Brevet FR3059384A1 — publié le 20180601

La présente invention relève du domaine des moteurs à combustion interne, particulièrement des moteurs destinés à entraîner des groupes électrogènes, notamment des groupes électrogènes embarqués dans des véhicules dits « hybrides ». Etat de la technique Les moteurs à pistons sont les moteurs à combustion interne les plus utilisés à l'heure actuelle. Les modèles à « deux temps » allient une réelle simplicité technique avec un prix de revient relativement bas à la fabrication. Cependant, les normes environnementales vont bientôt condamner ce type de moteur, car ils rejettent une quantité importante de combustible imbrûlé, ainsi que des particules produites par la combustion incomplète de l'huile. Les moteurs à quatre temps classiques ont des qualités qui leur assurent encore un bel avenir devant eux, mais ils ont un certain nombre de défauts, notamment les oxydes d'azote qu'ils produisent. Des moteurs à quatre temps améliorés, notamment les moteurs à cylindrée variable sont annoncés, mais les moteurs équipés de ces perfectionnements seront chers à produire. Industrialisés il y a quarante ans, ils auraient révolutionné l'industrie automobile, mais il est à craindre qu'ils arrivent sur le marché grand public bien trop tard, à un mauvais moment. Les moteurs du type Diesel utilisent des carburants dont le prix est bas dans les pays où ils sont réservés au camions, aux bus et aux engins de chantier. Dans les pays comme la France, où la majorité des véhicules individuels roulent au diesel, en plus des poids lourds et des cars, le gazole n'est pas économique à produire, puisqu'il faut avoir recours au reforming dans les raffineries. Cependant, pour des raisons fiscales, le gazole reste provisoirement moins cher que l'essence. Mais la combustion durant peu de temps dans un moteur Diesel, ceux-ci rejettent des microparticules dangereuses pour la santé. En effet, les microgouttes de carburant injectées dans le gaz à haute température contenu dans le piston se consument en surface, et l'intense flash thermique associé à l'onde de compression émise par la surface en combustion carbonise l'intérieur de la goutte, qui se transforme en polymère aromatique de haut poids moléculaire emprisonnant de l'hydrogène. La microparticule de polymère aromatique cancérigène est ensuite rejetée dans l'atmosphère. L'hydrogène diffuse rapidement hors de la particule de suie, mais celle-ci perdure très longtemps dans l'environnement. Leur petit diamètre font que lesdites particules arrivent jusqu'aux alvéoles pulmonaires. Dans les alvéoles, elles vont être phagocytées par les macrophages qui entrent et sortent dans la lumière des alvéoles par diapédèse. Les particules qui se déposent dans les bronches vont être mobilisées par les cils tapissant celles-ci, et seront ensuite dégluties. Leur potentiel cancérigène pourra donc s'exprimer dans tout l'organisme, avec cependant une prédilection pour les poumons. Le même 3059384 2 problème se retrouve, bien que de manière moins aigüe, dans les moteurs à essence « à injection ». Dans tous les moteurs à pistons, une injection d'eau ou bien un recyclage d'une partie des gaz brûlés améliore le rendement. L'eau est un catalyseur particulièrement actif, de 5 même que les radicaux libres contenus dans les gaz brûlés (Il serait plus juste de parler dans ce cas de « gaz imbrûlés », car la combustion rapide du carburant n'est jamais complète dans aucun moteur à piston, y compris dans les moteurs ou le carburant est introduit en phase vapeur par l'intermédiaire d'un carburateur. Dans tous les cas, les moteurs rejettent une quantité notable de monoxyde de carbone, gaz très 10 toxique et gaz combustible, lequel gaz ne va pas brûler dans le cylindre pour y produire de la force vive, et va malheureusement réchauffer inutilement le pot catalytique, lorsque celui-ci est présent.) Les moteurs à turbine, industrialisés dans la première moitié du siècle dernier sous forme de turbines à gaz fixes, puis navales, puis sous forme de turboréacteurs et de 15 turbopropulseurs ne se sont jamais imposés dans l'automobile, à l'exception de quelques applications militaires dans le domaine des blindés. En effet, le rendement de ces engins est relativement bas, du fait du taux de compression modéré, et aussi à cause d'un taux d'imbrûlés assez important. En effet, le temps de parcours du carburant dans la chambre de combustion est très court : la 20 combustion est toujours incomplète. Sur quelques moteurs à turbine, on a essayé d'insérer un échangeur de température réchauffant l'air à l'entrée à l'aide des gaz chauds issus de l'échappement, ce qui augmente le rendement. Le principe a été adapté sur des moteurs à turbine expérimentaux en utilisant un disque de céramique perforé rotatif qui passe 25 successivement devant la sortie de gaz chauds et devant l'entrée d'air. Ce disque rotatif peut servir en même temps de support à des catalyseurs destinés à détruire les particules de suie et à oxyder les gaz imbrûlés, voir à détruire les oxydes d'azote. (Il s'agit d'une sorte de « pot catalytique rotatif » en quelque sorte.) En réchauffant l'air à l'admission, le rendement du moteur s'en trouve augmenté. Pour des raisons à la fois 30 techniques et économiques, ce dispositif très ingénieux ne s'est pas imposé industriellement. Quoiqu'il en soit, les turbines à gaz sont des moteurs compliqués et coûteux, et leur rendement reste modeste. Comme il est dit plus haut, les gaz enflammés restent relativement peu de temps dans la chambre de combustion, ce qui entraîne le rejet de nombreux hydrocarbures imbrûlés. C'est dommage, car les turbines 35 à gaz ont des caractéristiques qui les destinaient à l'entraînement des alternateurs dans les véhicules hybrides. On a cherché à donner aux moteurs à combustion interne à pistons les mêmes avantages que les