Comment fonctionne un moteur à réaction et quels sont les différents types qui existent ?

Depuis les rêves audacieux d’Icare jusqu’aux avions supersoniques d’aujourd’hui, l’homme n’a cessé de repousser les limites du ciel. 

Au cœur de cette conquête aérienne se trouve une invention révolutionnaire : le moteur à réaction. Puissant, complexe et fascinant, ce chef-d’œuvre d’ingénierie transforme une simple combustion en une force phénoménale capable de propulser des centaines de tonnes à travers les nuages. 

Mais comment fonctionne-t-il vraiment ? Quels principes physiques et quelles innovations historiques ont permis son avènement ? 

Plongez dans les entrailles de ces géants mécaniques, où la science rencontre la puissance pure, et découvrez l’incroyable histoire des moteurs qui ont changé le monde.

L’histoire des moteurs à réaction : une épopée scientifique et technique

Depuis l’Antiquité, l’homme rêve de conquérir les cieux. Le mythe d’Icare, qui s’envole avec des ailes de plumes d’oiseaux, illustre cette quête immémoriale. Mais il faudra attendre des siècles pour que la science et la technologie transforment ce rêve en réalité.

Les prémices théoriques (16ᵉ-18ᵉ siècles)

Au 16ᵉ siècle, Léonard de Vinci esquisse les premières machines volantes inspirées par les oiseaux. Cependant, à cette époque, la seule force motrice disponible reste la puissance musculaire. Les bases scientifiques du vol n’émergeront qu’aux 17ᵉ et 18ᵉ siècles grâce aux travaux de :

• Isaac Newton (lois de la dynamique),
• Daniel Bernoulli (principe de la portance aérodynamique).

Les premières réalisations (19ᵉ siècle)

La révolution industrielle ouvre la voie aux expérimentations concrètes :

• En 1890, le Français Clément Ader parvient à faire décoller son Éole, un avion à moteur à vapeur inspiré du vol des chauves-souris. Bien que peu maniable, cet engin marque une étape cruciale.
• Le 17 décembre 1903, les frères Orville et Wilbur Wright réalisent le premier vol motorisé et contrôlé avec leur Flyer, propulsé par un moteur à combustion interne.

L’avènement du moteur à réaction (20ᵉ siècle)

Si les premiers avions utilisaient des hélices, les limites de cette technologie poussent les ingénieurs à chercher une alternative. Les travaux sur la propulsion par réaction débutent dès les années 1930, avec des pionniers comme :

• Frank Whittle (Royaume-Uni),
• Hans von Ohain (Allemagne).

Le premier avion à réaction opérationnel, le Messerschmitt Me 262, entre en service en 1944, révolutionnant l’aviation moderne.

Aujourd’hui, les moteurs à réaction équipent la majorité des avions civils et militaires, offrant vitesse, puissance et efficacité. Cette histoire, marquée par l’audace et l’innovation, montre comment l’homme a su repousser les limites du possible.

Le fonctionnement d’un moteur à réaction

Origine et évolution

Le premier moteur à réaction, ou turboréacteur, est conçu par les Allemands en 1939. Il est cependant le fruit de plusieurs siècles de recherche.

Le fonctionnement des moteurs utilisés aujourd’hui est simplifié dans cette vidéo :

Principe de base

 Le fonctionnement d’un moteur à réaction repose sur une séquence précise :

1. Aspiration et compression

De l’air est aspiré par une soufflante, puis comprimé en permanence.

2. Combustion

L’air comprimé entre dans la chambre de combustion, où il est mélangé à du kérosène puis enflammé. La réaction provoquée va dilater des gaz à haute température et haute pression.

3. Détente et propulsion

Les gaz dilatés sont expulsés vers l’arrière à très haute vitesse à travers une tuyère convergente (qui se rétrécit), créant une poussée vers l’avant (selon le principe de Newton : action-réaction).

4. Alimentation en continu

En sortant, les gaz actionnent une turbine située sur le même axe que le compresseur. Ce mouvement de la turbine provoque ainsi celui du compresseur, permettant au cycle de se perpétuer tant que le moteur est alimenté.

