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[[Category:Finit]]
[[en:Heat engine]]
[[es:Motor térmico]]
[[File:4StrokeEngine.gif|framed|Figure 1. Un [[moteur à combustion interne]] à 4 temps. 1 : injection de carburant, 2 : allumage, 3 : expansion ([[travail]] est effectué), 4 : échappement<ref>"File:4StrokeEngine Ortho 3D Small.gif - Wikimedia Commons", Commons.wikimedia.org, 2018. [Online]. Available: https://commons.wikimedia.org/wiki/File%3A4StrokeEngine_Ortho_3D_Small.gif. [Accessed: 17- May- 2018].</ref>]]

<onlyinclude>Une '''machine thermique''' est un type de [[moteur]], (comme le moteur d'une voiture) qui produit un mouvement macroscopique à partir de [[chaleur]].</onlyinclude> Lorsque quelqu'un se frotte les mains, la [[friction]] transforme l'[[énergie mécanique]] (le mouvement de nos mains) en [[énergie thermique]] (les mains se réchauffent). Les machines thermiques font exactement le contraire ; elles prennent l'énergie de la chaleur (par rapport à l'environnement) et la transforment en mouvement. Souvent, ce mouvement est transformé en [[électricité]] avec un [[générateur]].

Presque toute l'énergie qui est exploitée pour l'électricité et les [[transportation|transports]] provient des machines thermiques. Les objets chauds, même les [[gaz]], possèdent une énergie thermique qui peut être transformée en un produit utile. Les machines thermiques déplacent l'énergie d'un endroit chaud vers un endroit froid et convertissent une partie de cette [[chaleur]] en énergie mécanique. Les machines thermiques ont besoin d'une différence de [[température]] pour fonctionner.

L'étude de la [[thermodynamique]] a été initialement inspirée par la volonté de tirer le maximum d'énergie des machines thermiques.<ref> "Energy the subtle concept" J. Coopersmith, Chapter 12 pg 208, Oxford University press 2010.</ref> Actuellement, divers [[combustible]]s sont utilisés, comme l'[[essence]], le [[charbon]] et l'[[uranium]]. Tous ces machines thermiques fonctionnent toujours selon les limites imposées par la [[deuxième loi de la thermodynamique]]. Cela signifie que divers combustibles sont utilisés pour chauffer un gaz et qu'un réservoir froid est nécessaire pour évacuer la [[chaleur résiduelle]]. Souvent, la chaleur résiduelle est rejetée dans l'atmosphère ou dans une grande étendue d'eau (l'océan, un lac ou une rivière).

Selon le type de machine, différents procédés sont utilisés, comme l'allumage des combustibles par [[combustion]] (essence et charbon), ou l'utilisation de l'énergie des processus nucléaires pour produire de la chaleur ([[uranium]]), mais le but final est le même : transformer la chaleur en [[travail]]. L'exemple le plus connu d'une machine thermique est le moteur d'une voiture, mais la plupart des [[centrale électrique|centrales électriques]], comme celles de [[centrale au charbon|charbon]], [[centrale au gaz naturel|gaz naturel]] et [[centrale nucléaire|nucléaire]], sont également des machines thermiques.

==Moteur à combustion interne==
:''[[Moteur à combustion interne|article principal]]''

Les moteurs à combustion interne sont la forme la plus courante de machines thermiques, car ils sont utilisés dans les véhicules, les bateaux, les navires, les avions et les trains. Ils sont appelés ainsi car le carburant est enflammé afin d'effectuer un travail à l'intérieur du moteur. Le même mélange de carburant et d'air est ensuite émis sous forme d'échappement. Cette opération est le plus souvent réalisée à l'aide d'un [[piston]], elle peut également être accomplie avec une [[turbine]].

La figure 1 est un exemple de moteur à combustion interne. Ce type particulier est appelé moteur à quatre temps, qui est assez courant dans les voitures.

