Un moteur Stirling est un type de moteur, similaire à une machine à vapeur, qui convertit l’énergie thermique en puissance utilisable. Il est considéré comme un moteur à combustion externe, par opposition à la combustion interne, car le processus de conversion d’énergie proprement dit se déroule à travers la paroi du moteur et non à l’intérieur. Il porte le nom de l’inventeur écossais Roger Stirling, qui a développé l’idée pour la première fois en 1816.
Stirling a poursuivi son idée avec l’intention de concurrencer l’industrie naissante des moteurs à vapeur. Bien que similaire dans la manière dont ils convertissent l’énergie thermique en énergie, le moteur Stirling utilise et réutilise une quantité définie de fluide dans un état gazeux permanent. Ceci est différent d’une machine à vapeur, qui utilise des fluides sous forme gazeuse et liquide.
Plusieurs composants fondamentaux sont nécessaires pour qu’un moteur Stirling fonctionne. Ceux-ci comprennent une source de chaleur, des échangeurs de chaleur et, finalement, un dissipateur de chaleur. La source de chaleur est normalement une forme de combustion, et puisque – dans une conception Stirling – ce processus est séquestré de la conversion en énergie, une large gamme de carburants peut être utilisée qui provoquerait la panne d’un moteur à combustion interne. Des sources alternatives, notamment nucléaires, solaires et biocarburants, peuvent être utilisées pour générer la chaleur qui fait fonctionner les moteurs Stirling.
Avec une source de chaleur en place, un moteur Stirling peut être agencé pour convertir l’énergie en puissance de plusieurs manières différentes. Ces écarts se concentrent principalement sur le placement des pistons et des cylindres. Chaque design Stirling différent est distingué et référencé par une lettre grecque.
Par exemple, une conception Alpha incorpore deux pistons dans des cylindres séparés qui vont et viennent pour générer de la puissance. Alternativement, une conception Beta abrite deux pistons dans le même cylindre. Un piston assure la production d’énergie du moteur, tandis que l’autre est limité uniquement au cyclage du gaz chaud vers l’extrémité la plus froide du cylindre. Une conception Gamma est similaire à une conception Beta, mais plus simple en termes mécaniques, avec le piston générateur d’énergie logé dans un cylindre séparé que le piston cyclique.
Malgré les avantages d’un moteur Stirling, qui comprennent un rendement relativement élevé pour un moteur à combustion, un faible bruit et une large applicabilité, l’invention n’a finalement pas été en mesure de détrôner les chaudières à vapeur en tant que source d’énergie industrielle dans les années 1800. Les échecs fréquents des premières conceptions ont affecté négativement l’opinion publique et ont donné à la conception de Stirling une réputation de manque de fiabilité pendant le reste du 19ème siècle.
Au cours du milieu et des dernières décennies du 20e siècle, la conception du moteur Stirling a suscité un regain d’intérêt. En fin de compte, une percée a de nouveau été contrecarrée, car les coûts de production élevés ont toutefois réduit la popularité de masse. Au tournant du 21e siècle, et en raison de la hausse des coûts de carburant, l’utilisation du design Stirling dans les unités combinées de chaleur et d’électricité a une fois de plus ramené le moteur à combustion externe d’entre les morts.
Les unités de production combinée de chaleur et d’électricité (CHP) sont des dispositifs mécaniques destinés à fournir à la fois la chaleur et l’alimentation électrique d’une habitation familiale individuelle ou d’un seul bureau commercial. L’idée de base est que la chaleur excédentaire, ou perdue, produite par une cogénération pour la production d’électricité pour le bâtiment peut également être utilisée pour le chauffer. Cela constitue un moyen relativement efficace et bon marché de satisfaire les divers besoins énergétiques des zones urbaines et rurales, et réduit la demande de grandes centrales électriques gourmandes en ressources. Compte tenu de ses avantages uniques, le moteur Stirling est un choix populaire et de plus en plus courant comme source d’énergie pour les cogénérateurs.