MÉCANIQUE APPLIQUÉE

OPTION CONSTRUCTION – 3ÈME ANNÉE

Edition 2025 / Enseignement primaire, secondaire et technique en RDC.

Préliminaire

Objectifs du cours

Ce cours de troisième année a pour objectif de fournir au futur technicien une connaissance approfondie et opérationnelle des moteurs thermiques, qui constituent le cœur de la quasi-totalité des engins de chantier. L’ambition est de dépasser la simple description pour entrer dans la logique de fonctionnement de ces machines complexes, en identifiant chaque organe, en comprenant sa fonction et en assimilant les principes de base des systèmes qui assurent son alimentation, son refroidissement et sa lubrification. La finalité est de former un professionnel capable de dialoguer avec les mécaniciens, de superviser la maintenance de premier niveau et de comprendre les facteurs qui conditionnent la performance et la longévité de son parc matériel. ⚙️

Approche Pédagogique

Privilégiant une approche technologique et pragmatique, l’enseignement s’appuiera sur des supports visuels (schémas, éclatés de moteurs) et, idéalement, sur l’étude de pièces réelles ou de moteurs didactiques. Chaque système (carburation, allumage, injection, etc.) sera disséqué pour en comprendre le rôle et le fonctionnement. Une distinction claire sera établie entre le moteur à allumage commandé (essence) et le moteur à auto-allumage (diesel), ce dernier étant fondamental pour les engins lourds. Des exemples concrets, allant de la maintenance d’un groupe électrogène sur un chantier isolé dans le Maniema au diagnostic d’une niveleuse sur un chantier routier près de Kananga, permettront de contextualiser les savoirs.

Compétences Visées

Au terme de cette année, l’élève détiendra les compétences suivantes :

• Distinguer : Expliquer les différences fondamentales de principe, de constitution et de fonctionnement entre un moteur à essence et un moteur diesel.
• Identifier : Reconnaître et nommer les principaux composants d’un moteur thermique et décrire précisément la fonction de chacun.
• Analyser : Décrire le fonctionnement des systèmes auxiliaires vitaux : alimentation, refroidissement, lubrification et circuit électrique de démarrage/charge.
• Diagnostiquer : Interpréter les signes d’un dysfonctionnement simple et proposer les opérations de contrôle et de maintenance de premier niveau.

Modalités d’Évaluation

L’évaluation portera sur la compréhension fine de la technologie des moteurs. Elle sera composée d’interrogations écrites évaluant la connaissance des organes et des systèmes, d’analyses de schémas de circuits (électrique, carburant) et d’études de cas portant sur des pannes simples. Un examen final de synthèse validera la capacité de l’élève à décrire le fonctionnement complet d’un moteur et à établir un plan de maintenance préventive de base. 🛠️

Partie I : Le Moteur à Allumage Commandé (Moteur à Essence)

Cette partie est consacrée à l’étude détaillée du moteur à essence, qui équipe les véhicules légers, les petits groupes électrogènes et certains outillages de chantier. Son analyse permet de poser les bases de la compréhension de tous les moteurs à pistons.

Chapitre 1 : Principes et Architecture du Moteur à Essence

Ce chapitre explore le fonctionnement fondamental du moteur à essence et la manière dont ses principaux composants mécaniques sont agencés pour transformer l’énergie d’une combustion en mouvement.

1.1. Le Cycle à Quatre Temps : Admission, Compression, Combustion, Échappement

Le cœur du fonctionnement du moteur est le cycle à quatre temps. Chaque phase (admission du mélange air-essence, compression, inflammation par l’étincelle et détente, puis évacuation des gaz brûlés) est analysée en détail.

1.2. Le Bloc-Moteur et l’Équipage Mobile

L’architecture interne du moteur est décortiquée, en se focalisant sur l’équipage mobile (piston, bielle, vilebrequin) qui assure la transformation du mouvement de translation rectiligne du piston en un mouvement de rotation continu.

