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C’est pas nouveau, quoique !

Le turbo-compresseur facilite la réduction de cylindrée

Jean-François Preveraud
Le turbo-compresseur facilite la réduction de cylindrée

Un turbo-compresseur électrique autonome peu cher à très faible temps de réponse

© valeo

Imaginé pour augmenter les performances des moteurs à explosion en ‘‘gavant mieux’’ les cylindres, le turbo-compresseur trouve aujourd’hui une nouvelle jeunesse dans les voitures de grande série où il permet de réduire la cylindrée, donc la consommation et les émissions polluantes.

Augmenter la puissance du moteur à explosion a toujours été un défi pour les ingénieurs. Si leur première réponse dans le domaine automobile puis aéronautique a été d’augmenter la cylindrée, cette course au gigantisme atteignit bien vite une asymptote à cause du poids supplémentaire qu’il fallait déplacer.

L’un des premiers à apporter une réponse novatrice fut Louis Renault qui eut le pressentiment, car ce mécanicien de génie était un autodidacte, qu’en forçant plus d’air à enter dans les cylindres on pouvait augmenter sensiblement la puissance d’un moteur sans en changer les dimensions. Ainsi déposa-t-il un brevet en 1902 pour ‘‘suralimenter’’ les moteurs de ses voitures de course en air à l’aide d’un ventilateur. Et en 1905, c’est l’ingénieur suisse Alfred Büchi qui obtint un brevet pour le principe du turbo-compresseur où les gaz d’échappement font tourner une roue à aubes qui entraîne une seconde roue coaxiale, qui comprime l’air à l’admission. Cet air sous pression mélangé au carburant ‘‘remplit mieux’’ les cylindres, améliore la combustion et donc la puissance du moteur.

Une autre voie consiste à entraîner le compresseur directement avec le moteur, on parle alors de compresseur volumétrique, mais il absorbe en permanence une partie de la puissance du moteur pour fonctionner et est souvent plus encombrant.

Une montée en puissance grâce à l’aéronautique

Utilisé sur les voitures de course, c’est finalement l’aéronautique militaire durant la Guerre de 14-18 qui boosta le développement du turbo-compresseur. Il fallait des avions capables d’aller toujours plus vite et plus haut, sans lester ces frêles machines avec un énorme moteur. Ainsi l’ingénieur Auguste Rateau, fabricant de ventilateurs, de pompes et de turbines, équipa certains moteurs Renault 12F (V12 à 50°) qui propulsaient les avions Breguet XIV d’un turbo-compresseur tournant à 30 000 tr/min. Le moteur gagnait un peu en puissance, 320 ch au lieu de 300 ch, mais surtout pouvait fonctionner à une altitude beaucoup plus importante malgré la raréfaction de l’air. Ainsi, un Breguet XIV A2 équipé de ce moteur turbo-compressé bâtit le 6 juillet 1921 au Bourget le record d’altitude, aux mains de l’adjudant Leboucher, atteignant 6 782 m.

                    Le bombardier Breguet XIV de la Guerre 14-18
                         s'illustra sur les lignes de l'Aéropostale

Les mêmes causes produisant les mêmes effets, outre-Atlantique c’est un ingénieur de General Electric, spécialisé dans les turbines à vapeur, Sanford Moss, qui eut l’idée du ‘‘turbosupercharger’’ pour gaver un moteur aéronautique Liberty V12, afin qu’il fonctionne mieux à haute altitude. Pour tester ce concept, il mit deux moteurs sur un camion et monta sur le Pike Peak à 4 700 m. Il prouva qu’a cette altitude le moteur équipé du turbosupercharger fonctionnait mieux. Cela séduisit les militaires et GE se lança pour la première fois sur le marché aéronautique où il est aujourd’hui encore largement présent. Le premier avion américain turbo-compressé fut un biplan LePere qui atteignit 13 600 m en 1921.

Les moteurs à pistons turbo-compressés connurent leur apogée durant la seconde guerre mondiale où ils équipèrent les bombardiers volant à haute altitude tels les B-17 (Flying Fortress), B-24 (Liberator) et B-29 (Superfortress) ou le bombardier d’appui tactique Douglas A-1 Skyraider, ces deux derniers étant dotés du même moteur Wright R-3350-23A de 18 cylindres en double étoile, développant 2 200 ch, le maximum pour un moteur à pistons turbo-compressés. L’arrivée des moteurs à réaction sonna le glas de cette technologie dans le domaine aéronautique.


Le moteur Wright R-3350-23A de 18 cylindres en double étoile
                                   développe 2 200 ch

On retrouve aussi des turbo-compresseurs dans le domaine maritime pour alimenter en air les moteurs diesel deux temps géants équipant les plus gros navires, tel le Wärtsilä-Sulzer 14RTFLEX96-C qui avec 14 cylindres en ligne et une cylindrée totale de 25,5 m3 développe 114 800 ch. Il s’agit là de faire entrer plus de 25 m3 d’air dans le moteur de 90 à 100 fois par minute !

Une démocratisation dans l’automobile

A une échelle plus humaine, les turbo-compresseurs connurent de beaux jours dans le domaine du sport automobile notamment en Formule 1 entre 1977 et 1988 grâce à Renault. Certains moteurs turbo-compressés de cette époque atteignirent les 1 000 ch. On retrouva aussi des turbo-compresseurs sur nombre de modèles sportifs plus grand public, tant sur des moteurs essence que diesel. On verra même des versions bi-turbo où l’un réagit rapidement à bas régime tandis que l’autre assure l’alimentation du moteur à haut régime pour maintenir la performance dans tous les cas de figure.

Mais aujourd’hui le turbo-compresseur est utilisé de manière beaucoup plus démocratique dans le cadre du ‘‘downsizing’’ des moteurs, une réduction de cylindrée destinée à diminuer la consommation et les émissions polluantes des moteurs. Afin de s’affranchir des défauts classiques des turbo-compresseurs - faible intérêt à bas régime pour les turbo simples et surtout temps de réaction à l’accélération - l’équipementier automobile français Valéo vient de présenter un turbo-compresseur avec entraînement électrique dit à ‘‘reluctance variable’’, indépendant des gaz d’échappement. Il permettrait de réduire la consommation de 8 à 10 %.

L’entraînement électrique assure une montée en régime entre 250 et 350 millisecondes alors qu’un turbo-compresseur à entraînement mécanique met 1 à 2 secondes. Autre avantage : le turbo-compresseur électrique n’a plus besoin d’être sur l’échappement, donc il ne chauffe pas et ne nécessite plus de matériaux sophistiqués et chers tels que le titane ou le bronze. Des matériaux simples comme de la tôle d’acier suffisent.

Et ça, c’est nouveau !

Jean-François Prevéraud

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