On parle de moteur Stirling, parce qu’en 1821 lorsque le pasteur Stirling déposa son brevet, il ne savait pas que le cycle thermodynamique du moteur était réversible. Aujourd’hui, il vaut mieux parler de cycle réversible de la machine de Stirling.

Il faut noter que le cycle thermodynamique de Stirling est proche de celui de Joule Thomson ou de celui de Carnot. La réversibilité du cycle veut dire que la machine de Stirling peut fonctionner en émetteur ou en récepteur d’énergie, en terme mécanique cela veut dire que la machine fonctionne soit en moteur et elle produit de l’énergie mécanique, soit en pompe à chaleur (ou groupe froid) et fournie de la chaleur et du froid.

Il y plusieurs modes de fonctionnement des machines de Stirling ou du cycle de Stirling :

1. En mode volumétrique à pistons
2. En mode semi volumétrique : mono piston ou piston libre
3. En mode thermo-acoustique sans piston

Principe et phases de fonctionnement du moteur Orbem Thermique 0000

1. En Mode Volumétrique à Pistons

• En fonctionnement comme Moteur

Aujourd’hui, les plus gros moteurs Stirling ont une puissance de 80 kW et fonctionnent principalement avec une oxy-combustion.

Leurs rendements sont de l’ordre de 30%. Le gaz moteur est de l’hélium. On trouve aussi sur le marché, des moteurs plus petits, d’une puissance unitaire jusqu’à 1 à 2 kW électriques, récupération thermique jusqu’à 98% de la puissance.

Ils fonctionnent généralement au gaz naturel et leur rendement électrique est de l’ordre de 22%. La totalité de la chaleur est récupérée pour de la cogénération. Le gaz moteur est de l’azote.

• En fonctionnement comme Pompe à chaleur

Les pompes à chaleur ou machine à froid produisent conjointement du chaud et du froid.

La machine de Stirling fonctionnant suivant un cycle de pompe à chaleur est surtout connue comme produisant du froid cryogénique (en dessous de -100°C), jusqu’à des températures proches du zéro absolu, notamment pour la production d’hélium liquide, mais aussi pour la séparation des gaz de l’air (production azote,oxygène argon liquides), ou la liquéfaction du méthane.

Ce qui est moins connu c’est le fonctionnement en pompe à chaleur pure pour produire du chaud au-dessus de 100°C, ce qui en fait une machine intéressante pour la régénération des chaleurs fatales.

2. En Mode Semi Volumétrique : Mono Piston ou Piston Libre

C’est une application intéressante pour la conversion des chaleurs fatales ou de l’énergie solaire à concentration en énergie électrique.

3. En mode Thermo-Acoustique

Une des applications connues est celle de la pompe Fluidyne. Une autre est celle de la production de froid (réfrigérateur Ben & Jerry), mais aussi froid cryogénique embarqué pour l’armement ou l’aviation.