1.3. La Culasse et la Distribution

Située au-dessus des cylindres, la culasse abrite la chambre de combustion et les soupapes. Le système de distribution (arbre à cames, soupapes) qui orchestre leur ouverture et leur fermeture synchronisée est étudié.

1.4. Les Moteurs Polycylindriques et l’Ordre d’Allumage

Afin d’augmenter la puissance et la régularité de fonctionnement, les moteurs possèdent plusieurs cylindres. Le concept d’ordre d’allumage, qui définit la séquence d’inflammation dans les différents cylindres, est expliqué.

Chapitre 2 : Le Système d’Alimentation et de Carburation

Pour fonctionner, le moteur à essence doit être alimenté par un mélange air-carburant très précisément dosé. Ce chapitre détaille le circuit qui prépare et achemine ce mélange.

2.1. Le Circuit d’Alimentation en Carburant

Le parcours du carburant est suivi, depuis le réservoir jusqu’au carburateur, en passant par les filtres et la pompe à essence (généralement à membrane), dont le principe de fonctionnement est expliqué.

2.2. Le Carburateur : Rôle et Fonctionnement de Base

Véritable « mélangeur », le carburateur a pour rôle de pulvériser l’essence et de la mélanger à l’air dans des proportions idéales. Son principe de fonctionnement par effet Venturi est analysé.

2.3. Les Dispositifs Annexes du Carburateur

Pour s’adapter à toutes les conditions de fonctionnement, le carburateur est équipé de dispositifs additionnels, comme le starter pour les démarrages à froid ou la pompe de reprise pour les accélérations franches.

2.4. Introduction à l’Injection d’Essence

Plus moderne et plus performante que le carburateur, l’injection d’essence permet un dosage plus précis du mélange. Ses principes de base sont introduits pour ouvrir sur les technologies actuelles.

Chapitre 3 : Le Système d’Allumage Commandé

L’inflammation du mélange air-essence au moment précis est la clé de la performance du moteur. Ce chapitre se consacre au circuit électrique haute tension qui produit l’étincelle.

3.1. Le Circuit d’Allumage par Batterie et Bobine

Le circuit d’allumage classique est étudié, depuis la batterie jusqu’à la bougie, en détaillant le rôle de chaque composant : la bobine qui élève la tension, et le rupteur qui la déclenche.

3.2. Les Composants Clés : Condensateur et Distributeur

Le rôle du condensateur, indispensable à la protection du rupteur et à la qualité de l’étincelle, est expliqué. Le distributeur (ou « delco ») qui oriente la haute tension vers la bonne bougie est également détaillé.

3.3. Le Réglage de l’Avance à l’Allumage

Pour un rendement optimal, l’étincelle doit se produire légèrement avant que le piston n’atteigne son point le plus haut. Le principe de l’avance à l’allumage et les systèmes de correction automatique (centrifuge, à dépression) sont analysés.

3.4. La Maintenance du Système d’Allumage

Un allumage bien réglé est une condition essentielle au bon fonctionnement du moteur. Les opérations de base, comme le contrôle de l’écartement des vis du rupteur et le nettoyage des bougies, sont présentées.

Partie II : Le Moteur à Auto-Allumage (Moteur Diesel)

Cette partie est entièrement consacrée au moteur diesel, qui constitue la motorisation de l’immense majorité des engins de terrassement, des camions et des machines de production sur les chantiers. La compréhension de ses spécificités est donc un savoir stratégique pour le technicien en construction.

Chapitre 4 : Le Moteur Diesel : Principe et Architecture

Bien que d’apparence similaire, le moteur diesel fonctionne sur un principe fondamentalement différent de celui du moteur à essence, ce qui induit des modifications importantes dans son architecture.

4.1. Le Principe de l’Auto-allumage par Compression

La différence fondamentale du moteur diesel réside dans l’absence de bougie. L’inflammation du carburant est provoquée spontanément par la très haute température de l’air, obtenue grâce à un taux de compression beaucoup plus élevé.