moteurs à turbine, en imaginant de nombreux modèles à pistons 3059384 3 rotatifs. Le moteur Wankel est un des rares moteurs rotatifs à avoir été couronné d'une production industrielle. De nombreux modèles ont été imaginés. La plupart sont des variations autour du principe du Wankel, c'est à dire qu'ils comportent un piston rotatif de forme plus ou moins complexe déterminant des espaces de volumes variables au 5 cours de sa rotation dans une cavité au profil complémentaire. Ces moteurs sont tous basés sur le principe des pompes rotatives inventées à Florence durant la renaissance. Le problème, c'est que les fuites et les frottements sont rédhibitoires pour les moteurs, alors qu'ils sont tolérables dans une pompe, dans laquelle le liquide pompé sert aussi à la lubrification et au refroidissement. On discutera plus bas du problème dramatique 10 des joints. Récemment, le moteur rotatif à disque nutateur a reçu une application dans des drones expérimentaux. Avec le moteur Wankel, c'est le seul moteur rotatif commercialisé. L'avantage du moteur à disque nutateur est que le joint principal est un « segment » circulaire, comme dans un moteur à piston. Cependant, il nécessite des joints 15 secondaires pour garantir l'étanchéité au niveau du septum qui entaille le disque. De plus, sa forme complexe le rend délicat à fabriquer. Des variantes en trois dimensions ont été imaginées, comme des moteurs en forme de sphère, de vis imbriquées, ou encore des moteurs comportant des pistons en forme de cônes rotatifs s'engrenant les un dans les autres. 20 De tels moteurs, constitués de formes très-complexes, seraient particulièrement coûteux à produire en masse, en admettant que l'on puisse faire fonctionner un prototype. Un type de moteur extrêmement ingénieux dérivé du moteur Wankel a été récemment proposé : il comporte un piston de forme plus ou moins ellipsoïdale qui est traversé par l'air d'admission de façon tangentielle, ce qui permet de le refroidir, ce qui 25 n'était pas possible dans le cas du moteur Wankel. ("Liquid Piston") Des prototypes basés sur ce principe fonctionnent, néanmoins, la grande surface de joints tournants reste un défi technique. En effet, le problème principal des moteurs rotatifs reste non résolu : le problème des joints. Sur un moteur Wankel, pourtant particulièrement élégant dans son principe, il 30 faut concevoir des joints linéaires à chaque arête du piston rotatif, mais aussi des joints sur les cotés (flasques). Sur le papier, tous les moteurs rotatifs fonctionnent, mais dans la réalité, les surfaces en frottement deviennent très importantes, ce qui provoque une baisse de rendement et une consommation d'huile excessive. Dans beaucoup de modèles de moteurs constitués de formes complexes, il n'est pas 35 possible de faire circuler de l'huile au contact des pièces mobiles importantes, ni même de les refroidir, ce qui est rédhibitoire pour un fonctionnement régulier et sans pannes de ces moteurs. 3059384 4 Les voitures de l'avenir ne seront pas électriques, car la majorité des conducteurs est révulsée à l'idée de se retrouver en panne loin de toute prise électrique. Les voitures du futur seront des véhicules hybrides rechargeables: C'est-à-dire des engins roulants électriques avec un prolongateur de charge thermique. Les moteurs thermiques actuels 5 ne conviennent pas pour cet objectif écologique, comme on l'a vu plus haut. Et cette constatation est valable de la même manière pour les moteurs à combustion interne comme pour les moteurs à combustion externe du type Stirling. Les défauts des moteurs de type Stirling et leurs variantes ne seront pas discutés ici, car ils n'ont réussi à s'imposer que dans les sous-marins, en raison de leur discrétion remarquable. 10 Pour propulser les voitures hybrides de l'avenir, il faudra au contraire un moteur simple de rendement correct, peu polluant, et surtout peu coûteux. En effet, les batteries de haute capacité utilisant des métaux légers et des polymères sont très chères et le resteront, (Et ceci d'autant plus qu'il faudra bien un jour intégrer de façon réglementaire et fiscale le coût de leur recyclage dans le prix d'achat.) et il faudra donc 15 rogner sur tous les autres postes de dépense pour proposer des véhicules hybrides et des véhicules hybrides rechargeables à un prix concurrentiel. Il faut donc concevoir un moteur simple à fabriquer par des techniques d'emboutissage avec le minimum d'usinage, et qui réunisse les qualités des moteurs à pistons sans hériter de trop des défauts des moteurs à turbine. Le taux de compression et la 20 température devront rester modérés pour éviter la production d'oxydes d'azote. Si le taux de compression reste relativement faible, il faudra alors que les gaz en combustion restent dans la zone de réaction suffisamment longtemps pour que leur oxydation se fasse complètement. Si possible, le moteur devra comporter une réinjection d'une petite partie des gaz 25 d'échappement à l'admission, ce qui augmente le rendement, par l'action catalytique de la vapeur d'eau présente dans les gaz d'échappement, et aussi par l'action catalytique des autres espèces réactives telles que les radicaux libres. Le moteur devra de plus intégrer un échangeur de chaleur pour augmenter le rendement, et si possible un échappement catalytique, de façon à diminuer au 30 maximum la pollution. Dans l'idéal, toute la surface interne du moteur devrait être couverte d'un revêtement catalytique poreux, mais il faudra dans ce cas résoudre le problème des frottements. Dans un contexte d'approvisionnements incertains, ce moteur pourra avantageusement être polycarburant, acceptant essence, gas-oil, huiles végétales, voire gaz naturel, gaz pauvre, hydrogène ou même combustibles solides 35 pulvérulents et bouillies humides contenant des substances solides ou pateuses combustibles. (Liqueurs noires de papetterie