Le moteur thermique est un moteur qui transforme l'énergie chimique contenue dans un carburant en énergie mécanique. Il utilise la chaleur produite par la combustion pour mettre un gaz sous pression, puis pour pousser un piston ou faire tourner une turbine. Ce principe est utilisé depuis plus de deux siècles dans les véhicules, les navires, les avions, les groupes électrogènes et de nombreuses machines industrielles.

Pour fonctionner, un moteur thermique a besoin de trois éléments essentiels : un carburant, un comburant et une source d'allumage. Le carburant apporte l'énergie chimique. Le comburant est le plus souvent l'oxygène de l'air. Selon le type de moteur, l'allumage est assuré par une bougie ou par une forte compression qui élève suffisamment la température pour enflammer le mélange.

Le fonctionnement du moteur thermique

Dans un cylindre, le carburant brûle et produit des gaz très chauds. Ces gaz se dilatent rapidement et exercent une forte pression sur le piston. Le piston est alors poussé dans son cylindre et transforme la pression en mouvement.

Ce mouvement rectiligne est ensuite transmis à la bielle, puis à la manivelle. Grâce au système bielle-manivelle, le va-et-vient du piston devient une rotation du vilebrequin. Cette rotation peut ensuite entraîner les roues d'un véhicule ou actionner une autre machine.

Le moteur thermique ne produit donc pas directement une rotation. Il commence par créer une pression, puis il la transforme progressivement en mouvement mécanique utilisable.

Les grandes familles de moteurs thermiques

Il existe plusieurs types de moteurs thermiques. Les plus connus sont les moteurs à essence et les moteurs diesel. Ils équipent de nombreuses voitures, camions et engins agricoles.

Les moteurs à turbine sont utilisés dans les avions à réaction et dans certaines centrales électriques. Les anciens moteurs à vapeur appartiennent eux aussi à la grande famille des moteurs thermiques, même si leur fonctionnement repose sur la vapeur d'eau au lieu d'un mélange air-carburant.

Le cycle de fonctionnement

Un moteur thermique fonctionne selon un cycle, c'est-à-dire une suite d'étapes qui se répètent sans cesse. Dans un moteur à quatre temps, le piston commence par faire entrer le mélange dans le cylindre. Il le comprime ensuite fortement.

Vient alors le temps de la combustion, pendant lequel l'énergie est libérée et pousse le piston. Enfin, les gaz brûlés sont évacués avant qu'un nouveau cycle recommence. Ce mécanisme se répète très rapidement lorsque le moteur tourne.

Le rendement et les pertes d'énergie

Un moteur thermique ne transforme jamais toute l'énergie du carburant en mouvement utile. Une partie importante est perdue sous forme de chaleur, de bruit et de frottements.

C'est pourquoi les moteurs doivent être équipés d'un système de refroidissement, d'un circuit de lubrification et d'un échappement. Ces éléments permettent d'évacuer la chaleur, de limiter l'usure et de conserver un fonctionnement régulier.

Les gaz d'échappement

La combustion produit aussi des gaz d'échappement. Ils contiennent notamment du dioxyde de carbone, de la vapeur d'eau et, selon les conditions de fonctionnement, d'autres substances polluantes.

Les constructeurs cherchent donc à améliorer les moteurs, à mieux contrôler la combustion et à réduire les rejets grâce à des systèmes de dépollution et à des carburants plus propres.

Une technologie encore très utilisée

Malgré le développement des moteurs électriques, les moteurs thermiques restent très présents. Leur puissance, leur autonomie et leur capacité à fonctionner dans des conditions variées les rendent encore indispensables dans de nombreux domaines.

On les retrouve dans les transports, les travaux publics, l'agriculture, les groupes électrogènes et certaines applications industrielles où une source d'énergie embarquée reste nécessaire.