Comment fonctionne un moteur turbo dans une voiture ?

Un moteur turbo, ou moteur turbocompressé, utilise l’énergie des gaz d’échappement pour faire entrer davantage d’air dans les cylindres. Comme la combustion dépend de la quantité d’oxygène disponible, cette arrivée d’air comprimé permet de brûler davantage de carburant lorsque le moteur est conçu et réglé pour cela. À cylindrée égale, le moteur peut ainsi produire plus de puissance qu’un moteur atmosphérique, c’est-à-dire dépourvu de turbocompresseur.

Deux roues reliées par un arbre

Le turbocompresseur se compose principalement d’une turbine et d’un compresseur montés sur un même arbre. Après la combustion, les gaz d’échappement quittent les cylindres et traversent le carter de turbine. Leur énergie fait tourner cette roue à très grande vitesse. L’arbre transmet alors cette rotation à la roue du compresseur, placée sur le circuit d’admission. Le compresseur aspire l’air extérieur, le comprime et l’envoie vers le moteur. L’air admis contient alors une plus grande masse d’oxygène dans un volume donné. Le turbo ne crée donc pas d’oxygène : il augmente la quantité d’air qui peut entrer dans les cylindres.

De l’air comprimé à la puissance

L’air comprimé s’échauffe lorsqu’il est comprimé. Sur de nombreux moteurs, il passe donc par un échangeur appelé intercooler, ou refroidisseur d’air de suralimentation, avant d’atteindre le collecteur d’admission. En se refroidissant, l’air devient plus dense, ce qui permet d’en faire entrer davantage à pression donnée. Le système de gestion du moteur adapte ensuite l’injection de carburant à la quantité d’air disponible. La combustion peut ainsi libérer davantage d’énergie et pousser plus fortement les pistons. La pression de suralimentation doit toutefois rester dans les limites prévues pour le moteur, notamment afin de maîtriser les températures et les contraintes mécaniques.

La régulation de la pression

Le turbo ne fonctionne pas en permanence à sa pression maximale. Une soupape de décharge, souvent appelée wastegate, peut détourner une partie des gaz d’échappement pour limiter la vitesse de la turbine et la pression produite par le compresseur. La commande électronique du moteur surveille également différents paramètres, comme la pression d’admission et la température. À faible régime, les gaz d’échappement peuvent fournir moins d’énergie : le compresseur met alors un certain temps à atteindre la pression souhaitée. Ce délai de réponse est connu sous le nom de turbo lag. Des solutions comme un turbocompresseur de dimension adaptée, un système à double entrée ou, sur certains moteurs, une géométrie variable peuvent réduire ce phénomène.

Un compromis entre puissance et contraintes

La suralimentation permet de concevoir des moteurs relativement compacts offrant la puissance d’un moteur atmosphérique de plus forte cylindrée. Elle peut contribuer à réduire la consommation dans certaines conditions, en particulier lorsque le moteur fonctionne avec une charge modérée, mais elle ne garantit pas une économie de carburant : une conduite sollicitant fortement le turbo peut au contraire augmenter la consommation. Le turbocompresseur travaille avec des températures et des vitesses de rotation élevées. Il exige donc une lubrification adaptée et un entretien conforme aux prescriptions du constructeur. En résumé, son principe repose sur une chaîne simple : les gaz d’échappement entraînent une turbine, la turbine entraîne un compresseur, et le compresseur fournit au moteur davantage d’air pour permettre une combustion plus énergique.