Les humains sont devenus la race supérieure de la planète terre après plus d’un million d’années d’évolution. Nous avons conquis l’eau, la terre et l’air et nous visons maintenant à les dépasser. Bien qu’il existe une pléthore de définitions qui pourraient quantifier les réalisations de l’Homo sapiens, une seule se démarque : l’ingénierie, plus précisément l’ingénierie aéronautique.
Sans parler des déplacements quotidiens et de la commodité, les humains ont fait la guerre aux cieux, ce qui définit à quel point la technologie a atteint un niveau avancé pour nous donner la confiance de voler à des centaines de pieds du sol. Depuis la naissance de l’aviation, l’idée d’un vaisseau suffisamment léger pour voler a radicalement changé. Les avions d’aujourd’hui peuvent résister aux tempêtes les plus fortes de la nature et un crédit majeur va aux moteurs qui le propulsent.
D’emblée, laissez-nous vous dire que nous ne sommes pas des experts en matière d’avancées mécaniques dans le domaine de l’aviation. Mais nous allons faire de notre mieux pour expliquer les trois types de moteurs les plus utilisés dans les avions de l’ère moderne.
Les turboréacteurs. (Image source : Mech4Study)
Turboréacteurs
Avant d’entrer dans les détails techniques d’un moteur, il y a trois composants que vous devez connaître – un compresseur qui pressurise l’air, une chambre de combustion où le carburant est brûlé et une turbine qui, à son tour, aide à entraîner le compresseur. Un turboréacteur est en soi le type le plus élémentaire de moteur à réaction. Dans une telle configuration, l’air aspiré par l’ouverture située à l’avant du moteur est comprimé dans le compresseur jusqu’à environ 3 à 12 fois sa pression d’origine. Cet air est ensuite brûlé en combinaison avec du carburant dans la chambre de combustion pour porter la température du mélange fluide à environ 600 à 700 degrés Celsius. L’air chaud qui en résulte passe ensuite dans une turbine qui alimente à son tour le compresseur.
Si la turbine et le compresseur sont efficaces, la pression arrivant à la turbine sera près de deux fois supérieure à la pression atmosphérique et cet excès de pression est envoyé vers la tuyère pour produire un flux de gaz à grande vitesse qui produit la poussée. En outre, une poussée substantielle peut être créée à l’aide d’une deuxième chambre de combustion placée après la turbine et avant la tuyère. Il en résulte une augmentation de la température et par la suite une augmentation d’environ 40 % de la poussée.
En un mot, le turboréacteur est un moteur à réaction où les gaz en expansion poussent contre l’avant du moteur. Le turboréacteur aspire l’air et le comprime ou le presse. Ces gaz rebondissent et jaillissent à l’arrière de l’échappement, poussant l’avion vers l’avant.
Moteurs à réaction turbopropulseurs. (Image source : AviationStackExchange)
Moteurs à réaction à turbopropulseur
Dans le cas d’un moteur à réaction à turbopropulseur, la turbine à l’arrière est tournée par les gaz chauds et ceci en tournant un arbre qui fait tourner l’hélice. Ce type de moteur est le plus courant dans les petits avions de ligne et les avions de transport.
Similaire à un turboréacteur, un turbopropulseur possède lui aussi un compresseur, une chambre de combustion et une turbine. L’air et le gaz sont combinés pour faire tourner la turbine qui alimente ensuite le compresseur. Par rapport à un turboréacteur, un turbopropulseur a une meilleure efficacité de propulsion à des vitesses inférieures à 500 miles par heure.
Les turbopropulseurs modernes sont équipés d’une hélice de plus petit diamètre avec un plus grand nombre de pales pour un fonctionnement efficace à des vitesses plus élevées. Pour faire face aux vitesses de vol plus élevées, les pales sont faites en forme de cimeterre avec des bords d’attaque en retrait à l’extrémité des pales. Ce type d’hélices est appelé propfans.
Moteurs à réaction turbofan. (Image source : Wikimedia)
Moteurs à réaction turbofan
Contrairement à un turboréacteur qui aspire tout l’air à l’intérieur du moteur, un moteur turbofan arbore un grand ventilateur à l’avant qui aspire la plupart du flux d’air autour de l’extérieur du moteur. Le moteur est ainsi plus silencieux et sa poussée est plus importante à basse vitesse. Une majorité de tous les avions de ligne sont propulsés par ce moteur.
Une petite partie de l’air entre dans le moteur et le reste passe par un condenseur à basse pression. Cet air ressort alors sous forme de jet froid qui est ensuite mélangé au gazogène pour produire un jet chaud. L’objectif de ce type de système de dérivation est d’augmenter la poussée sans augmenter la consommation de carburant. Il y parvient en augmentant le débit total de la masse d’air et en réduisant la vitesse dans le même apport total d’énergie.