La révolution des turboréacteurs 

L'apparition du turboréacteur a révolutionné le transport aérien en permettant aux avions d'être propulsés à des vitesses plus élevées que par les moteurs à hélice. En l'espace de 40 ans, on estime que les progrès technologiques ont permis de réduire en moyenne de 30 décibels le bruit des avions. Des innovations qui se sont surtout portées sur les moteurs, l'une des deux origines du bruit provoqué par un avion, la seconde étant celle de la pression aérodynamique exercée sur le fuselage et les ailes de l'appareil.

 

Petite leçon de mécanique pour mieux comprendre ces innovations. Le turboréacteur aspire et comprime l'air de l'extérieur, celui-ci est chauffé dans une chambre de combustion avant de passer dans une turbine et d'être éjecté vers l'arrière à grande vitesse, provoquant la propulsion de l'avion par réaction.

 

Les premiers réacteurs, apparus dans les années 1950, sont très bruyants car la vitesse de sortie très élevée de ce jet projeté à l'arrière provoque de fortes turbulences et donc un bruit basse fréquence qui se propage loin et longtemps dans l'atmosphère.

Une avancée considérable est obtenue dans les années 70. Pour réduire ce bruit, une part de l'air entrant est déviée vers une soufflante de grande dimension, puis évacué vers l'arrière à une vitesse beaucoup plus basse, car cet air est froid.  Ce sont les moteurs à double flux : flux primaire, chaud issu de la turbine et très bruyant, et flux secondaire, froid issu de la soufflante beaucoup moins bruyant. La proportion entre ces deux flux est exprimée par le taux de dilution et indique en résumé le niveau sonore des appareils : un avion militaire basera essentiellement sa propulsion sur les flux chauds issus de la combustion et sera donc très bruyant avec un taux de dilution de 1 ; un avion civil tirera lui sa propulsion du flux froid et affichera un taux de dilution de 5 à 7, avec un niveau sonore beaucoup plus bas.

Après cette brève leçon de motorisation d'avion moderne, vous voici devenus experts dans ce domaine. Attendez-vous à être déçus de la comparaison la prochaine fois que vous soulèverez le capot de votre voiture ! Mais revenons à nos turboréacteurs. L'industrie a concentré ses efforts et ses améliorations sur les différentes étapes de fonctionnement des moteurs.

 

La première source de bruit du moteur, l'air propulsé à l'arrière. La deuxième concerne le sifflement provoqué par la soufflante, de taille de plus en plus grande. La troisième concerne la chambre de combustion et la turbine. Pour chacune d'entre elle, des solutions ont été trouvées. Par exemple, une meilleure insonorisation du moteur, notamment grâce à la réalisation de panneaux acoustiques de nacelle, permet de réduire les nuisances sonores issues des turbulences de la turbine et des réactions thermiques de la chambre.

Des modèles de calcul ont été développés, qui permettent de concevoir les différents éléments en les optimisant dès le départ, tant du point de vue aérodynamique que du point de vue acoustique. La conception de ces moteurs plus silencieux a permis de déboucher sur des moteurs encore plus silencieux comme le CFM56 qui équipe les Boeing 737, l'Airbus A320 et A340.

 

L'utilisation de panneaux acoustiques, la modification de la forme de l'entrée d'air des moteurs et une meilleure compréhension des sources de bruit internes grâce à des outils de calcul modernes, les études sur le contrôle actif du bruit, sont des voies de recherche faisant l’objet d’investissements du constructeur du CFM 56, Safran-Snecma. Chez un autre motoriste, Pratt & Whitney, le progrès s'appelle PurePower PW 1000G et la commercialisation est prévue pour 2013. Pour l'instant, ce démonstrateur de technologie Geared Turbofan de Pratt & Whitney a en effet réalisé son premier vol sous l’aile du banc d’essai volant d’Airbus, l’A340-600, le 14 octobre 2008 à Toulouse. Le motoriste prétend réduire de 20dB le bruit émis.

 

Airbus de son côté réfléchit à intégrer le moteur à la cellule de l'appareil ou encore à construire une aile volante où trois moteurs à fort taux de dilution cohabiteraient avec six soufflantes de part et d'autre de l'appareil. Plus réaliste, le constructeur européen a déposé des brevets sur un concept de moteurs à double hélice contrarotative pousseuse dite propfan : les hélices deviennent visibles et sortent du carénage du moteur mais leur diamètre est inférieur d'au moins 25 % à celui d'un turbopropulseur unique. Ces moteurs pourraient être placés à l'arrière du fuselage.

 

Toutefois, pour obtenir des progrès de nouveau significatifs, motoristes et scientifiques s'accordent à penser aujourd'hui qu'un plafond est atteint avec le turboréacteur conçu il y a maintenant 60 ans. Seules des technologies révolutionnaires permettront de franchir de nouveaux paliers dans la réduction du bruit des moteurs.

 

Quelles peuvent être ces solutions du futur ? De nombreuses expérimentations sont en cours pour trouver la réponse. Car si l'enjeu est de taille, les investissements nécessaires pour développer le moteur du XXIe siècle le sont également. Les programmes européens de recherche de nouvelles technologies, réunissant universitaires, industriels et politiques, se sont multipliés depuis le début des années 2000 (Vital, Clean Sky, Silence Aircraft, Newac, etc.). Le futur du turboréacteur est très incertain et plus globalement de la propulsion aéronautique au XXIe siècle dépendra en grande partie des combustibles utilisés : biocarburant végétal, hydrogène ou même énergie nucléaire ? Rendez-vous en 2020 pour un début de réponse.