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Volant d'inertie
La taille et la masse de cette roue lui confèrent un pouvoir inertiel important
Un volant d'inertie est, dans une machine tournante, une masse liée à la partie animée d'un mouvement de rotation, répartie autour de l'axe de telle sorte qu'elle confère à l'ensemble une plus grande inertie en rotation, dans le but de rendre plus régulier le régime de fonctionnement, en s'opposant aux à-coups dus au moteur entraînant le dispositif ou au récepteur consommant l'énergie transmise.
Son principe repose sur le stockage et la restitution d'énergie cinétique. Sa caractéristique physique est le moment d'inertie qui exprime la répartition des masses autour de l'axe.
1 Emploi de volants d'inertie
1.1 Perturbations liées au moteur
1.2 Perturbations liées au récepteur
1.3 Stockage d'énergie
1.4 Transports en commun
2 Dispositions constructives
2.1 Volant d'inertie rigide
2.2 Régulateurs à inertie
2.3 Volant bi-masse
3 Physique
4 Autres exemples
6 Annexes
6.1 Articles connexes
6.2 Lien externe
Emploi de volants d'inertie
Volant d'inertie d'une machinerie dans une ancienne forge (Witten, en Allemagne) .
Perturbations liées au moteur
Par exemple, dans les moteurs thermiques, le volant d'inertie — souvent associé à la couronne de démarreur et à l'embrayage — absorbe l'irrégularité du couple moteur entraîné par à-coups par les pistons. L'ajout du volant d'inertie permet alors de diminuer les vibrations.
De plus, le volant d'inertie peut emmagasiner un excédent d'énergie sur la phase motrice (explosion), pour l'utiliser dans le franchissement du point mort (compression). Le phénomène est d'autant perceptible que le nombre de pistons est faible et que le régime de fonctionnement est bas.
La centrale électrique d'une usine, au début du XXe siècle : au fond, la machine à vapeur entraîne, par l'intermédiaire du volant d'inertie (à l'angle), une dynamo (à droite du cliché).
Le volant permet d'amortir le fonctionnement par nature irrégulier de la machine à vapeur.
Perturbations liées au récepteur
Les concasseurs, pour fabriquer du gravier, sont entraînés par des moteurs électriques dont le comportement est très régulier. Cependant les rochers broyés imposent en fonction de leur taille ou de leur forme des contraintes soudaines et violentes qui pourraient caler le moteur. L'énergie cinétique stockée dans le volant doit alors permettre le passage de ces points durs.
Stockage d'énergie
Le volant d'inertie tournant autour d'un axe fixe a l'avantage de rester globalement à la même place et donc occupe peu d'espace. En lui donnant de la vitesse, on lui fournit de l'énergie qu'il est possible de récupérer lors du ralentissement du volant.
Ce principe est depuis longtemps mis à profit dans les jouets dits à friction.
Il a été essayé sur des autobus : l'idée étant de récupérer l'énergie pendant la phase d'arrêt du bus pour la reprendre au démarrage. Il est aussi utilisé depuis 2009 sur des voitures de Formule 1 (système SREC) et sur certaines voitures de sport pour récupérer l'énergie lors du freinage et la réutiliser lors des accélérations, permettant ainsi une économie de carburant. Par exemple, dans la Porsche 911 GT3 hybrid 2010, l'énergie est récupérée pendant les phases de freinage puis transformée en électricité pour alimenter deux moteurs électriques de 60 kW pendant les phases d'accélération. Ainsi la puissance disponible est plus importante pendant quelques secondes.
Selon l'Ademe, les volants d'inertie (et les batteries) seront nécessaires à « un stockage d'électricité très réactif en métropole, dédié à la fourniture de réserve primaire (grâce à des modifications réglementaires), qui permettrait une économie pour la collectivité de 250 à 450 k€/MW/an installé (…) La projection du coût d'investissement à horizon 2030, pour 1⁄2 heure de stockage, est estimée à 180 k€/MW/an pour des volants d'inertie (avec une hypothèse d'amortissement de 20 ans) et à 80 k€/MW/an pour une batterie Li-Ion (avec une hypothèse d'amortissement de 10 ans) »[1].
Le procédé peut poser un problème du fait du comportement gyroscopique du volant qui lorsqu'il tourne à grande vitesse, impose des efforts énormes sur les paliers. Pour cette raison, lors de la fabrication d'un volant d'inertie, il faut faire en sorte que le volant tourne au maximum à 70/80 % de sa vitesse maxima