==Moteur thermique externe==
:''[[Moteur thermique externe|article principal]]''

Les moteurs thermiques externes sont généralement des [[moteur à vapeur|moteurs à vapeur]], et ils diffèrent des moteurs internes en ce que la source de chaleur est séparée du gaz qui fait le travail. Ces machines thermiques sont généralement appelés moteurs à combustion externe car la combustion se produit à l'extérieur du moteur. Par exemple, la combustion externe peut consister à utiliser une flamme pour chauffer de l'[[eau]] en [[vapeur]], puis à utiliser la vapeur pour faire tourner une turbine. C'est différent de la combustion interne, comme dans un moteur de voiture, où l'essence s'enflamme à l'intérieur d'un piston, effectue un travail, puis est expulsée.

Les réacteurs nucléaires n'ont pas de combustion, c'est pourquoi on utilise le terme plus général de '''moteur thermique externe'''. Le [[réacteur à eau bouillante]] de la figure 2 est une machine thermique externe, tout comme d'autres [[centrale nucléaire|centrales nucléaires]].

[[File:BoilingWaterReactor.gif|thumb|800px|center|Figure 2. Un réacteur nucléaire à eau bouillante, qui est un [[moteur thermique externe]].<ref>(2015, Jan. 4). ''Boiling Water Reactor'' [Online]. Available: http://www.nrc.gov/reading-rm/basic-ref/students/animated-bwr.html</ref>]]

==Exemples de machines thermiques==
===Combustion interne===
* Moteur à [[piston]]
* [[Turbine à gaz#Pistons_vs_turbines|Turbine à gaz]]
* [[Moteur à réaction]]

===Combustion externe===
* [[Réacteur nucléaire]] comme [[réacteur CANDU]], [[réacteur à eau pressurisée]].
* [[Centrale au charbon]].
* [[Centrale au gaz naturel]]

==Rendement==
:''[[Rendement thermique|article principal]]''
Le [[rendement]] d'un moteur est le pourcentage d'énergie absorbée que le moteur peut convertir en travail utile. L'équation pour cela est ''η'' = travail fourni / énergie absorbée. Les moteurs à piston les plus efficaces ont un rendement d'environ 50 %, et une centrale au charbon moyenne a un rendement d'environ 33 %. Les centrales électriques construites plus récemment ont des rendements supérieurs à 40 %.

Les petits moteurs thermiques, comme ceux des voitures, ont une [[puissance mécanique]] mesurée en termes de [[cheval-vapeur|chevaux]]. Les moteurs thermiques plus importants, comme les centrales électriques, mesurent leur puissance en termes de [[MW]]. Bien entendu, la production peut être mesurée dans n'importe quelle [[unité]] de [[puissance]], comme les [[watt]]s.

L'entrée d'une machine thermique est aussi une puissance, souvent mesurée en MW. Dans le cas d'une centrale électrique, il existe également une puissance de sortie électrique. Afin de distinguer les deux puissances, la [[puissance thermique]] (puissance d'entrée) est mesurée en mégawatts thermiques ([[MWt]]), tandis que pour la production d'électricité, la puissance de sortie est mesurée en mégawatts électriques ([[MWe]]). Pour les machines thermiques qui fournissent du mouvement au lieu de l'électricité, la puissance de sortie serait la [[puissance mécanique]].

==Cogénération==
:''[[Cogénération|article principal]]''
Une machine thermique a deux sous-produits : le travail et la chaleur. Le but de la plupart des moteurs est de produire du travail, et la chaleur est traitée simplement comme [[déchet]]. La cogénération consiste à utiliser la chaleur résiduelle pour des choses utiles. Le chauffage d'une voiture fonctionne par cogénération : il utilise la chaleur résiduelle du moteur pour chauffer l'air et réchauffer l'habitacle. C'est pourquoi le fonctionnement du [[chauffage]] d'une voiture en hiver a peu d'effet sur la consommation d'essence, mais le fonctionnement de la [[climatisation]] en été peut coûter environ 10 à 20 % de la consommation d'essence d'une voiture.

==En savoir plus==
*[[Moteur rotatif]]
*[[Moteur alternatif]]
*[[Travail]]
*[[Première loi de la thermodynamique]]
*Ou explorez une [[Special:Random|page au hasard]]

==Références==
{{reflist}}
[[Category:Uploaded]]

Machine thermique - Historique des versions

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Fr>Ethan.boechler le 24 juin 2022 à 23:28

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