Quelques considérations thermodynamiques et mécaniques guidant le choix des types de moteurs.
 
Tout moteur est une machine thermique qui transforme l'énergie d'un combustible en énergie mécanique par l'intermédiaire d'une réaction chimique(combution). Au rendement prés, la puissance obtenue est proportionnelle a la quantité de fuel qui peut être brulée par le moteur par unité de temps. Cette quantité de fuel est définie à son tour par la quantité d'air disponible pour sa combution (qui est une oxydation rapide du fuel obéissant aux régles de la chimie). La réaction est exothermique, elle produit une grande quantité de gaz sous forte pression car l'espace de réaction est restreint. La détente de ce gaz produit l'énergie mécanique en repoussant le piston ....
 
Dans tous les moteurs fonctionnant en suivant le cycle de Diesel, le cylindre est d'abord rempli d'air puisl'air est comprimé atteignant ainsi une tempéraure suffisante pour amorcer spontanément la combution du combustible qui est injecté directement dans le cylindre a proximité du point mort haut.
 
La différence entre le moteur 2-temps et le moteur à 4-temps réside dans le  procédé de remplissage en air :
 
    * Le moteur à  2-temps ne "respire" pas naturellement, le remplissage en air du cylindre se fait en bas de chaque course descendante (course nmotrice) commençant avant la fin de l'échappement (balayage). L'air doit être forcé dans le cylindre mécaniquement (action du fond de piston dans une mobylette, action combinée du fond de piston et des turbo-soufflantes dans les gros moteurs marins modernes ou pompe de balayage attelées sur les moteurs anciens) mais chaque rotation du moteurs a  une course utile. L'air est admis en général à travers des lumiéres d'admission situé en bas des chemises de cylindres.
    * Le moteur à 4-temps lui "respire" naturellement. Le remplissage en air se fait pendant la course descendante du piston suivant la phase d'échappement  causé par la remontée du piston aprés détente (qu'il soit sur-alimenté ou pas), cette course du piston n'est bien sur pas motrice et on a donc seulement une course utile pour deux rotations du moteur. L'air est en général admis par un systéme de soupapes sur la culasse du cylindre.
 
Pour la propulsion des navires de commerce, la grande bagarre entre les deux types de moteurs est une conséquence directe des considérations théoriques précédentes, les avantages et inconvénients de chaque type en découlant directement, compte tenue du fait que pour avoir un rendement de propulsion acceptable, la vitesse de rotation de l'hélice doit être relativement basse.
 
Le choix est en fait celui de la méthode  utilisée pour fournir la quantité d'air nécessaire à la combution du combustible qui est requis pour fournir la puissance désirée.
 
Cette quantité d'air est fonction de:  la taille des cylindres (alésage et courses), le nombre de cylindres, le nombre de tour (RPM), le nombre de "temps du moteur".
 
    * On peut utiliser des cylindres de grand volume, en nombre limité, ce qui permet de conserver une vitesse de rotation basse compatible avec un accouplement direct moteur-hélice. Cela impose dans la pratique le moteur à 2-temps. (un moteur à 4-temps de même dimension et RPM aurait environ la moitié de la puissance ce qui n'aurait pas de sens). L'accouplement direct du moteur et de l'hélice donne le bénéfice d'une installation simple mais au prix d'un moteur beaucoup plus gros donc plus encombrant (en particulier en hauteur ce qui est souvent critique) et plus lourd.
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    * On peut utiliser des cylindres de volume réduit pour limiter la taille du moteur et obtenir la puissance en multipliant le nombre des cylindres et en utilisant des vitesses de rotation plus élevées ce qui conduit au moteur à 4-temps rapides ou semi-rapides. Du fait de sa vitesse de rotation plus élevée le moteur doit alors être accouplé à l' hélice par un réducteur (ou un systéme de transmission électrique). On a un gain de poids et surtout d'encombrement qui est précieux voire nécessaire quand on est restraint en volume ou en hauteur (cruise-ship, ro-ro, ferry, remorqueurs, etc...) mais ceci au prix d'une installation plus complexe et en général plus délicate.
 
Historiquement d'autres facteurs ont joués en faveur de l'un est l'autre type et pour un temps le moteur semi-rapide a eu une popularité certaine chez les armateurs. Les avantages avancés, outre l'encombrement et le poids réduit, étant un coût d'achat plus bas et surtout des consommation spécifiques plus basses avec aussi la facilité pour monter des alternateurs attelés sur les réducteurs dans le cas d'installation avec hélice à ailes orientables. On ainsi vue des tas de bateaux construit avec de tel moteurs sans que les impératifs d'encombrement existent (pas toujours pour le bonheur du marin ou le profit ultime de l'armateur).  
 
Sur le plan de l'entretien et de la conduite, les moteurs semi-rapides sont en général beaucoup moins tolérant que les moteurs lents surtout quand il s'agit de bruler des combustibles de basse qualité ou de fonctionner à puissance élevée. Cela a une incidence négative certaine sur la fiabilité et les coûts . Le nombre beaucoup plus grand de cylindres à puissance égale avec la multiplication du nombre des piéces d'usure qui en est la conséquence est également défavorable pour les coûtsd'opération et d'entretien surtout que les intervals de visite sont en général plus courts á cause du nombre de cycles plus élevé et  des contraintes mécaniques et thermiques plus grandes imposés aux moteurs rapides ou semi-rapides (P max.dans les cylindres et températures d'échappement plus élevées, pression sur les paliers et tensions sur les tirants plus grandes etc... ).
 
A titre de comparaison pour des navires C.M.C.R. de puissance comparable sur lesquels j'ai navigué comme Second Mécanicien dans les années 70:
                             -     porte container   type MED       2 moteurs      Pielstick PC2     18.000 hp total     36 cylindres     114  soupapes  
                             -     mineralier CETRA CARINA       1 moteur        Sulzer  RND       20.000 hp env.       8                      0  soupapes
( Il est à noter que dans le cas des portes containers MED le choix de la propulsion n'avait certainement pas était imposé par des considérations d'encombrement).
 
En fait  aujourd'hui les moteurs lents ont progressés et ont atteint des consommations spécifiques comparables.L'installation de génératrices sur les lignes d'arbre est un probléme résolu. Le seul élément de choix déterminant pour le moteur semi-rapide au delá d'une certaine puissance reste l'encombrement restreint, surtout en hauteur.  Avec dans le cas particulier des installations diesel-électrique des paquebots modernes et ferries l'avantage de pouvoir fractionner et répartir la charge totale propulsion et auxiliaires en fonction des circonstances pour une meilleure efficacité .
 
En tout cas en tant que d'ancient naviguant tout comme en tant qu'ancient directeur de service technique je sais ce que je préfére !
 
Amicalement
J.F. De Bie