4.2. Le Cycle Diesel à Quatre Temps

Le cycle à quatre temps du moteur diesel est détaillé : admission d’air pur, forte compression, injection et auto-inflammation du gazole, puis échappement.

4.3. Les Différences Architecturales avec le Moteur à Essence

En raison des pressions beaucoup plus fortes, tous les composants du moteur diesel (pistons, bielles, vilebrequin) sont beaucoup plus robustes et massifs que ceux d’un moteur à essence de même cylindrée.

4.4. La Suralimentation par Turbocompresseur

Pour augmenter la puissance des moteurs diesel, la suralimentation par turbocompresseur est une technologie quasi systématique. Son principe, qui consiste à utiliser l’énergie des gaz d’échappement pour comprimer l’air d’admission, est expliqué. 💨

Chapitre 5 : Le Système d’Injection Diesel

Le cœur de la technologie diesel réside dans son système d’injection, une mécanique de très haute précision chargée de pulvériser le gazole dans les cylindres à des pressions extrêmement élevées.

5.1. La Nécessité de la Haute Pression d’Injection

Pour que le gazole injecté puisse pénétrer et s’enflammer dans de l’air déjà comprimé à plus de 30 bars, il doit être injecté à des pressions de plusieurs centaines, voire milliers de bars.

5.2. La Pompe d’Injection

La pompe d’injection est une véritable « usine à pression ». Les technologies des pompes en ligne et des pompes rotatives, qui assurent la mise en pression et le dosage du carburant pour chaque cylindre, sont décrites.

5.3. Les Injecteurs : Rôle et Technologie

Situé en bout de ligne, l’injecteur est la pièce qui pulvérise le gazole dans la chambre de combustion sous forme d’un très fin brouillard. Sa précision conditionne la qualité de la combustion.

5.4. La Filtration du Gazole : un Point Crucial

En raison de la très haute précision des pompes et des injecteurs, le système d’injection diesel est extrêmement sensible aux impuretés. Une filtration multi-étages et rigoureuse du gazole est une condition absolue de sa fiabilité.

Partie III : Les Systèmes Auxiliaires et la Maintenance

Cette dernière partie aborde les systèmes annexes qui sont communs aux deux types de moteurs (refroidissement, lubrification, circuit électrique) et qui sont tout aussi vitaux à leur bon fonctionnement. Elle se conclut par une synthèse sur la puissance et la maintenance.

Chapitre 6 : Les Systèmes de Refroidissement

La combustion dégage une quantité de chaleur énorme, dont seule une partie est transformée en travail. Le reste doit être évacué par le système de refroidissement pour éviter la destruction du moteur.

6.1. La Nécessité de la Régulation Thermique du Moteur

Un moteur doit fonctionner dans une plage de température idéale, ni trop froide, ni trop chaude. Le rôle du système de refroidissement est de maintenir le moteur dans cette plage de fonctionnement optimale.

6.2. Le Refroidissement par Air

Simple et léger, le refroidissement par air, où une turbine force l’air à passer sur des ailettes qui entourent les cylindres, est utilisé sur de nombreux petits moteurs et sur certaines voitures anciennes.

6.3. Le Refroidissement par Liquide

Plus efficace, le refroidissement par liquide est le système le plus répandu. Le circuit complet, avec sa pompe à eau, son radiateur, son ventilateur et son thermostat régulateur, est analysé.

6.4. L’Entretien du Circuit de Refroidissement

La vérification du niveau de liquide, le contrôle de l’état des durites et la propreté du radiateur sont des opérations de maintenance simples mais essentielles pour éviter la surchauffe, une cause majeure de panne sur les chantiers de la RDC.

Chapitre 7 : Les Systèmes de Lubrification

La lubrification est la « circulation sanguine » du moteur. Elle a pour but de réduire les frottements, d’évacuer la chaleur, de nettoyer les pièces et de les protéger de la corrosion.

7.1. Le Rôle Vital de l’Huile Moteur

Sans un film d’huile permanent entre les pièces en mouvement, le moteur se détruirait en quelques secondes par grippage. Les multiples fonctions de l’huile moteur sont ici détaillées.