concentrées, pulpe de canne, bagasses, mélasses, copeaux de bois, sciures, poussier de charbon, sables bitumineux humides, paille et feuilles hachées, cette liste étant non exhaustive.) De façon surprenante à 3059384 5 priori, il est théoriquement possible de brûler un combustible contenant une proportion importante d'eau, à condition de transformer au préalable toute cette eau en vapeur. La transformation en vapeur doit évidemment s'effectuer après l'injection dans le cylindre. Une fois cette étape de vaporisation effectuée, la combustion s'effectue correctement, 5 tant qu'il reste suffisament d'oxygène. Un tel moteur poly-carburant sera particulièrement intéressant pour produire l'électricité dans les véhicules militaires hybrides de l'avenir. Les officiers de l'arme blindée seraient ainsi assurés de toujours trouver un carburant au voisinage du champ de bataille. Un blindé hybride sera capable d'une bonne autonomie sur route, à vitesse 10 modeste, et d'accélérations fulgurantes en situation de combat tout-terrain. Il sera avantageux d'inclure les moteurs électriques dans les jantes des roues, et les batteries sur les flancs, le fond et le toit du véhicule, ce qui augmentera la protection du personnel, surtout si on utilise un support d'électrolyte en céramique ou en fibres textiles aussi résistantes que du kevlar (Le kevlar lui-même n'est pas un bon candidat, 15 en raison de son instabilité en présence d'acides ou de bases). Les engins chenillés militaires actuels sont une survivance étrange de la première partie du 20ème siècle, une époque où les camions avaient des roues étroites en bois recouvertes de bandages en caoutchouc plein. Les pneumatiques actuels n'ont rien à envier aux chenilles en ce qui concerne leur capacité tout-terrain, à la condition que le nombre 20 d'essieux soit égal ou supérieur à 3. Les blindés à roues ne nécessitent pas de porte- char. Les pneumatiques n'ont pas la vulnérabilité des chenilles aux mines antichar qui font très facilement « décheniller » un blindé chenillé. Un blindé à 6 essieux pourra perdre une roue sur une mine sans perdre sa mobilité. Il est déjà délicat de raccorder une chenille brisée sur une place d'arme, mais c'est une « mission impossible » dans la 25 boue et sous le feu de l'ennemi. Et un blindé immobilisé est un blindé détruit. Au contraire, une roue détruite par une mine peut être changée sans trop de problèmes, surtout si une suspension oléopneumatique ou bien des vérins intégrés permettent de soulever la caisse automatiquement. Les pneumatiques seront évidemment choisis parmi les modèles de grande taille équipant déjà des camions civils. Des roues de 30 secours disposées sur le toit ajouteront encore à la protection contre des missiles intelligents arrivant par le dessus. Les batteries seront alimentées en électricité par plusieurs alternateurs couplés à des moteurs à vortex, et en raison de leur forme relativement plate, il sera extrêmement avantageux de placer ceux-ci à l'extérieur du véhicule, ce qui augmentera encore la protection contre les charges creuses ou bien 35 contre les projectiles hyper véloces sous-calibrés. L'armement constitué de missiles intelligents autoguidés par leurs caméras vidéo et tirés verticalement sera placé dans des silos sur les flancs, ce qui ajoutera encore à la protection de l'équipage. Les roues étant à commande électrique totale, que ce soit pour leur motorisation comme pour leur 3059384 6 orientation, le poste d'équipage fortement blindé pourra être situé de façon aléatoire à un emplacement variable à l'intérieur de la caisse, et ceci pour une même série de blindés. Autour du poste d'équipage, des sièges permettront de transporter un peloton dans des conditions de protection encore très correctes. 5 D'une façon plus pacifique, dans les voitures hybrides individuelles, les moteurs à vortex seront placés à l'avant, et les batteries sous le plancher de la caisse pour abaisser le centre de gravité, et la silhouette de ces véhicules évoquera beaucoup les actuels « monospaces », surtout si les moteurs électriques sont eux aussi placés dans les jantes. En raison de leur construction en tôle d'acier mince, les moteurs vortex 10 s'écraseront en cas de collision frontale. Ce faisant, ils absorberont une grande quantité d'énergie cinétique, augmentant énormément la sécurité des passagers. Au contraire, les moteurs actuels ne se déforment pas, et transmettent directement l'énergie d'un impact vers les jambes des passagers avant d'un véhicule, qui sont broyées et déchiquetées par cet énorme projectile de fonte. Si l'orientation des roues 15 motrices est réalisée par des commandes électriques, ce qui est souhaitable pour éliminer la lourde et complexe colonne de direction, on éliminera un autre projectile potentiellement mortel lorsqu'il traverse la cage thoracique du conducteur : l'axe du volant de direction. Les parois du cylindre des moteurs à vortex étant recouvertes d'un enduit catalytique 20 rugueux, les frottements devront être éliminés au maximum, et on évitera absolument les joints rotatifs. Seuls les indispensables frottements impliquant les paliers de l'arbre moteur devront être tolérés, bien entendu. Si il est possible de refroidir les supports de l'arbre moteur à une température suffisemment basse, les paliers en alliage antifriction pourront avantageusement être remplacés par des roulements à bille ou des 25 roulements à aiguilles ou bien à cylindres. Description de l'invention L'invention est basée sur les propriétés aérodynamiques des vortex toriques. Les vortex on été décrits par Léonard de Vinci, Victor Schauberger puis Théodore Von Karman. Les vortex toriques sont des structures aérodynamiques particulièrement 30 stables. On peut même les qualifier de structures autostables. Un « rond de fumée » produit par un fumeur de « Havane » est un vortex torique. Au