moteur à eau injectée

Un wet heater est un moteur à combustion à cycle fermé conçu pour fonctionner avec un mélange riche air-carburant à l'intérieur d'une chambre scellée, avec de l'eau délibérément injectée dans la zone de combustion. Le moteur brûle un hydrocarbure (généralement du kérosène ou similaire) dans de l'air riche en oxygène ou de l'oxygène pur; pendant la combustion, l'opérateur ou une vanne automatique injecte de l'eau de mer ou de l'eau douce dans les gaz de combustion chauds. Cette eau se transforme instantanément en vapeur, qui se dilate considérablement et entraîne le piston ou la turbine du moteur. L'échappement sort sous forme d'air chaud et humide.

Les wet heaters ont propulsé la plupart des moteurs de torpilles militaires et certains moteurs commerciaux des années 1890 jusqu'au milieu du 20e siècle. L'ajout de vapeur a donné à un moteur à combustion interne conventionnel environ 50 % de puissance supplémentaire pour la même cylindrée, car l'expansion de la vapeur ajoute une deuxième phase à basse pression à la course de puissance. Cela a permis une propulsion compacte et légère dans des espaces confinés : un tube lance-torpilles de sous-marin ou, plus tard, un harnais de recycleur de plongeur. L'efficacité thermique était faible et la consommation de carburant élevée, mais la densité de puissance était ce qui importait.

Le mécanisme fonctionne parce que la chaleur latente de vaporisation de l'eau est énorme. L'eau froide injectée absorbe la chaleur des produits de combustion (généralement à 1 800, 2 200 °C), bout instantanément et occupe environ 1 600 fois son volume initial sous forme de vapeur à pression atmosphérique. La pression à l'intérieur de la chambre augmente fortement, entraînant le piston plus fort que les gaz de combustion seuls ne le feraient. Le moteur fonctionne également plus froid dans l'ensemble : l'injection d'eau refroidit les parois et la culasse du cylindre, réduisant les contraintes thermiques et permettant des taux de compression plus élevés ou des mélanges de carburant plus riches sans détonation.

Risques professionnels et déclin du wet heater

Les wet heaters étaient notoirement difficiles à contrôler. Le rapport carburant-oxygène devait rester dans une bande étroite, sinon le moteur ratait, explosait ou se corrodaient intérieurement à cause d'un carburant imbrûlé ou d'une chaleur excessive. La corrosion et les dépôts de sel provenant de l'injection d'eau de mer encrassaient les soupapes et les pistons. Le calage de l'injection d'eau devait être précis : trop tôt, elle éteignait la flamme ; trop tard, elle n'ajoutait aucune expansion utile. Les torpilles militaires utilisaient parfois du carbure de calcium, qui réagissait avec l'eau pour produire de l'acétylène gazeux pour une puissance supplémentaire, mais avec un risque de détonation plus élevé.

Après la Seconde Guerre mondiale, les wet heaters ont cédé la place aux moteurs diesel et thermiques à cycle fermé avec échangeurs de chaleur externes, qui étaient plus fiables et efficaces. Les wet heaters à petite échelle ont persisté dans des applications spécialisées telles que la propulsion sous-marine expérimentale et les recycleurs de plongée profonde jusque dans les années 1970, mais les équipements respiratoires modernes en circuit fermé utilisent des générateurs d'oxygène chimiques (comme les bougies au peroxyde de lithium) ou des bouteilles d'oxygène denses à la place. Le terme survit principalement dans la littérature d'ingénierie historique et militaire, et dans la terminologie des ingénieurs de torpilles qui se sont formés avant 1960.