Cet extrait de la BD « Sciences en bulles » est publié dans le cadre de la Fête de la science (du 2 au 12 octobre 2020 en métropole et du 6 au 16 novembre en outre-mer et à l’international) dont The Conversation France est partenaire. Cette nouvelle édition aura pour thème : « Planète Nature ? ». Retrouvez tous les débats et les événements de votre région sur le site Fetedelascience.fr.
La lutte contre le dérèglement climatique pousse les constructeurs automobiles à chercher une énergie verte et renouvelable qui permette une mobilité abordable et respectueuse de l’environnement. Actuellement, les sources d’énergies renouvelables connues, telles que les panneaux solaires et les éoliennes, sont intermittentes et isolées dans certaines zones géographiques. Pour permettre leur utilisation généralisée, elles dépendent de batteries qui transportent une trop faible énergie par volume pour permettre une autonomie suffisante du véhicule (sans évoquer les contraintes de production et recyclage de ces dernières).
Le même problème de densité énergétique est reproché à l’hydrogène. On utilise dans les moteurs thermiques actuels la combustion de diesel ou d’essence. On aurait donc « juste » à trouver un carburant qui permette d’allier performances (forte densité énergétique) et zéro émission de CO2 (carburant décarboné).
Revenons donc au tableau périodique pour chercher un élément qui puisse réagir avec l’oxygène, qui ne soit pas rare (pas cher), qui ne soit pas lourd (noyau léger) et dont les oxydes ne soient pas toxiques. Il reste donc les métaux. Parmi eux, l’aluminium, le fer et le magnésium sont parmi les 8 éléments les plus présents de la croûte terrestre. Leur abondance est une force. De plus, la poudre métallique est facile et sûre à transporter et on peut récupérer les oxydes produits par la combustion pour régénérer le métal initial. C’est potentiellement un combustible renouvelable s’inscrivant dans une économie circulaire.
La combustion de métaux est tellement énergétique qu’elle est déjà utilisée actuellement dans les fusées pour « booster » leur poussée (depuis les années 60). Néanmoins, il ne serait pas envisageable, même pour les fans de sensations fortes, d’utiliser ce type de propulsion pour une voiture. Mais utiliser de la poudre métallique dans les moteurs de voiture actuels non plus. Il faut faire une modification importante en réalisant la combustion à l’extérieur de la chambre à pistons pour éviter les abrasions et le bouchage du cylindre par les particules.
C’est là où l’on est ravi de se rappeler que Robert Stirling a inventé un moteur (qui porte son nom) où la chambre de combustion est à l’extérieur et chauffe un gaz (inerte) dans la chambre à piston pour permettre la conversion de l’énergie thermique en énergie mécanique afin de faire tourner les roues.
En tant qu’ingénieur/doctorant motoriste, mon travail consiste à développer cette chambre de combustion unique au monde. Son rôle est d’enfermer une flamme de magnésium et de faire en sorte qu’elle ne bouge pas pour récupérer son rayonnement et ses gaz chauds. Il faut aussi que les particules d’oxydes formées soient toutes récupérées par des systèmes de filtration. Cela permettra de recycler ces oxydes et produire la poudre métallique utilisée au départ (recyclage qui se fera sur une station fixe à l’aide d’énergies vertes).
L’objectif final du projet étant d’enrichir la palette d’énergies vertes (biocarburants, hydrogène, métaux) qui permettra de s’adapter à plusieurs applications (puissance requise), utilisations (autonomie suivant le trajet) et localisations géographiques (proximité pour l’approvisionnement). Dans le cas précis des métaux, il faudra trouver une synergie avec les autres acteurs économiques importants tels que le transport maritime, la production d’électricité et la métallurgie.
