Le principe physique

Il apparaît alors sur le ballon une poussée  que l’on s’explique grâce au principe de l’action-réaction. C’est de ce terme que provient le nom donné aux moteurs qui exploitent ce principe. Comme le ballon de baudruche, les moteurs à réactions expulsent un gaz à haute vitesse. La seule différence est qu’ils sont « regonflés » en permanence grâce à la combustion d’un carburant spécifique. Il existe différentes technologies. 

Le statoréacteur  : Le plus simple de tous  

Le statoréacteur ou tuyère thermopropulsive est le plus simple des réacteurs d’un point de vue de sa constitution.  L’air (contenant le dioxygène nécessaire à la combustion) est admis dans la chambre de combustion par une simple entrée dont la section s’élargit afin que sa vitesse diminue et que sa pression augmente. 

Le carburant est alors injecté puis s’enflamme ce qui produit une grande quantité de gaz à haute pression. Les gaz brûlés s’évacuent alors par la tuyère. 

Si la pression des gaz était égale en entrée et en sortie, les gaz seraient expulsés des deux cotés. Ce dispositif présente donc un inconvénient majeur : pour que la compression dans l’entrée d’air soit suffisante, il ne peut être allumé que si la vitesse de l’aéronef ou du missile est  déjà suffisamment importante. Il est alors nécessaire d’adjoindre un moteur d’appoint pour atteindre la vitesse de fonctionnement du statoréacteur et pouvoir le faire fonctionner. 

Ce type de moteur est utilisé sur quelques missiles aéroportés lancés depuis un avion porteur (la vitesse de l’avion lanceur autorise l’allumage). 

Le turboréacteur : le plus courant des moteurs à réaction 

Le turboréacteur est une évolution du statoréacteur qui utilise une partie de l’énergie produite pour comprimer l’air en entrée et permettre ainsi une utilisation à tout régime de vitesse. On distingue les réacteurs à simple flux et les réacteurs à double flux. 

Le turboréacteur à simple flux (fonctionnement)

A l’entrée du réacteur,  l’air pénètre donc dans un compresseur (en bleu sur le schéma). Le compresseur est constitué de petites ailes (ailettes ou aubes) formant plusieurs étages et mises en rotation grâce à une turbine placée en sortie. A l’arrière du compresseur, l’air sous pression entre dans la chambre de combustion où il est mélangé au carburant et enflammé. Il est alors  expulsé sous haute pression vers l’arrière du moteur. L’air est alors détendu dans une tuyère. Il y atteint de très grandes vitesses ce qui permet d’engendrer ainsi des poussées très importantes. 

La poussée des réacteurs d’avions militaires peut être fortement augmentée par un dispositif de post-combustion. Pour cela on injecte du carburant dans les gaz chauds en entrée de tuyère. Il s’enflamme spontanément, accroissant ainsi la vitesse des gaz éjectés et augmentant d’autant la poussée du moteur. Pour résumer, on peut considérer qu’il s’agit de recréer un pulsoréacteur additionnel à l’arrière de la chambre de combustion.

Qu’est-ce qu’un réacteur à double flux ? 

Principe de fonctionnement

Pour augmenter la poussée des réacteurs en consommant moins de carburant, on divise le flux d’air entrant dans le moteur en deux. La quantité d’air nécessaire à la combustion est envoyée dans le réacteur (il s’agit du flux primaire) tandis qu’une quantité d’air supplémentaire envoyée directement vers la tuyère par un circuit périphérique (flux secondaire). 

L’air des deux flux est accéléré par une énorme hélice (la soufflante en bleu sur le schéma) qui constitue également un premier corps de compression.  Un deuxième compresseur, identique à celui présent dans un réacteur simple-flux est chargé de comprimer l’air  du flux secondaire (en vert sur le schéma). 

Taux de dilution

Le taux de dilution est le rapport de la masse d’air du flux primaire par la masse d’air du flux secondaire. Le principe du double flux est adopté sur les réacteurs civils avec un taux de dilution très important. Sur le CFM56 équipant quelques avions de lignes  il est d’environ 6. 

Cela permet d’obtenir un gros gain de poussée en consommant moins de carburant. La contrepartie est l’encombrement important du réacteur et les accélérations moins rapides. 

Ces réacteurs sont également moins bruyants en raison de la plus faible vitesse de l’air en sortie. 

Dans le cokpit

Afin de pouvoir vérifier que le réacteur fonctionne correctement, le pilote dispose de plusieurs instruments : 

• Un tachymètre lui indique le régime du réacteur. Il est gradué en % du régime nominal. 
• Un indicateur de température des gaz dans la tuyère. Une surchauffe indiquant un problème de fonctionnement ou un incendie. 
• Des voyants permettant de signaler une anomalie sur le circuit de lubrification. 

Performances

Les turboréacteurs peuvent fournir des poussées allant de 5 kN (décanewton) à près de 300 kN.  Pour vous faire une idée, si vous soulevez une masse de 1 kg, vous devrez appliquer une force de 10 N (soit 0,01 kN)

Un avion de ligne disposant de deux turboréacteurs modernes pourra ainsi voler à des vitesses de l’ordre de 800 Km/h.

Impact sur l’environnement

Le carburant des réacteurs est le kérozène. Il s’agit de la même fraction pétrolière que le pétrole que l’on met dans les lampes d’éclairage. 

Sa combustion dans les réacteurs produit essentiellement du dioxyde de carbone et de l’eau. A haute altitude, la vapeur d’eau va parfois se condenser en petits cristaux de glace à la sortie du réacteur pour former une trainée de condensation. Elle n’est pas, comme on pourrait le penser, un signe visible de pollution puisqu’il s’agit d’eau.

Dans tout moteur, réacteur ou moteur-fusée, la production de dioxyde de carbone a un impact sur l’effet de serre.