début du siècle dernier, les agriculteurs du sud-ouest de la France utilisaient des « canons à vortex » pour se protéger de la grêle. Les effets de ces canons sur la grêle sont encore discutés, mais ce qui ne fait aucun doute, c'est que les vortex produits par 35 ces dispositifs restaient stables tout en se déplaçant à grande vitesse vers les couches de nuages situés à plusieurs kilomètres, où leurs effets étaient parfaitement visibles. Il est remarquable que quelque soit la quantité d'énergie utilisée pour produire un vortex, celui-ci garde toujours la même forme : un vortex produit par un jouet d'enfant 3059384 7 comme par exemple un pistolet qui tire des ronds de fumée est aussi stable qu'un vortex produit par la détonation d'un mélange acétylène/oxygène dans un canon paragrêle, et réciproquement. Si on arrivait à comprimer le mélange combustible d'un moteur selon un vortex torique, 5 et à faire de même avec les gaz brûlés, alors le cylindre de ce moteur pourrait être réalisé en tôle de métal mince, ce qui allégerait énormément la structure du moteur. En effet, c'est le vortex lui-même qui assurerait son propre confinement. Il faut cependant extraire ensuite l'énergie du vortex et voici comment la présente invention propose de procéder : 10 Considérons tout d'abord une analogie pour expliquer le fonctionnement de l'invention: La voilure tournante d'un hélicoptère peut se comporter de plusieurs façons. Dans le cas le plus habituel, lorsque l'appareil est en ascension ou bien en vol stationnaire, ou bien en descente à vitesse modérée, les filets d'air sont accélérés lors du passage dans la voilure, et la portance induite permet la sustentation de l'engin. (Figure 1) Dans 15 le cas d'une descente en autorotation, c'est le contraire : les filets d'air sont ralentis et s'écartent « en parasol » en traversant la voilure vers le haut, et là aussi, la portance induite permet la sustentation de l'engin. (Figure 2). Si l'appareil passe d'un régime en vol stationnaire à une descente à une vitesse trop rapide, les filets d'air s'écartent en dessous de l'engin, et donc l'air ralentit, ce qui occasionne une perte de portance. De 20 plus, les filets d'air se replient dangereusement vers le haut, et l'air risque donc de repasser dans la voilure plusieurs fois. (Figure 3). Si un tel phénomène se produit, on entre dans le régime de « l'Anneau de Vortex » (« Vortex Ring State » en anglais) et la portance s'effondre de façon dramatique. (Figure 4). On ne considérera pas ici l'évolution d'un hélicoptère à proximité du sol. Dans un tel cas, d'autres vortex peuvent 25 apparaître sous l'engin. La rotation de l'hélice produit une force de portante P. Si l'hélicoptère descend trop rapidement à la verticale, les pales de l'engin rentrent dans le vortex (v), et celui-ci se verrouille autour de la voilure tournante, produisant une diminution dramatique de la portance p et ensuite la chute et la destruction de l'engin. (Figure 4) C'est pourquoi les atterrissages des engins à voilures tournantes se font 30 habituellement en conservant une vitesse horizontale non nulle, de façon à éviter aux pales d'entrer dans le vortex. Il faut noter que la quasi-totalité des figures représentant le régime d'anneau de vortex publiées dans les ouvrages de pilotage ou même dans les traités d'aérodynamique sont fausses. Selon la forme de la cabine, un petit vortex secondaire peut aussi se former à l'emplanture de la voilure, sans grande conséquence 35 pratique. Il n'est pas dessiné dans les figures. Le couple constitué par une hélice ou une turbine en interaction avec un vortex torique constitue un exemple de structure autostable : quels que soient les efforts appliqués, cette structure tend à se maintenir inchangée. Dans un tel cas, l'hélice reste 3059384 8 emprisonnée dans le vortex, échangeant son énergie avec celui-ci. Il faut un effort considérable pour l'extraire du vortex. Nous allons utiliser ce principe aérodynamique en construisant notre moteur rotatif autour d'un vortex torique. La structure du moteur n'aura donc pas à lutter 5 principalement contre les pressions internes, comme dans un moteur à piston, mais cette structure essentiellement à canaliser les forces des gaz en mouvement pour les utiliser au mieux de nos intérêts industriels. Au lieu d'utiliser de nombreux disques comportant des aubes fixes et mobiles, comme dans un moteur à turbine, nous utiliserons une seule turbine mobile, mais le vortex 10 obligera les gaz à la traverser de nombreuses fois. Cette turbine servira autant à comprimer les gaz préalablement à la combustion qu'à récupérer ensuite leur force vive pour entraîner l'axe relié à l'alternateur. Que ce soit dans le cas où le moteur sera destiné à entraîner un générateur électrique, ou bien dans les cas où il entraînera par exemple une hélice propulsive, ou bien encore les roues d'un véhicule, ou bien encore 15 une pompe, sa vitesse de rotation devra rester modeste de façon à ne pas avoir à utiliser de réducteur de vitesse. Le moteur à vortex torique faisant l'objet de la présente invention est constitué d'un tore de métal ou d'un autre matériau résistant à la chaleur (embouti, moulé, imprimé par synthèse additive ou bien usiné) formé de deux demi-coquilles (1) et (2) assemblées 20 par la périphérie. (Figure 5) Pour les nécessité du dessin industriel, les demi-coquilles (autrement dénommés "hémitores" dans la description) semblent assez épaisse sur les figures du présent brevet, mais elles peuvents être formés d'une tôle d'acier embouti fort mince. A l'intérieur du tore peut tourner une turbine composée d'une partie plane (3) et d'une partie portant des aubes (4). La rotation de la turbine produit un 25 vortex (v). Les aubes peuvent être soit simples, soit doubles. Dans le premier cas, lesdites aubes n'interagissent qu'avec la partie du vortex proche de l'axe. Dans