7.2. Les Caractéristiques des Huiles de Graissage

Le choix de l’huile est primordial. Ses caractéristiques principales, notamment la viscosité et ses grades (par exemple 15W40), sont expliquées pour permettre un choix éclairé.

7.3. Les Systèmes de Lubrification

La distinction est faite entre le graissage par barbotage pour les petits moteurs simples et le graissage sous pression, assuré par une pompe à huile, qui équipe la totalité des moteurs modernes.

7.4. La Vérification des Niveaux et la Vidange

La vérification régulière du niveau d’huile à la jauge et le respect des intervalles de vidange (remplacement de l’huile et du filtre) sont les opérations de maintenance les plus importantes pour garantir la longévité du moteur.

Chapitre 8 : Le Circuit Électrique du Moteur

Au-delà de l’allumage pour les moteurs à essence, plusieurs systèmes électriques sont indispensables au fonctionnement de tout moteur thermique.

8.1. La Batterie d’Accumulateurs : Rôle et Entretien

La batterie est la réserve d’énergie électrique du véhicule. Son rôle au démarrage, son principe de fonctionnement et ses règles d’entretien (niveaux, propreté des bornes) sont étudiés. 🔋

8.2. Le Circuit de Démarrage

Pour lancer la rotation du moteur, un puissant moteur électrique, le démarreur, est nécessaire. Son principe de fonctionnement et son engagement sur la couronne du volant moteur sont expliqués.

8.3. Le Circuit de Charge

Une fois le moteur démarré, un générateur (dynamo sur les anciens modèles, alternateur aujourd’hui) est entraîné pour recharger la batterie et alimenter les consommateurs électriques.

8.4. Les Appareils de Contrôle au Tableau de Bord

Les informations vitales pour le conducteur (température d’eau, pression d’huile, charge de la batterie) sont transmises par des capteurs et affichées sur le tableau de bord. Leur interprétation est cruciale.

Chapitre 9 : Puissance, Performance et Maintenance

Ce chapitre final synthétise les connaissances en abordant la notion de performance et en ouvrant sur les opérations de diagnostic et de maintenance qui incombent au technicien.

9.1. La Notion de Couple Moteur et de Puissance

La distinction est faite entre le couple, qui représente la force de rotation du moteur, et la puissance, qui représente la rapidité avec laquelle ce travail est fourni. La lecture d’une courbe de performance moteur est introduite.

9.2. L’Adaptation du Moteur à l’Engin

Les moteurs d’engins de chantier sont souvent équipés de prises de force pour entraîner des équipements hydrauliques ou mécaniques. Le principe de cette adaptation est présenté.

9.3. L’Identification des Pannes Courantes

Le technicien doit être capable d’un premier diagnostic. L’interprétation des symptômes (difficulté à démarrer, surchauffe, fumées anormales à l’échappement) est abordée.

9.4. La Sécurité lors des Interventions sur un Moteur

Toute intervention sur un moteur en marche ou encore chaud présente des risques (brûlures, happement). Les règles de sécurité de base sont rappelées pour conclure ce cours.

Annexes

Tableau Comparatif Moteur Essence / Moteur Diesel

Un tableau synthétique mettra en regard les deux technologies sur les points clés : principe, cycle, alimentation, avantages, inconvénients et applications privilégiées.

Schémas de Principe des Systèmes Auxiliaires

Des schémas clairs et commentés illustreront le fonctionnement des circuits de lubrification, de refroidissement et du circuit électrique de démarrage et de charge.

Guide de Maintenance de Premier Niveau

Une fiche pratique listera les points de contrôle journaliers et hebdomadaires à effectuer sur un engin de chantier type avant sa mise en service.

Lexique Illustré du Moteur Thermique

Un glossaire visuel définira les termes techniques spécifiques au moteur (piston, bielle, vilebrequin, soupape, injecteur, etc.), pour une parfaite maîtrise du vocabulaire professionnel. 🚗