Comment fonctionne un avion à réaction ?

Un avion à réaction avance en transformant l’énergie chimique de son carburant en mouvement de gaz. Son moteur fait entrer de l’air par l’avant, le comprime, y injecte du carburant, puis brûle ce mélange dans une chambre de combustion. Les gaz très chauds produits par cette combustion sont ensuite accélérés vers l’arrière. En réaction, l’avion reçoit une force dirigée vers l’avant : c’est le principe de l’action-réaction décrit par la troisième loi de Newton.

De l’admission à la combustion

L’air extérieur entre d’abord dans la prise d’air du moteur, puis est dirigé vers le compresseur. Celui-ci est constitué de plusieurs rangées d’aubes, généralement montées sur un ou plusieurs arbres en rotation. En traversant ces étages, l’air voit sa pression augmenter, ce qui le prépare à la combustion. Dans la chambre de combustion, du carburant, le plus souvent du kérosène pour l’aviation, est injecté dans cet air comprimé. Un dispositif d’allumage amorce la combustion, qui se poursuit ensuite de manière continue tant que le carburant et l’air sont fournis. Il ne s’agit donc pas d’une explosion unique, mais d’une combustion contrôlée produisant un flux permanent de gaz chauds.

Le rôle de la turbine et de la tuyère

Après la chambre de combustion, les gaz se détendent en traversant la turbine. Celle-ci récupère une partie de leur énergie pour entraîner le compresseur grâce à un arbre de transmission. Cette étape est indispensable : sans la turbine, le compresseur ne pourrait pas continuer à comprimer l’air entrant. Les gaz conservent toutefois suffisamment d’énergie lorsqu’ils quittent la turbine. Ils passent alors dans la tuyère, qui convertit une partie de leur pression et de leur énergie thermique en vitesse d’écoulement. La tuyère les expulse à grande vitesse vers l’arrière, ce qui contribue directement à la poussée du moteur.

Comment se crée la poussée

La poussée résulte d’un échange de quantité de mouvement. Le moteur accélère vers l’arrière une masse d’air et de gaz issus de la combustion ; en retour, l’ensemble moteur-avion est soumis à une force vers l’avant. Plus la quantité de mouvement communiquée au flux gazeux est importante, plus la poussée produite peut être élevée, toutes choses égales par ailleurs. Cette force est mesurée en newtons. Le fonctionnement réel dépend notamment de la masse d’air traversant le moteur, de la vitesse d’éjection des gaz et de la vitesse à laquelle l’avion se déplace. Le moteur doit aussi fournir cette poussée malgré la résistance de l’air qui s’oppose au mouvement de l’appareil.

Le cas des moteurs à double flux

Dans l’aviation civile moderne, les moteurs sont le plus souvent des turboréacteurs à double flux, également appelés turbofans. Une grande soufflante placée à l’avant est entraînée par la turbine et accélère une importante quantité d’air. Une partie de cet air traverse le cœur du moteur, où elle est comprimée et mélangée au carburant ; l’autre partie contourne la chambre de combustion dans un conduit annulaire. Les deux flux participent à la propulsion, mais le flux secondaire fournit une part importante de la poussée sur de nombreux avions de ligne. Accélérer une grande masse d’air à une vitesse modérée permet généralement d’obtenir un meilleur rendement propulsif et moins de bruit qu’avec un turboréacteur simple flux, qui produit toute sa poussée principalement grâce aux gaz chauds sortant de la tuyère.