le second cas, l'aube est à double courbure : courbure dans un sens dans la partie proche de l'axe (5) , courbure dans l'autre sens dans la partie du vortex éloignée de l'axe (6). (Figure 6) L'action du vortex concourre aux même effets sur les deux parties 30 des aubes : compression de l'air avant l'injection de combustible et détente des gaz en combustion après l'injection du combustible. La turbine pourra être fabriquée par estampage d'une tôle mince, ou par forgeage d'une tôle plus épaisse, ou bien par synthèse additive. La turbine pourra être réalisée en métal ou en tout autre matériau résistant à la chaleur En tout cas, un usinage compliqué ne sera pas nécessaire, à 35 l'exception d'un ébarbage des pièces, et éventuellement, d'une rectification. La turbine sera elle aussi recouverte d'un revêtement catalytique (c) au niveau des pales. La partie plane de la turbine est fixée à un axe (7) lequel est relié, soit à un générateur 3059384 9 électrique (8), soit à un autre dispositif utilisant la force motrice produite, par exemple une hélice propulsive, une pompe hydraulique, etc...(Figure 6) Lorsque les aubes de la turbine comportent une double courbure, la partie des aubes située au milieu de celle-ci présente une courbure de forme variable, y compris une 5 section de courbure totale nulle, c'est-à-dire une région sans portance aérodynamique. De façon à permettre au vortex de s'enrouler correctement et sans turbulence à l'intérieur du tore, il peut être avantageux de solidariser les aubes les unes avec les autres par une partie tubulaire (9), de forme torique, ledit tube permettant un enroulement plus régulier du vortex, tout en ajoutant à la solidité de la turbine. (Figure 10 7) L'air est admis tangentiellement au tore par une tubulure d'admission (10) et les gaz brûlés s'en échappent par la tubulure d'échappement (11) Comme dans un moteur à piston, la surface de la section de la tubulure d'échappement est préférablement supérieure à la surface de la section de la tubulure d'admission, de façon à ce que les 15 gaz brûlés sortent à la pression la plus basse possible, en ayant cédé la majeure partie de leur énergie aux aubes de la turbine. Les aubes de la turbine ont une concavité tournée vers la tubulure d'admission. Ainsi, la compression ne s'effectue pas avec le rendement maximum, mais l'extraction de puissance avant l'échappement s'effectue, au contraire, mais les meilleures conditions 20 aérodynamiques possibles. (figure 9) Des aubes à pas variables seraient en théorie plus efficaces, mais la complication mécanique ajoutée par une telle disposition ne se justifie pas de façon habituelle, y compris dans de grosses machines fixes. Entre l'admission et l'échappement, le tore est barré par un diaphragme métallique profilé (12), lequel diaphragme est percé d'un passage (13) permettant le passage des 25 aubes mobiles (4). (Figures 8, 9 et 10) Ledit diaphragme peut avoir la forme d'un double plan incliné perpendiculaire au mouvement des pales (aubes), et il sera percé d'une fente ayant tout juste l'épaisseur de celles-ci. (13) Ce diaphragme peut avantageusement avoir la forme de deux cônes opposés par la base, chaque cône (14 & 15) étant fendu d'un passage (13) permettant à la turbine de le traverser. (Figure 8) 30 Le rôle du premier cône est de permettre à l'air de l'admission de s'enrouler facilement selon un vortex (y), et le cône d'échappement servira à ouvrir progressivement le vortex (v), et à le guider vers la tubulure d'échappement. (Figure 10) On voit tout de suite qu'une certaine proportion des gaz brûlés passera à travers ce diaphragme (12), sans s'échapper par la tubulure d'échappement (11). Loin de diminuer le rendement du 35 moteur, cette ré-injection de gaz d'échappement va l'augmenter. En effet, lesdits gaz d'échappement vont se refroidir en se mélangeant à l'air frais provenant de la tubulure d'admission, et réchauffer celui-ci, ce simple effet augmentant le rendement. Mais surtout, les espèces chimiques réactives contenues dans les gaz brûlés vont catalyser 3059384 10 efficacement la combustion du combustible dès que celui-ci sera injecté dans le cylindre. Un dispositif d'allumage (16) tel une bougie d'automobile allumera le mélange combustible. Le combustible est injecté en (17), mais on pourra aussi prévoir une injection étagée en plusieurs autres points du tore tels (18), (19) etc... 5 Après le démarrage du moteur et le réchauffage de la turbine et des parois internes, l'allumage du combustible s'effectuera le plus souvent spontanément, et la flamme remontera plus ou moins jusqu'au point d'injection, ceci sans engendrer aucun problème. Remarquons qu'un moteur à vortex ne nécessite pas de refroidissement poussé par 10 liquide ou bien par air. Au contraire, il sera avantageux d'isoler la majeure partie du tore par une fibre céramique (20), sous réserve que la température du tore ne monte pas trop haut, dégradant ainsi les propriétés mécaniques du tore. Seule la partie plane centrale sera munie d'ailettes servant au refroidissement par l'air d'admission, ou bien par de l'air spécialement soufflé sur lesdites ailettes. Sur les grosses machines fixes, 15 cette partie plane pourra être refroidie par un liquide, ce liquide pouvant être le carburant (huile lourde, par exemple) L'avantage d'une injection étagée en plusieurs autres points du tore (18), (19), est de permettre une combustion complète du combustible au niveau du premier injecteur (flamme bleue) Au niveau des injecteurs suivants le taux d'oxygène baisse, mais la 20 température du gaz augmente, ainsi que sa concentration en espèces chimiques catalysant la réaction (vapeur d'eau, radicaux libres) La combustion reste donc toujours presque complète. Une telle disposition comportant de multiples injecteurs est particulièrement adaptée aux gros moteurs à vortex, tels que des moteurs de marine, de locomotives hybrides ou bien des moteurs de centrales électriques. 