Aaah les moteurs... cette section n'est certainement pas la plus intéressante à moins que vous n'ayez une passion pour la mécanique. Cependant un minimum de connaissances sur la motorisation de l'avion ne peuvent pas faire de mal. De plus, les informations ci-dessous pourraient bien vous permettre d'éviter de fâcheuses pannes. Nous voici donc partis pour une fabuleuse aventure au cœur des systèmes de propulsion.

Le groupe motopropulseur

Le moteur dont nous allons parler ici est un moteur thermique 4 temps à essence. Expliquons tout cela. C'est un moteur thermique aussi appelé moteur à explosion (pas parce que ça explose -quoique- mais parce qu'il y a une explosion à l'intérieur). Deuxièmement, ce moteur pris pour exemple est un moteur essence et non diesel (nous allons voir pourquoi).

Description:

Voici les différents principaux éléments d'un moteur 4 temps (cliquez pour agrandir). Repérez la bougie. C'est l'élément qui diffère avec le moteur diesel. Nous verrons pourquoi en comprenant comment fonctionne ce moteur.

Fonctionnement:

Comme son nom l'indique (moteur 4 temps), le fonctionnement de ce moteur est composé de 4 phases principales. Elles sont visibles sur ce schéma (cliquez pour agrandir):

Voici donc ces fameux 4 temps:

1. L'admission: La soupape d'essence est ouverte. On injecte dans le cylindre un mélange d'air et d'essence, le mélange idéal est 1g d'essence pour 15g d'air.
2. La compression: Les deux soupapes sont fermées, le piston remonte.
3. Explosion/détente: La bougie produit une étincelle qui enflamme le mélange. Le piston descend.
4. Échappement: La soupape d'échappement s'ouvre, les gaz s'évacuent. Puis, le cycle redémarre.

Et cette fameuse différence avec un moteur diesel ? Elle se produit au niveau de l'explosion/détente. Une des spécificités du diesel est qu'il suffit de le compresser pour qu'il s'enflamme, il n'y a donc pas besoin de l'étincelle produite par la bougie, d'où l'absence de bougie dans les moteurs diesel.

Disposition des cylindres:

L'ensemble ci-dessus n'est pas un moteur à lui même, dans le sens ou un seul ensemble de ce type ne suffirait pas à propulser un avion ou une voiture. Les cylindres sont assemblés pour former ce que l'on appelle un groupe motopropulseur. Il existe plusieurs types de disposition des cylindres, les deux moteurs ci-dessous (photos: Stahlcocher) comprennent 6 cylindres chacun. Cependant ils sont disposés de façon différente. Dans le moteur de gauche, ils sont disposés en " V ", à droite, ils sont disposés à plat.

Élaboration du mélange air/essence

Nous l'avons dit, le bon déroulement de la combustion nécessite un mélange particulier composé de 1g d'essence pour 15g d'air. Il existe 2 façons de créer ce mélange.

L'injection

L'injection consiste à injecter l'essence pulvérisée en fines gouttelettes directement dans le cylindre où se fait le mélange.

La carburation

La carburation est la technique la plus utilisée dans l'aviation, le mélange se fait dans le carburateur.

Description du carburateur

Voici le schéma d'un carburateur (cliquez pour agrandir - auteur: Pulsar):

L'essence arrive dans la cuve. Dans cette cuve se situe un flotteur fixé à un pointeau. Lorsque le niveau d'essence dans la cuve est suffisant, le flotteur monte et le pointeau bloque l'arrivée d'essence. L'essence est ensuite propulsée par le gicleur. La manette de réglage du mélange permet d'influer sur le débit d'essence du gicleur. L'essence est mélangée à l'air (cet air est aspiré à l'extérieur de l'avion, puis filtré dans le filtre à air pour le débarrasser de des impuretés). La forme convexe au niveau du gicleur crée un effet Venturi. Cet effet Venturi fait accélérer l'air ce qui propulse le mélange hors du carburateur.. Enfin, le papillon des gaz, directement relié à la manette des gaz. Ce papillon sert à contrôler la quantité de mélange injectée dans le moteur (+ il y a de mélange, + le moteur fonctionne rapidement).

