation.php

http://turbo-tech.keuf.net/t1-comment-fonctionne-un-systeme-turbo-base

http://www.edinformatics.com/math_science/acceleration.htm

http://fr.wikipedia.org/wiki/Loi_de_Laplace_%28thermodynamique%29

http://www.chronomath.com/anx/th_varignon.html


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