Technique : Les soupapes

La soupape dans un moteur à combustion interne est l'organe qui règle l'entrée et la sortie des gaz dans la chambre de combustion.

Les soupapes ont une forme qui est maintenant normalisée depuis la fin du dernier siècle : elles ressemblent à un champignon dont la tète, qui constitue l'élément obturateur (en tenant en butée contre le siège ménagé sur la culasse, est soutenue et guidée par la tige cylindrique. Les soupapes sont animées d'un mouvement alternatif et s'ouvrent vers l'intérieur de la chambre de combustion, si bien que l'étanchéité est favorisée par la pression des gaz. Cet organe est apparemment très simple, mais il travaille dans des conditions critiques (spécialement à l'échappement) aussi, l'établissement d'un projet de soupape exige des études soignées pour la définition des dimensions et des matériaux.

Les soupapes en forme de champignon ont été utilisées tout d'abord dans les moteurs à tapeur et ont subi, dans cette application, une longue évolution, en passant par la forme à double siège, imaginée pour équilibrer la pression de la vapeur entre la chaudière et les cylindres sans avoir à vaincre des efforts trop grands sur la distribution.

D'autres sortes de soupapes, comme celles à tiroir ou celles qui utilisent le piston comme soupape découvrant les lumières découpées dans la chemise, ont été utilisées et le sont encore en partie dans des moteurs à combustion interne (deux-temps de motocyclettes ou diesels lents). Au début de l'automobile, les moteurs possédaient des soupapes automatiques constituées par des disques obturateurs rappelés par des ressorts.

Leur ouverture s'obtenait grâce à la dépression créée dans le cylindre à l'admission. Cette solution simple entraînait un retard qui augmentait en même temps que le nombre de tours et diminuait le remplissage des cylindres, si bien que le moteur ne pouvait pas dépasser des régimes supérieurs à 1000 - 1300 tr mn. Le retard était moindre si on allégeait les obturateurs et si on affaiblissait les ressorts, mais cela diminuait d'autant la fiabilité du système. Aujourd'hui les soupapes automatiques ne sont plus guère utilisées que sur certains moteurs de marine à deux temps, pour l'admission, dans les compresseurs et dans les pompes mécaniques à essence.

Dans les moteurs d'automobile modernes les conditions de travail des soupapes demandent que chaque cote, chaque raccordement et chaque tolérance soient la conséquence des exigences rigoureuses du fonctionnement. La tête peut avoir trois formes : convexe, plate ou concave. La première donne des obturateurs plus rigides, plus massifs et plus solides, mais plus lourds, avec des sièges sensibles aux effets de la température, et on l'utilise principalement pour des soupapes d'échappement. Les soupapes à tête concave ont la propriété de conserver la forme conique du siège même sous de très fortes déformations thermiques et on les retrouve, la plupart du temps, comme soupapes d'admission dans des moteurs de compétition ou de sport (Ferrari Dino). La maison Opel les emploie également dans des moteurs de tourisme.