Le givrage carburateur

Le givrage carburateur est une des principales causes d'accidents aériens. Ce phénomène intervient lorsque l'air est humide et lorsque la température de l'air est basse. La dépression dans le Venturi (la zone rétrécie du carburateur ou se produit l'effet Venturi) et la pulvérisation de l'essence provoquent une baisse de la température (jusqu'à -20° par rapport à l'air extérieur., ce qui entraine le givrage de l'humidité contenue dans l'air. La glace se dépose sur le gicleur et le papillon d'admission. Il n'y a plus d'essence qui rentre dans le moteur. La formation de glace est la plus forte lorsque la température dans le carburateur est de -5°C. Le risque de givrage est plus important à basse puissance. Ce risque est d'avantage présent sur les avions légers que sur des avions plus gros.

Le réchauffage carburateur

Pour réduire au maximum ce risque, un système, appelé réchauffage carburateur a été mis au point. En quoi consiste t-il ? C'est un mécanisme simple. On aspire de l'air à l'intérieur puis ont le fait circuler autour du pot d'échappement, ainsi il se réchauffe, ensuite on mélange cet air à l'air passé par le filtre à air qui est injecté dans le carburateur. On actionne la manette de réchauffage carburateur. Celle-ci actionne un sorte de clapet qui permet de choisir l'entrée d'air dans le carburateur: air froid mais filtré, air chaud non filtré. Il existe plusieurs conséquences à l'utilisation du réchauffage carburateur. En effet les particules non filtrées de l'air chaud peuvent abimer l'intérieur des cylindres du moteur, cet air à tendance à exploser dans le moteur plutôt qu'à bruler normalement. Enfin, son utilisation entraine une diminution de la puissance du moteur, il est donc proscrit au décollage.

Les hélices

L'hélice est un système qui permet de transformer l'énergie mécanique du moteur en énergie aérodynamique qui permet de déplacer l'avion. L'hélice comporte au moins deux pales, parfois plus. Aujourd'hui la plupart des hélices sont en matériaux composites, autrefois elles étaient souvent en bois ou en métal.

Une hélice est caractérisée par son pas. Certaines hélices ont un pas fixe, d'autres ont un pas variables. Changer le pas d'une hélice, c'est comme changer de vitesse dans une voiture. On utilise un petit pas au décollage ou à l'atterrissage et un grand pas en croisière. Le pas est la distance parcourue par l'hélice autour de son axe de rotation en un tour.

Le pas choisi correspond au calage de l'hélice. Le calage est l'angle formé entre le plan d'une pale et un plan vertical perpendiculaire à l'axe de l'hélice. Un petit pas correspond à un calage de 10°, un grand pas correspond à un calage de 45°. Enfin il est possible de mettre l'hélice en drapeau, c'est à dire avec un calage de 90°. Cela permet de diminuer les frottements de l'hélice en cas de panne moteur et d'avoir la plus grande finesse possible (c'est à dire de planer le plus longtemps possible).

Les turboréacteurs

Un turboréacteur utilise un mode de fonctionnement totalement différent d'un moteur comme celui décrit plus haut. Voici le schéma d'un turboréacteur (cliquez pour agrandir - auteur: Jeff Dahl). L'air est aspiré à l'avant du réacteur, il est ensuite compressé si bien qu'il atteint une pression 25 fois supérieure à la normale. Il passe ensuite dans la chambre de combustion ou il est mélangé a du kérosène. Le mélange s'enflamme et produit des gaz de combustion. Ceux-ci se dilatent fortement et sont violemment éjectés vers l'arrière: l'avion est propulsé. Au passage, les gaz font tourner une turbine qui fait fonctionner le compresseur au bon rythme (puisqu'ils sont sur le même axe) et ainsi maintenir un flux de fonctionnement régulier. Les réacteurs modernes qui équipent la majorité des avions lignes sont appelés "turboréacteurs double flux). Ils ont pour particularité de faire circuler de l'air autour du réacteur. Cela améliore le débit du réacteur (et donc la poussée). De plus ces réacteurs sont plus silencieux et moins gourmands en kérosène.

Les turbopropulseurs

Un turbopropulseur consiste à associer un turboréacteur, et une hélice (placée à l'avant du réacteur) comme montré sur ce schéma (cliquez pour agrandir - auteur: Emoscopes). Dans ce cas, la majeure partie de la poussée (90%) provient de l'hélice et non des gaz d'échappement, dont la température et la vitesse de sortie de sont pas si importantes. L'hélice est actionnée par la rotation de la turbine. On remarque tout de même la présence d'un réducteur, pour garder une vitesse de rotation de l'hélice correcte, puisqu'une vitesse trop importante pourrait endommager l'hélice.

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