25 Bien entendu, dans le cas de l'utilisation d'un combustible solide granuleux, ou pulvérulent, ou bien d'un combustible pâteux, on utilisera un dispositif de l'art antérieur pour introduire ce combustible dans le tore. (Par exemple une ou plusieurs vis sans fin.) On pourra aussi utiliser deux combustibles différents : par exemple un combustible facile à allumer comme du gaz naturel, puis ensuite un dispositif ad hoc introduira le 30 second combustible (par exemple une bouillie de lignite et d'eau) en des positions situées plus avant sur le tore, au milieu des gaz chauds qui permettront l'inflammation rapide du second combustible. Fonctionnement du moteur : Le moteur ne peut pas démarrer tout seul : il faut le lancer en utilisant par exemple 35 l'alternateur comme un moteur, ou bien à l'aide d'un moteur auxiliaire. On peut aussi lancer la turbine grâce à de l'air comprimé, ou bien à l'aide d'un dispositif pyrotechnique. 3059384 11 La turbine va brasser l'air dans le tore et engendrer un mouvement de vortex. A chaque passage à travers les aubes de la turbine, la vitesse et la pression de l'air augmente. En (17) un dispositif d'injection fait pénétrer le carburant dans le moteur. Ce dispositif peut être constitué d'un injecteur de l'art antérieur, injectant le carburant par 5 bouffées, ou bien d'un pulvérisateur l'injectant en continu. Dans ce cas, une pompe auxiliaire servira à augmenter la pression du carburant, de façon à ce que celle-ci soit supérieure à la pression de l'air dans le « cylindre » torique, que l'on dénommera ci-après « tore ». Brassé par le vortex, le carburant va se mélanger avec l'air comprimé et le mélange 10 s'allumera au niveau de la bougie. Selon la vitesse de rotation du mélange gazeux, la flamme pourra remonter plus ou moins vers le point d'injection. Le gaz comprimé est chauffé, et la pression augmente. Les gaz brûlés vont ensuite se détendre en cédant leur quantité de mouvement aux pales de la turbine, pour finir par s'échapper en (11). Pendant la détente, les gaz brûlés cèdent aussi de la chaleur aux pales. Celles-ci 15 passent à travers la fente du diaphragme, et cèdent ensuite leurs calories à l'air frais qui rentre dans le moteur au niveau de l'admission. Le rendement global du moteur est ainsi augmenté, sans nécessiter un échangeur de température rotatif : la turbine constitue elle-même cet échangeur rotatif. On s'aperçoit que les gaz en combustion passent de nombreuses fois au travers de la 20 turbine, et que ceux-ci parcourent un chemin relativement long dans le tore : on peut estimer le parcours des gaz en combustion à plusieurs mètres, ceci pour notre prototype de 30 cm de diamètre. Même si le mélange entre le carburant et l'air n'est pas parfait au moment de l'initiation de la combustion, les suies éventuelles ou bien le carburant imbrûlé auront tout le temps de se consumer totalement durant leur parcours 25 hélicoïdal jusqu'à la lumière d'échappement. La turbine ne touche le moteur qu'au niveau des paliers (ou bien des roulements a billes) (21) de l'axe (7). Des ailettes de refroidissement protègent cet axe contre le passage éventuel de gaz chaud. Ces paliers peuvent donc être constitués de roulements à billes ou à aiguilles. 30 L'effet Tesla contribue à éloigner les gaz chauds de l'axe du moteur. Etant donné que la turbine ne touche le reste du moteur qu'au niveau de l'axe, les frottements sont donc inexistants, et la totalité de la surface interne du tore, de même que la totalité de la surface des pales peut être recouverte par un dépôt catalytique semblable à celui que l'on trouve sur la paroi des fours de cuisine à catalyse ou dans les pots catalytiques. 35 Ce type de moteur sera donc extrêmement peu polluant, et son rendement de combustion sera excellent. Il est possible de texturer la face interne du tore par ses sillons plus ou moins inclinés qui augmenteront la surface catalytique et ralentiront 3059384 12 éventuellement la progression des gaz vers l'échappement, ou bien au contraire l'accéléreront, selon les nécessités techniques de l'application considérée. Si le moteur est destiné à entraîner un générateur électrique, il ne sera pas utile de prévoir un embrayage. Ce pourrait être le cas si le moteur était destiné à entraîner une 5 voilure tournante, de façon à éviter de surdimensionner le moteur de démarrage. La voilure tournante ne serait engrènée qu'après le démarrage du moteur vortex. Étant donné qu'il n'y a aucun contact entre la turbine et le tore, on peut alimenter le moteur avec un combustible solide présenté sous forme pulvérulente : poussière de charbon, son, poussières végétales, sciures et poussiers, sulfures métalliques en 10 poudre et poudre de soufre, schistes bitumineux en poudre, farines diverses, notamment farines animales avariées ou bien contaminées par un agent pathogène de type prion, papier, sciure de carton ou sciure de bois déchiqueté, etc...On peut aussi utiliser du combustible liquide contenant en suspension ou bien en solution des matières combustibles : liqueurs noires de papetterie concentrées, eaux de 15 déballastage concentrées, eaux grasses des l'industrie alimentaire et de la restauration, eaux grasses des étages de dégraissage des stations d'épurations des eaux, pulpe de canne, bagasses, mélasses, copeaux de bois, sciures, suspension de charbon dans l'eau transportée par carboduc, (après un rapide essorage partiel.) suspensions de combustibles divers dans du fuel-oil, bouillie de poussier, sables 20 bitumineux humides, paille et feuilles hachées, cette liste étant non exhaustive. Dans le cas des sables bitumineux, il faudra que ceux-ci soient suffisamment humides pour que la température en fin de combustion demeure suffisamment basse pour éviter la fusion des sables, ce qui provoquerait un grippage du moteur par le laitier siliceux formé. 