Pourquoi les moteurs sont ils plus performants lorsqu’il fait froid ?

Peut être vous êtes vous déjà aperçu qu’en hiver nos avions étaient plus performants.

Mais vous êtes vous demandés pourquoi ?

En fait l’explication est liée à la densité de l’air et au fait que l’air froid est plus dense que l’air chaud.

Quelques définitions

– La densité d’un corps est le rapport entre sa masse volumique et la masse volumique d’un corps pris comme référence.

– La masse volumique est le rapport entre la masse d’un corps et son volume.

– La masse volumique de l’air (rho) caractérise la masse d’air qui est contenue dans un mètre cube. Elle se mesure en kilogrammes par mètre cube (kg/m3).

 

Variation de la densité de l’air avec la température.

Lorsque la température diminue, l’air « prend moins de place » et donc, dans un même volume on trouve plus de molécule d’air. Autrement dit la densité de l’air augmente.

D’après la loi des gaz parfaits, la masse volumique de l’air s’écrit :

en kg/m³, avec P la pression de l’air (Pa), M la masse molaire de l’air (kg / mol), R la constante universelle des gaz parfaits et T la température (K). La constante universelle des gaz parfaits vaut R = 8,3144621 J·K^-1·mol^-1

En fixant la pression atmosphérique à p₀ = 101 325Pa = 1 013,25 mbar = 1 013,25 hPa on obtient :

• Pour T₀ = 273,15 K (0 °C) : ρ₀ = 1,292 kg/m³.
• Pour T₂₅ = 298,15 K (25 °C) : ρ₂₅ = 1,184 kg/m³.

 

Rendement air/essence et performance du moteur

Lorsque la température diminue, dans un même volume d’air aspiré par le moteur, il y a beaucoup plus de molécule d’air..

Mais comment cela impacte les performances du moteur ?

Pour pouvoir démarrer puis délivrer de la puissance, un moteur doit être alimenté avec un mélange composé de vapeurs d’hydrocarbure et d’oxygène gazeux.

 

 

Un moteur à pistons utilisant de l’essence AVGAS (AViation GASoline) ne pourra fonctionner que si le rapport entre les masses d’essence et d’air vaut entre 1/8 (0.125) et 1/20 (0.050).

La combustion est complète et optimale quand ce rapport est de 1/15 soit 1 gramme d’essence pour 15 grammes d’air.

Si le rapport est supérieur à 1/15 le mélange est dit riche. S’il est inférieur il est dit pauvre. J’aurais l’occasion d’y revenir dans un prochain article.

Pour maintenir le rapport à des températures plus basses, le moteur compense en ajoutant plus d’essence. Avec plus d’air et plus d’essence dans les cylindres, le moteur génère alors plus de puissance.

 

En résumé

Lorsque la température baisse :

– L’air est plus dense

– Il y a beaucoup plus de molécules d’air aspirées par le moteur

– Le moteur compense en ajoutant plus d’essence

– Avec plus d’air et plus d’essence le moteur génère plus de puissance.

 

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