# Moteur à combustion interne

> De petites explosions, une puissance régulière

- Date: 1876
- Époque: Âge électrique
- Domaine: [Énergie & moteurs](https://lastcodex.org/fr/domains/energy/)
- Palier: V (Âge électrique)
- Difficulté: 5/5
- URL: https://lastcodex.org/fr/inventions/combustion-engine/

Un moteur à combustion interne brûle son carburant dans un cylindre fermé ; le gaz chaud pousse un piston qui fait tourner un vilebrequin. Le moteur à gaz à quatre temps de Nicolaus Otto, en 1876, a fixé le schéma qu'on retrouve encore dans la plupart des moteurs de voitures, de bateaux et de groupes électrogènes.

![Moteur à combustion interne · De petites explosions, une puissance régulière](https://lastcodex.org/_astro/plate.D5zsCAin_Z1TJwGl.webp)

## Légende

1. Soupape d'admission
2. Soupape d'échappement
3. Bougie d'allumage
4. Piston
5. Bielle
6. Vilebrequin
7. Volant d'inertie

## Ce que c'est

Un moteur à combustion interne produit sa chaleur à l'intérieur même de la machine. La machine à vapeur brûle son combustible sous une chaudière séparée et envoie la vapeur au cylindre. Ici, une petite charge d'air et de carburant brûle dans le cylindre, et le gaz produit pousse directement sur un piston.

Le moteur de la planche est un monocylindre vertical comme on en construisait dans les années 1880 et 1890 : un cylindre en fonte muni d'ailettes de refroidissement, un piston qui coulisse dedans, un vilebrequin en dessous et un lourd volant qui entraîne l'arbre entre deux combustions. Les moteurs d'automobile actuels ont plusieurs cylindres et des alliages plus légers, mais ils transforment toujours la poussée sur un piston en rotation au moyen d'une bielle et d'un vilebrequin.

## Comment ça marche

Le piston est un bouchon ajusté qui monte et descend dans le cylindre. Une bielle le relie à un maneton du vilebrequin : le va-et-vient du piston devient une rotation, comme les genoux du cycliste font tourner le pédalier.

![Un piston avec ses segments et sa bielle, chapeau de tête de bielle démonté](https://lastcodex.org/_astro/v1.D5F3mHvS_Z1nkXc7.webp)
*Des segments élastiques logés dans des gorges assurent l'étanchéité entre le piston et la paroi du cylindre.*

La plupart des moteurs suivent le cycle à quatre temps qu'Otto a rendu utilisable. Dans un moteur à allumage commandé comme celui de la planche, il se déroule ainsi. Premier temps : le piston descend, soupape d'admission ouverte, et aspire un mélange d'air et de carburant. Deuxième temps : les deux soupapes sont fermées, le piston remonte et comprime le mélange dans un petit volume en haut du cylindre. Près du point haut, une étincelle l'enflamme (sur les premiers moteurs, c'était une flamme ou un tube chauffé au rouge). Le gaz s'échauffe d'un coup et repousse le piston vers le bas : ce troisième temps est le seul qui fournit du travail. Au quatrième, la soupape d'échappement s'ouvre et le piston, en remontant, chasse les gaz brûlés.

Le vilebrequin fait deux tours pour un seul temps moteur ; le volant emmagasine assez d'énergie pour franchir les trois autres. Un arbre à cames, entraîné à demi-vitesse, ouvre chaque soupape au bon moment.

C'est la compression qui donnait l'avantage au moteur d'Otto. Un mélange comprimé avant de brûler libère sa chaleur à plus haute pression, et une plus grande part de cette chaleur se transforme en travail. Rudolf Diesel est allé plus loin dans les années 1890 : il comprimait de l'air seul jusqu'à ce qu'il soit assez chaud pour enflammer le carburant qu'on y injecte, sans aucune étincelle.

## Comment le construire

Un moteur relève de la mécanique de précision : il faut une fonderie, un tour et une aléseuse, des instruments de mesure au centième de millimètre et un carburant fiable. Ce qui suit décrit la fabrication historique des pièces ; ce n'est pas un plan de construction.

**Couler le cylindre et le bâti.** Les premiers constructeurs coulaient cylindre et socle en fonte grise, facile à usiner et résistante à l'usure, puis alésaient le cylindre parfaitement rond et droit. La chemise d'eau ou les ailettes faisaient partie de la même pièce.

**Faire le piston et les segments.** Le piston, en fonte puis en aluminium, était tourné un peu plus petit que l'alésage. Des segments fendus en fonte élastique, logés dans ses gorges, appuient contre la paroi pour empêcher le gaz de passer.

**Forger le vilebrequin et la bielle.** Ces pièces, les plus sollicitées, étaient forgées en acier, puis tournées et montées sur des coussinets en bronze ou en régule.

**Caler la distribution et l'allumage.** Les cames, puis la magnéto ou la bobine qui produit l'étincelle, doivent agir au bon moment du cycle. Un mauvais calage fait mal tourner le moteur ou provoque un retour de manivelle.

