Moteur Diesel

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Fruit des travaux de l'ingénieur allemand Rudolf Diesel de 1893 à 1897, le moteur Diesel appelé également moteur à allumage par compression est un moteur à combustion interne dont l'allumage est spontané lors de l'injection du carburant, par phénomène d'auto-inflammation lié aux températures élevées dans la chambre de combustion. Celles-ci sont atteintes grâce à un fort taux de compression (rapport volumétrique de 14 à 25:1), permettant d'obtenir une température de 700 à 900 °C. Pour les petits moteurs des bougies de préchauffage sont souvent utilisées pour permettre un meilleur démarrage à froid, en augmentant, temporairement, la température d'un point de la chambre de combustion. Pour les moteurs de bateaux et les gros moteurs fixes à fioul lourd, on chauffe celui-ci à haute température pour permettre le démarrage.

Le moteur Diesel peut être à deux temps (surtout sur les navires, avec suralimentation par compresseur et injection pneumatique) ou à quatre temps.

Éclaté didactique d'un moteur Diesel avec sa boîte de vitesses (vue droite)
Éclaté didactique d'un moteur Diesel avec sa boîte de vitesses (vue gauche)

Histoire

Si le brevet du moteur à combustion interne a été déposé dès 1807 par François Isaac de Rivaz[1], il faut attendre Étienne Lenoir en 1860 pour en voir apparaître la première véritable application. La machine, qui s'apparente un moteur à allumage commandé, fonctionne d'abord au gaz d'éclairage, ce qui impose de la relier aux canalisations de la ville. La découverte du pétrole dans les années 1850, et l'invention du carburateur par l'autrichien Siegfried Marcus en 1865, poussent Lenoir à présenter à l'Exposition universelle de 1867 un moteur à essence, alors un sous-produit de la distillation du pétrole lampant[2]. Tandis que la technique se perfectionne, notamment par les premières applications que fait Nikolaus Otto du cycle de Beau de Rochas à partir de 1876[3], Rudolf Diesel cherche à la rendre plus simple, petite et accessible, permettant l'usage de n'importe quel carburant[4]. Le [N 1], il dépose un brevet pour un moteur à charbon pulvérisé, dans lequel la combustion est déclenchée par la forte compression, et non par allumage commandé. Assisté du Français Frédéric Dyckhoff, et soutenu par le directeur de la fabrique de machines d'Augsbourg (future MAN[N 2]), il entreprend d'en construire les premiers prototypes à partir de 1894[5],[6]. Ils testent différents combustibles, entre produits du pétrole et gaz d'éclairage, puis aboutissent à un premier vrai résultat en 1897 : un moteur à injection pneumatique de combustible liquide, d'une cylindrée de 19,6 L, offrant 14,7 kW (20 ch) à 172 tr/min pour une consommation contenue de 238 g/ch[7],[8]. En 1900, à l'occasion de son lancement commercial[9], l'invention décroche le Grand Prix de l'exposition universelle[5].

Premier moteur Diesel de 1897, au Deutsches Museum.

En raison de son poids dû aux renforcements qu'il impose à sa mécanique (culasse, pistons, vilebrequin), et de la complexité amenée par sa pompe d'injection pneumatique, le moteur Diesel se réserve alors aux engins lourds. Équipant d'abord des installations pour la plupart fixes, il intègre les chantiers navals à partir de 1902, lorsque la France en équipe un premier sous-marin, puis que la Royal Navy en achète ses premiers exemplaires l'année suivante. La donne commence à changer en 1909, quand Prosper L'Orange, employé de Benz & Cie, invente l'injection mécanique, un système plus simple et léger que son homologue à air. Après la Première Guerre mondiale, le Diesel se répand à tout le secteur maritime, et apparaît même sur des locomotives. L'industrie se penche alors sur l'automobile. Peugeot teste en 1921 un prototype entre Paris et Bordeaux. L'année suivante, Benz met sur le marché un deux cylindres pour tracteurs agricoles, puis c'est Daimler qui, en 1923, expose des camions à moteurs Diesel au Salon de Berlin, et effectue un trajet Berlin-Stuttgart-Berlin à bord d'un autre. Les optimisations apportées par Robert Bosch au cours des années qui suivent achèvent d'ouvrir les voies de la démocratisation[8]. Mercedes remporte en 1935 un contrat pour équiper une flotte de taxis allemands de moteurs Diesel. La marque sort l'année suivante un modèle pour le grand public, la 260 D, avant que Peugeot ne l'imite en 1938 avec sa 402.

Stoppé par la Seconde Guerre mondiale, le mouvement reprend en 1949 avec la Mercedes 170 D, puis en 1959 la Peugeot 403 D et son célèbre moteur Indenor, très appréciés des taxis parisiens[10],[11]. Le développement du réseau routier et l'essor du taxi dans les métropoles favorisent en effet l'expansion du Diesel, plus cher à l'achat mais dont le carburant désormais attitré, le gazole, a un coût moins élevé que l'essence[8]. L'allégement des taxes consécutif aux crises de 1973 et 1979[10], combiné à l'arrivée des premiers turbocompresseurs (la Mercedes 300 SD de 1977, réservée aux États-Unis, puis sa variante européenne 300 TD en 1979, sortie juste après la Peugeot 604 D), vient encore aider au déploiement de la technologie. Volkswagen présente une première compacte grand public à moteur Diesel, la Golf D, puis signe le retour de l'injection directe via sa filiale Audi, avec la 100, précurseur du TDI, en 1985. Douze ans plus tard apparaît sur une Alfa Romeo 156 la première application de l'injection directe à rampe commune, développée par Magneti Marelli puis revendue à Bosch.

Le succès du Diesel en Europe (son image reste médiocre sur les marchés asiatiques et américains) commence à fléchir à l'entame du e siècle. Cette situation résulte de plusieurs facteurs simultanés : d'une part, la prise en compte de ses aspects polluants entache sa perception par le public, et engendre un durcissement des normes ; de l'autre, l'optimisation et la complexification des systèmes employés conduisent à des prix plus élevés, tout en augmentant les occurrences de pannes[11]. La proportion de motorisations Diesel dans les ventes de voitures neuves en France baisse d'année en année : 65 % au 1er trimestre 2014 contre 69 % sur la même période de 2013, 73 % en 2012 et 77 % en 2008. La France reste cependant l'un des premiers pays européens préférant la motorisation Diesel, derrière le Luxembourg, l'Irlande et le Portugal, mais devant l'Espagne (66,3 %), et nettement au-dessus de la moyenne ouest-européenne (53,3 % en 2013)[12].

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