25 Dans un moteur vortex de grande taille, on peut même imaginer l'utilisation de copeaux de bois, voire de plastique, de fragments de pneus ou de déchets divers déchiquetés, par exemple des ordures ménagères déchiquetées et passées au crible. Il faudra dans tous les cas prévoir un système destiné à traiter les cendres volantes minérales qui subsisteront à la sortie, et aussi un système de lavage des gaz. L'injection de poudre 30 de calcaire en même temps que le combustible gazeux, liquide ou solide permettra de fixer les oxydes de soufre éventuels, et les autres gaz acides tels le chlorure d'hydrogène. L'introduction de poudre de gypse en même temps que le combustible gazeux, liquide ou solide provoquera la formation de poussière de plâtre et de vapeur d'eau, ce qui augmentera le rendement et permettrait ainsi de produire une partie de 35 l'énergie électrique demandée par les installations industrielles d'une plâtrière, voire même dégager un léger surplus. La chaleur des gaz d'échappement pourra bien sûr être récupérée dans une chaudière ad hoc, à des fins de chauffage ou bien de cogénération électrique. 3059384 13 Notons que le passage de poudre de schistes bitumineux dans un moteur à vortex donnera en sortie un composé pulvérulent fort voisin du « clinker » obtenu dans les cimenteries, à ceci près qu'il ne sera pas nécessaire de le broyer et de le moudre pour obtenir un ciment de qualité inférieure mais acceptable pour des travaux de fondations 5 ou des travaux routiers. Dans le cas ou le combustible comporte une teneur en soufre élevée (Mazout, poussier, lignite, etc...) il est possible d'injecter en même temps de la poussière de calcaire. On récupèrera en sortie de la poussière de gypse, qui pourra être récupérée. Un tel « plâtre gris » ne devra pas être utilisé pour enduire l'intérieur des habitations, de 10 même que pour fabriquer des panneaux de plâtre, en raison des polluants qu'il est susceptible de contenir (uranium, polonium et radium, autres métaux lourds, hydrocarbures imbrûlés, voire dioxines imbrûlées), mais il pourra économiquement être utilisé pour fabriquer les « noyaux » utilisés dans l'industrie de la céramique sanitaire, et dans d'autres processus industriels. 15 En injectant des marnes pulvérulentes avec un combustible, on obtiendra en sortie une poussière de clinker pouvant être utilisée pour constituer des bétons de qualité inférieure. Ces bétons pourront être utilisés pour des travaux de génie civil, de génie routier ou bien pour établir des fondations. Que ce soit dans des installations fixes ou mobiles, l'injection éventuelle d'eau en (22) 20 ou (23), après oxydation complète du combustible va provoquer la formation de vapeur d'eau, et diminuer la température des gaz brûlés et donc augmenter encore le rendement. Une telle injection d'eau est cependant adaptée plus particulièrement aux installations fixes de grande puissance. Dans des moteurs destinés à opérer dans des environnement anoxiques comme le 25 vide spatial ou le milieu sous-marin, on pourra injecter un agent comburant en (24), et un combustible en (25), et éventuellement alterner de nouvelles injection de combustible et de comburant en (26), (27), (28) et en d'autre points de la périphérie du tore. Il faut remarquer que le fonctionnement de ce moteur est exempt de vibrations, ce qui est très important dans une utilisation à bord d'un submersible, domaine dans 30 lequel la furtivité est une préoccupation essentielle. Bien entendu, le passage des pales devant la tubulure d'échappement provoque un « effet sirène » inévitable, mais des pots d'échappement à chicanes de l'art antérieur pourront aisément atténuer ce phénomène. Un système de chambre de réverbération (29) destiné à déphaser les pulsations sonores et les recombiner avec la pulsation suivante pourra aussi être 35 utilisé. (Figure 11) On pourra aussi réaliser une configuration comportant deux tubulures d'échappement (30) et (31). (Figure 12) Ces tubulures se rejoindront ensuite de telle façon que les pulsations sonores provoquées par le passage des pales devant lesdites tubulures d'échappement se retrouvent en opposition de phase. Ceci 3059384 14 diminuera beaucoup l'effet sirène, toujours dans un objectif de furtivité. (Figure 10) Le moteur à vortex faisant l'objet de la présente description peut aussi être alimenté par du peroxyde d'hydrogène concentré, le revêtement catalytique du cylindre torique provoquant la décomposition du peroxyde. On peut aussi injecter dans le moteur du 5 peroxyde d'hydrogène et une solution de permanganate par un autre injecteur, ceci permettant d'utiliser un cylindre torique non recouvert d'un enduit catalytique. Une application de la présente invention pourrait être des générateurs électriques pour engins spatiaux, utilisant le couple d'ergols du moteur principal. Une autre application de la présente invention pourrait être la propulsion de torpilles ou de véhicules sous- 10 marins. L'utilisation d'un monergol de type « Otto fuel » est aussi possible avec un moteur vortex, et ceci d'autant plus avantageusement que l'injection peut s'effectuer aisément de façon étagée, ce qui évite des pressions trop élevées et des températures trop importantes au niveau d'un injecteur unique, ce qui diminue le risque d'un passage en mode détonation, soit d'un monergol, soit d'un couple d'ergols. 