Mobilité, Sciences en mouvement : la MJC d’Elbeuf fête la science !

Pourquoi ne pas rêver à une voiture qui fonctionne à l’eau salée ? Ou avec de l’hydrogène ? C’est ce que l’ALEC 27 a proposé de découvrir à plus de 120 enfants du CM1 à la seconde lors de la fête de la science du 8 au 10 octobre. Au-delà du rêve, l’ALEC a expliqué quelles sont les énergies à l’œuvre sous nos capots…

Avant d’aborder la question des nouvelles énergies, il est nécessaire de s’interroger sur les raisons qui nous poussent à remettre en question les énergies que nous utilisons actuellement dans nos transports (principalement pétrole et gaz).

L’épuisement du stock de ces énergies, dont nous rappelons qu’elles ont mis plusieurs millions d’années à être transformées sous la forme que nous connaissons, de même que la pollution atmosphérique et le dérèglement climatique qu’elles engendrent, poussent les industries du transport à investir et à rechercher de nouvelles sources d’énergies pour alimenter les moteurs de nos voitures.

COMMENT FONCTIONNENT LES MOTEURS ?

Tout d’abord, distinguons les moteurs électriques et les moteurs thermiques car leur fonctionnement est fondamentalement différent.

Les moteurs électriques fonctionnent grâce à une bobine de fil de cuivre (préférablement), ou tout au moins d’un fil conducteur d’électricité, qui tourne autour d’un aimant permanent. Cette rotation génère de l’électromagnétisme, mot barbare dans lequel vous aurez reconnu « électricité » et « magnétisme », c’est donc dire que la rotation de la bobine autour de l’aimant génère de l’électricité.

L’impulsion donnée à la bobine est électrique mais la façon dont cette électricité peut être produite est très différente. En France, 80 % de l’électricité qui circule dans les réseaux haute tension est d’origine nucléaire.

Les moteurs thermiques fonctionnent en quatre temps, à l’aide de pistons montant et descendant dans des cylindres et faisant tourner un vilebrequin connecté aux roues de la voiture. Afin d’illustrer le principe du piston et de sa capacité à entraîner un mécanisme, l’ALEC a réalisé une démonstration avec le moteur Stirling.

Le moteur Stirling fonctionne uniquement avec de l’air. Ce sont les différences de température de l’air entre l’ampoule, chauffée à vif, et les ailettes de refroidissement au sein desquelles se cache notre piston, qui permettent d’actionner le mécanisme et de déplacer le déplaceur (la petite ampoule dans l’ampoule).

Le format de la fête de la science, organisée sous forme de stand dans un espace ouvert où chacun est libre de circuler, permet une grande complémentarité entre les exposants. Le moteur Stirling était décomposé en une série de petites maquettes par un autre exposant, permettant aux élèves d’obtenir une meilleure compréhension du mécanisme interne et caché du moteur dans notre modèle.

FAIRE FONCTIONNER UNE VOITURE AVEC DE L’EAU SALEE

Vous pensez que ce n’est pas possible ? Détrompez-vous ! La voiture à l’eau salée fonctionne déjà, bien que ce soit réellement un moteur électrique qui soit alimenté par la réaction chimique produite entre le sel et le magnésium… C’est-à-dire ? La voiture à eau salée fonctionne grâce au courant électrique produit par la pile qui l’alimente. Cette pile est composée d’une feutrine prise en sandwich entre une plaque de magnésium et une plaque de carbone et sur laquelle est déposée de l’eau salée.

Le magnésium est un métal présent dans le chocolat. Il nous permet ici d’obtenir une réaction chimique par oxydation avec le sel : le côté oxydé de la plaque est d’ailleurs noirci. Il faut donc, après chaque utilisation, nettoyer à l’eau douce la feutrine et la plaque de magnésium pour stopper la réaction chimique. Difficile d’imaginer une version commerciale d’une voiture d’une tonne poussée par une plaque de magnésium qu’il faudrait laver après chaque usage. Chaque voiture devrait être équipée d’un seau d’eau douce, d’un seau d’eau salée et surtout, il faudrait régulièrement changer la plaque de magnésium une fois son oxydation complète terminée…

ROULER A L’HYDROGENE

La voiture à eau salée présente trop de contraintes : qu’en est-il de l’hydrogène, le premier atome du tableau périodique des éléments de Mendeleïev, le plus répandu dans l’univers et le plus simple (un proton et un électron) ?

Décrivons notre voiture : elle est composée d’un réservoir (le ballon) gonflé à l’hydrogène, d’une pile à combustible et d’un moteur électrique. L’hydrogène est récupéré grâce à une hydrolyse qui consiste à faire passer du courant électrique dans de l’eau. La structure moléculaire de l’eau, composée de deux atomes d’hydrogène et d’un atome d’oxygène (H2O), éclate grâce au courant électrique. La station d’hydrolyse permet de récupérer l’hydrogène d’un côté et l’oxygène de l’autre. L’hydrogène est envoyé dans le réservoir, et la pile à combustible qui connecte le moteur électrique de la voiture et le réservoir d’hydrogène fait fusionner l’hydrogène et l’oxygène.

La voiture à hydrogène, connectée à la station d’hydrolyse, se recharge…

Les déchets de la voiture à hydrogène sont donc de l’eau et de l’électricité !

Cependant, cette technologie reste à l’état de recherche en raison de plusieurs contraintes. Premièrement, rappelons que l’hydrogène peut se liquéfier, comme tous les gaz. L’eau devient bien un gaz sous forme de vapeur d’eau à 100°C, il en est de même pour l’hydrogène, qui est gazeux à température et pression ambiantes, mais qui devient liquide à… -253°C. Autant dire mission impossible pour une commercialisation quelconque, car il faudrait un énorme apport d’énergie pour maintenir l’hydrogène sous forme liquide !

La deuxième méthode pour liquéfier un gaz est d’augmenter sa pression. Or, là encore, nous avons d’énormes difficultés à comprimer l’hydrogène à un niveau suffisant pour que sa densité permette de satisfaire nos besoins actuels. En effet, l’atome d’hydrogène est le plus simple et en conséquence, le plus léger de l’univers. Cet atome, même liquéfié par compression, reste trop léger et demanderait des volumes de réservoirs disproportionnés.

Enfin, l’hydrogène est hautement inflammable. L’avenir de l’hydrogène résiderait dans sa capacité à être une forme de stockage de l’électricité à travers l’hydrolyse, mais tout cela n’a pas encore abouti à quelque chose de bien concret…

ET LES BIOCARBURANTS DANS TOUT CELA ?

Objet de notre prochain article, les biocarburants n’ont pas dit leur dernier mot et sont l’objet d’une intense recherche…

Pour plus d’informations, contactez notre Chargée de Mission Education à l’énergie et au climat.

Crédit photos : ALEC 27
15 octobre 2014
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