**Alimenter et refroidir.** Les moteurs d'Otto marchaient au gaz de ville. Les moteurs à essence ont demandé un carburateur pour doser le mélange d'air et de carburant. Tout moteur doit être refroidi, par eau ou par air, et graissé pour que les pièces mobiles ne grippent pas.

> **Sécurité.** Le carburant et ses vapeurs s'enflamment facilement et peuvent exploser dans un espace clos. Les gaz d'échappement contiennent du monoxyde de carbone, mortel, sans odeur ni signe avant-coureur : ne faites jamais tourner un moteur à l'intérieur ni dans un espace partiellement clos, même portes et fenêtres ouvertes. Le volant, les courroies et la manivelle de démarrage peuvent briser des os, et un retour de manivelle peut provoquer des blessures graves. Les pièces chaudes et l'eau de refroidissement sous pression brûlent.

## Histoire et évolution

Depuis deux siècles, on cherchait à pousser un piston par une explosion. Christiaan Huygens a fait des essais avec de la poudre à canon dans les années 1670, et en 1807 le Suisse François Isaac de Rivaz a breveté un moteur à hydrogène, qu'il a ensuite monté sur un petit chariot. Le premier moteur vendu en nombre est celui d'Étienne Lenoir, en 1860. Il ressemblait à une machine à vapeur à double effet, mais il brûlait le mélange sans le comprimer et gaspillait l'essentiel de son gaz.

![Un moteur à gaz horizontal des années 1880, avec deux volants et une poulie de courroie](https://lastcodex.org/_astro/v3.BySCXOLd_t8SEN.webp)
*Des moteurs à gaz fixes comme celui-ci entraînaient les machines des ateliers avant que les véhicules à moteur ne se répandent.*

Nicolaus Otto, représentant de commerce à Cologne, fait construire en 1861 par un mécanicien de la ville, Michael Zons, un moteur sur le modèle de Lenoir afin de l'étudier. Avec l'ingénieur Eugen Langen, il construit un moteur « atmosphérique » qui remporte une médaille d'or à l'Exposition universelle de Paris en 1867 et sera fabriqué à plusieurs milliers d'exemplaires. En 1876, Otto met au point son moteur à quatre temps avec compression. Le Français Alphonse Beau de Rochas avait décrit le même cycle dans une brochure de 1862 ; pour cette raison, le brevet allemand d'Otto est annulé en 1886, et d'autres firmes peuvent alors reprendre le principe.

![La Benz Patent-Motorwagen de 1886, avec son monocylindre et son volant horizontal sous le siège](https://lastcodex.org/_astro/v2.C7jjEIks_1K0FpE.webp)
*La voiture de Benz avait un monocylindre à quatre temps de moins d'un litre.*

Gottlieb Daimler et Wilhelm Maybach, tous deux anciens de la société d'Otto, construisent en 1885 un petit moteur rapide qui tourne à plusieurs centaines de tours par minute. Le moteur devient assez léger pour un véhicule. La même année, Carl Benz achève son tricycle à moteur, dont il dépose le brevet en janvier 1886.

En 1897, à Augsbourg, le moteur de Diesel atteint un rendement de 26,2 % lors d'un essai, plus du double des machines à vapeur de l'époque. Au XXe siècle, les moteurs à combustion interne s'imposent dans les transports routiers, l'agriculture, la marine et les premiers avions. Les moteurs électriques les remplacent dans beaucoup de voitures, mais la plupart des moteurs thermiques construits aujourd'hui suivent encore la séquence à quatre temps qu'Otto a mise en œuvre en 1876.

## Chiffres clés

- Premier quatre-temps d'Otto: 1876, environ 3 ch à 180 tr/min
- Moteur d'essai de Diesel: Rendement de 26,2 %, 17 février 1897
- Temps moteur (moteur à quatre temps): Un par cylindre pour deux tours de vilebrequin

## Nécessite

- [Machine à vapeur](https://lastcodex.org/fr/inventions/steam-engine/): La chaleur changée en mouvement (1712)
- [Métallurgie du fer](https://lastcodex.org/fr/inventions/iron-smelting/): Usage élargi vers 1200 av. J.-C. ; minerai, charbon et bas fourneau (v. 1 200 av. J.-C.)
- [Acier](https://lastcodex.org/fr/inventions/steel/): Du fer avec juste assez de carbone (v. 1 000 av. J.-C.)
- [Distillation](https://lastcodex.org/fr/inventions/distillation/): Séparer les liquides en les vaporisant (v. 300)

## Mène à

- [Avion](https://lastcodex.org/fr/inventions/airplane/): Portance, poussée et contrôle (1903)

## Sources

- [Replica Otto four-stroke engine](https://collection.sciencemuseumgroup.org.uk/objects/co8405692/replica-otto-four-stroke-engine-internal-combustion-engine), Science Museum Group
- [Nikolaus August Otto](https://www.ebsco.com/research-starters/history/nikolaus-august-otto), EBSCO Research Starters
- [Early history of the diesel engine](https://www.dieselnet.com/tech/diesel_history.php), DieselNet
- [Otto engine](https://en.wikipedia.org/wiki/Otto_engine), Wikipedia

Faits vérifiés le 2026-10-11.

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