15 L'application principale de la présente invention reste cependant la réalisation de générateurs électriques peu coûteux pour véhicules hybrides, ou bien de moteurs peu coûteux pour la propulsion de drones. Les multicopters sont une des applications les plus intéressante de ce nouveau moteur, en raison de son faible poids rapporté à sa 20 puissance. De façon à pouvoir permettre aux dispositifs de stabilisation informatisés d'appliquer instantanément aux hélices (32) les corrections imposées par les gyroscopes et par le pilote, un petit alternateur (33) sera inclus dans chaque axe moteur, (34) ou bien un alternateur sera intégré au moteur comme indiqué ci-dessous. (Figure 13) Le circuit sera ouvert en conditions stationnaires, mais si une correction est 25 nécessaire, certains alternateurs passeront en mode générateur, et produiront ainsi un freinage immédiat plus ou moins fort sur les moteurs à vortex concernés. (35) Le courant produit sera dérivé par le circuit électronique de l'art antérieur (36) vers les autres moteurs, et leurs alternateurs fonctionneront en alors en moteurs, produisant un surcroît de poussée sur les moteurs concernés, et ceci avec un temps de réaction 30 extrêmement faible. (figure 13) De façon à diminuer le poids de l'engin, on remplacera la caméra orientable présente sur de nombreux drones par un anneau de caméras fixes dirigées selon un angle de 45 degrés de la verticale, (37) et dont les champs de vision se recouvriront. De la même façon, les éventuels armements, telles des grenades autopropulsées (38) seront placées dans des tubes fixes, étant donné que 35 l'engin pourra s'orienter vers une cible de façon extrêmement rapide. On prendra soin que les évents (39) ne dirigent pas les gaz de propulsion des projectiles dans le cercle parcouru par les hélices. 3059384 15 En raison de son faible poids et de son coût modéré, le moteur vortex peut aussi remplacer les moteurs deux temps dans un grand nombre d'applications ne demandant pas un couple important en sortie de moteur : tondeuses à gazon, souffleurs à feuilles mortes, moteurs hors-bords de bateaux de faible puissance. Ce remplacement 5 s'effectuera pour le plus grand profit de l'environnement, car les moteurs deux temps sont particulièrement polluants, au contraire des moteurs à vortex constituant la présente invention. En raison de son faible poids, en de son profil discoïde relativement plat, le moteur vortex pourra permettre d'étendre la technologie des moteurs hybrides aux deux roues, 10 bicyclettes et motocycles. Dans une telle application, les moteurs vortex trouveront avantageusement leur place à l'intérieur des roues. En raison de la vitesse périphérique relativement grande des pales, il est évidemment possible de les prolonger par une couronne portant des aimants permanents destinés à induire un courant dans des bobinages fixes placés en périphérie. L'alternateur sera 15 ainsi intégré au moteur. Il faudra dans ce cas prévoir une partie métallique destinée à empêcher la chaleur d'atteindre les aimants. Les aimants permanents pourront évidemment être fixés sur la partie plane de la turbine (3) entre les aubes et l'axe. Bien entendu, dans les deux cas, afin d'éviter les courants de Foucauld, on réalisera le carter et les hémitores dans un matériau isolant ou peu conducteur (céramique ou 20 acier inoxydable) De façon à éviter les complications mécaniques et le surcroît de poids provoqués par l'utilisation d'aimants permanents en périphérie, il sera avantageux d'inclure dans la couronne externe prolongeant les pales de la turbine deux couronnes de métal conducteur respectivement logées dans un sillon de la turbine, lesdites couronnes 25 conductrices étant reliées par des barres radiales de métal conducteur, cuivre ou aluminium. La partie de la turbine comportant ces barres conductrices passera dans l'entrefer magnétique de deux ou trois stators comportant des bobinages de fil conducteur Bien entendu, de façon à éviter de gaspiller toute la puissance sous forme de courants de Foucauld, la turbine devra être réalisée en céramique, ou dans un 30 matériau de faible conductivité électrique. Les propriétés magnétiques du matériau constituant la turbine sont moins importantes, car l'épaisseur traversée par le flux magnétique est très faible, de l'ordre de quelques millimètres, voire quelques centimètres pour des machines de grande taille. La poudre d'acier inoxydable frittée peut constituer un bon matériau de compromis pour fabriquer la turbine par synthèse 35 additive. La résistivité de ce matériau est forte, et la susceptibilité magnétique correcte. On réalisera ainsi un générateur asynchrone discoïde de l'art antérieur particulièrement léger et facile à réaliser. Ce générateur pourra évidemment servir de moteur asynchrone de démarrage, puis passer en mode générateur. 3059384 16 Dans une autre manière de réaliser l'invention, le générateur asynchrone ne sera pas situé dans la partie externe de la turbine, mais juste avant les pales, dans la partie plate de la turbine. (3) Deux couronnes de métal conducteur (37) et (38) seront respectivement logées dans un sillon de la turbine, lesdites couronnes conductrices 5 étant reliées par des barres radiales (39) de métal conducteur, cuivre ou aluminium. (Figure 14) La partie de la turbine comportant ces barres conductrices passera dans l'entrefer magnétique de deux ou trois stators en acier au silicium feuilleté (40) comportant un ou plusieurs bobinages de fils conducteur (41). Le circuit magnétique du stator en acier au silicium feuilleté aura avantage à pénétrer le carter du moteur par 10 des orifices (42) rendus étanches par soudure ou par insertion à frottement dur des noyaux magnétiques. (40) Le nombre de ces stators pourra être variable, le nombre de 3 étant un minimum pour éviter la production de trop de vibrations. (Par contre un stator unique provoquerait un balourd rédhibitoire) On réalisera ainsi un générateur asynchrone discoïde particulièrement léger et facile à réaliser. Ce générateur pourra 15 évidemment servir de moteur asynchrone de démarrage, puis passer ensuite en mode générateur. Il est bien entendu possible d'empiler deux ou plusieurs de ces moteurs à vortex torique de façon à augmenter la puissance produite, cette puissance étant emportée par un axe commun. 20 25 30 35