Comment sont les moteurs d'avion ?

Le moteur à essence à pistons fut la seule option disponible durant les premières décennies de l'aviation et motorise encore l'immense majorité des avions légers d'entraînement et de tourisme. Les plus courants sont des moteurs à quatre ou six cylindres à plat, refroidis par air, à double allumage pour la sécurité, et d'une puissance de 75 à 300 kW (100 à 400 ch). Ils entraînent une hélice à pas fixe ou variable et brûlent de l'essence aviation plombée, bien que la transition vers des carburants sans plomb et des moteurs diesel brûlant du kérosène progresse. Ils sont simples et relativement bon marché, mais perdent de la puissance avec l'altitude et leurs pièces mobiles limitent leur fiabilité par rapport aux turbines.

Toutes les turbines aéronautiques partagent un même cœur : un compresseur aspire l'air et le comprime, une chambre de combustion le mélange au kérosène et le brûle à pression constante, et une turbine extrait l'énergie des gaz chauds pour entraîner le compresseur. Ce qui change, c'est l'usage fait de l'énergie restante. Dans le turboréacteur pur, tout le gaz sort par une tuyère à grande vitesse : c'est efficace à très haute vitesse mais bruyant, et c'est aujourd'hui pratiquement limité à d'anciennes applications militaires et aux missiles. Dans le turbofan, la turbine entraîne aussi une grande soufflante avant qui propulse une masse d'air bien plus importante autour du cœur ; sur les moteurs modernes, la majeure partie de la poussée vient de la soufflante, avec des taux de dilution de 9:1 à 12:1. C'est le moteur de tous les avions de ligne actuels en raison de sa consommation modérée et de son bruit contenu. Dans le turbopropulseur, la turbine entraîne une hélice via un réducteur : c'est la solution la plus efficace sous environ 650 km/h, et elle motorise les avions régionaux et cargos. Le turbomoteur est la variante qui restitue la puissance par un arbre, pour les hélicoptères.

Un turbofan actuel mesure jusqu'à 3,4 m de diamètre de soufflante, comme le GE9X du Boeing 777X, et génère plus de 450 kN de poussée. Ses aubes de turbine fonctionnent dans des gaz plus chauds que le point de fusion de leur alliage grâce à des canaux de refroidissement internes et des revêtements céramiques. Les matériaux composites de la soufflante, la fabrication additive et les réducteurs entre soufflante et turbine, comme sur le Pratt & Whitney PW1000G, ont réduit la consommation de carburant par siège d'environ 15 % par rapport à la génération précédente. À l'autre extrémité du spectre se trouvent les moteurs électriques, encore limités aux petits appareils et aux démonstrateurs en raison de la densité énergétique des batteries, ainsi que des projets hybrides combinant une turbine et un générateur.