Lorsque vous embarquez sur un vol d’une compagnie aérienne, vous ne passez peut-être pas beaucoup de temps à penser aux moteurs. Mais c’est grâce à eux que 700 000 livres d’aluminium et de passagers peuvent s’élancer dans l’air à 80 % de la vitesse du son. Alors, comment fonctionnent-ils ? Jetons un coup d’œil.
Les bases
Les moteurs à réaction, également appelés turbines à gaz, fonctionnent en aspirant l’air à l’avant du moteur à l’aide d’un ventilateur. De là, le moteur comprime l’air, y mélange du carburant, allume le mélange carburant/air et le projette à l’arrière du moteur, créant ainsi une poussée.
C’est une explication assez basique de son fonctionnement, alors regardons chaque section d’un moteur à réaction pour voir ce qui se passe vraiment.
Parties d’un moteur à réaction
Il existe 4 principaux types de moteurs à turbine, mais pour cet exemple, nous utiliserons le turbofan, qui est le type de moteur à turbine le plus courant que l’on trouve aujourd’hui sur les jets des compagnies aériennes.
La soufflante
La première partie du turbofan est la soufflante. C’est aussi la partie que vous pouvez voir lorsque vous regardez l’avant d’un jet.
La soufflante, qui est presque toujours composée de pales en titane, aspire d’énormes quantités d’air dans le moteur.
L’air passe par deux parties du moteur. Une partie de l’air est dirigée vers le cœur du moteur, où la combustion aura lieu. Le reste de l’air, appelé « air de dérivation », est déplacé à l’extérieur du cœur du moteur par un conduit. Cet air de dérivation crée une poussée supplémentaire, refroidit le moteur et le rend plus silencieux en couvrant l’air d’échappement qui sort du moteur. Dans les turbofans modernes d’aujourd’hui, l’air de dérivation produit la majorité de la poussée d’un moteur.
Le compresseur
Le compresseur est situé dans la première partie du noyau du moteur. Et il, comme vous l’avez probablement deviné, comprime l’air.
Le compresseur, que l’on appelle « compresseur à flux axial », utilise une série d’aubes tournantes en forme de profil d’air pour accélérer et comprimer l’air. Il est appelé flux axial, parce que l’air passe à travers le moteur dans une direction parallèle à l’arbre du moteur (par opposition au flux centrifuge).
A mesure que l’air se déplace à travers le compresseur, chaque ensemble d’aubes est légèrement plus petit, ce qui ajoute plus d’énergie et de compression à l’air.
Entre chaque ensemble d’aubes du compresseur se trouvent des aubes non mobiles en forme de profil d’air appelées « stators ». Ces stators (qui sont aussi appelés aubes), augmentent la pression de l’air en convertissant l’énergie de rotation en pression statique. Les stators préparent également l’air à entrer dans le jeu suivant de pales rotatives. En d’autres termes, ils « redressent » le flux d’air.
Lorsqu’elle est combinée, une paire d’aubes rotatives et stationnaires est appelée un étage.
La chambre de combustion
La chambre de combustion est l’endroit où le feu se produit. Lorsque l’air sort du compresseur et entre dans la chambre de combustion, il est mélangé au combustible et s’enflamme.
Cela semble simple, mais c’est en fait un processus très complexe. C’est parce que la chambre de combustion doit maintenir une combustion stable du mélange carburant/air, alors que l’air se déplace à travers la chambre de combustion à un rythme extrêmement rapide.
Le boîtier contient toutes les pièces de la chambre de combustion, et à l’intérieur, le diffuseur est la première pièce qui effectue un travail.
Le diffuseur ralentit l’air provenant du compresseur, ce qui facilite son allumage. Le dôme et le tourbillon ajoutent des turbulences à l’air pour qu’il se mélange plus facilement au carburant. Et l’injecteur de carburant, comme vous l’avez probablement deviné, pulvérise le carburant dans l’air, créant un mélange carburant/air qui peut être enflammé.
À partir de là, la chemise est l’endroit où la combustion réelle se produit. La chemise comporte plusieurs entrées, permettant à l’air d’entrer en de multiples points de la zone de combustion.
La dernière pièce principale est l’allumeur, qui est très similaire aux bougies d’allumage de votre voiture ou de votre avion à moteur à piston. Une fois que l’allumeur a allumé le feu, celui-ci est auto-entretenu, et l’allumeur est éteint (bien qu’il soit souvent utilisé comme solution de secours par mauvais temps et dans des conditions de givrage).
La turbine
Une fois que l’air a fait son chemin à travers la chambre de combustion, il traverse la turbine. La turbine est une série d’aubes en forme de profil d’air qui sont très similaires aux aubes du compresseur. Lorsque l’air chaud et à grande vitesse passe sur les aubes de la turbine, elles extraient l’énergie de l’air, faisant tourner la turbine en cercle et faisant tourner l’arbre du moteur auquel elle est reliée.
C’est le même arbre auquel sont reliés le ventilateur et le compresseur, donc en faisant tourner la turbine, le ventilateur et le compresseur à l’avant du moteur continuent d’aspirer plus d’air qui sera bientôt mélangé au carburant et brûlé.
La tuyère
La dernière étape du processus se produit dans la tuyère. La tuyère est essentiellement le conduit d’échappement du moteur, et c’est là que l’air à grande vitesse sort par l’arrière.
C’est également la partie où la troisième loi de Sir Isaac Newton entre en jeu : pour chaque action, il y a une réaction égale et opposée. En termes simples, en forçant l’air à l’arrière du moteur à grande vitesse, l’avion est poussé vers l’avant.
Dans certains moteurs, il y a également un mélangeur dans la tuyère d’échappement. Celui-ci mélange simplement une partie de l’air de dérivation circulant autour du moteur avec l’air chaud et brûlé, ce qui rend le moteur plus silencieux.
Mise en commun
Les moteurs à réaction produisent des quantités incroyables de poussée en aspirant l’air, en le comprimant, en l’enflammant et en l’évacuant par l’arrière. Et ils font tout cela d’une manière très économe en carburant.
Donc, la prochaine fois que vous monterez à bord d’un avion de ligne, que vous soyez le pilote à l’avant ou que vous preniez place à l’arrière, prenez une seconde pour remercier les ingénieurs qui ont permis à votre jet de filer dans le ciel à 80 % de la vitesse du son.
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