Soutien aérodynamique

La propulsion seule ne suffit pas : c’est la circulation de l’air sur les ailes qui génère la portance nécessaire pour faire voler l’avion.

Enjeux actuels

Les compagnies aériennes et constructeurs travaillent constamment à :

• Réduire les émissions (CO₂, particules) en optimisant les chambres de combustion.
• Améliorer l’efficacité énergétique, par exemple avec des moteurs à taux de dilution élevé (comme les turboréacteurs double flux).
• Diminuer la consommation de carburant, un enjeu économique et écologique majeur.

Pour une visualisation simplifiée, cette vidéo explicative détaille le processus.

Les lois du mouvement de Newton

Au 17ᵉ siècle, Isaac Newton énonce trois lois fondamentales qui régissent la mécanique classique :

1. Le principe d’inertie : Un corps reste au repos ou en mouvement rectiligne uniforme sauf si une force agit sur lui.
2. Le principe de la dynamique : La force exercée sur un objet est égale à sa masse multipliée par son accélération (F = m × a).
3. Le principe des actions réciproques (ou action-réaction) : À toute action correspond une réaction égale en intensité mais opposée en direction.

Application à la propulsion à réaction

La troisième loi de Newton est au cœur du fonctionnement des moteurs à réaction. Lorsqu’un avion éjecte des gaz vers l’arrière à haute vitesse, ceux-ci exercent une force de réaction (poussée) qui propulse l’appareil vers l’avant. Plus le jet de gaz est rapide et massif, plus la poussée est importante.

Le vol des avions et la portance

Cette même loi explique aussi comment un avion se maintient en l’air :

• Les ailes, par leur forme et leur inclinaison, exercent une force vers le bas sur l’air (action).
• En réponse, l’air exerce une force opposée vers le haut, appelée portance, qui compense le poids de l’avion.

Ainsi, la compensation des forces (poussée, traînée, portance et poids) permet un vol stable et contrôlé.

(Note : Ces principes sont également essentiels en astronautique, où la propulsion des fusées repose entièrement sur l’éjection de gaz selon la troisième loi de Newton.)

Le premier moteur à réaction : une révolution aéronautique

Les prémices : John Barber et la turbine à gaz (1731)

Dès 1731, l’Anglais John Barber imagine un concept précurseur du turboréacteur en déposant des brevets pour une turbine à gaz à combustion interne. 

Son moteur comporte déjà les éléments clés : un compresseur, une chambre à combustion et une turbine, alimentés par un combustible. 

Malheureusement, les technologies de l’époque ne permettent pas de produire assez de puissance pour le faire fonctionner correctement.

Le développement des turbines à gaz est ensuite éclipsé par le succès des turbines à vapeur, plus efficaces à cette période. Il faudra attendre le XXᵉ siècle pour que l’idée ressurgisse.

L’ère moderne : Whittle, Von Ohain et la propulsion par réaction

Dans les années 1930, les travaux du Roumain Henri Coandă et du Français Maxime Guillaume relancent l’intérêt pour la propulsion à réaction. Mais c’est l’ingénieur britannique Sir Frank Whittle qui révolutionne véritablement le domaine.

En 1937, Whittle conçoit un turboréacteur innovant : au lieu d’utiliser un moteur à pistons pour comprimer l’air, il installe une turbine en aval, exploitant l’énergie des gaz d’échappement pour entraîner le compresseur. Cette architecture rend le moteur plus puissant et plus économe que les modèles à pistons.

Quasi simultanément, l’Allemand Hans von Ohain développe un moteur similaire pour la société Heinkel. En 1939, le Heinkel He-178 devient le premier avion à réaction au monde. Son vol inaugural est cependant écourté après l’aspiration d’un oiseau dans le moteur.

La course à l’armement et l’essor de l’aviation moderne

La Seconde Guerre mondiale accélère les progrès technologiques. L’Allemagne et le Royaume-Uni se livrent une course aux performances, tandis que les États-Unis et l’URSS rattrapent rapidement leur retard après 1945. La France, retardée par l’Occupation, rejoint plus tardivement la compétition.

Dès les années 1950, les turboréacteurs équipent les premiers avions civils, marquant le début d’une nouvelle ère pour le transport aérien.

Cette innovation, née d’une succession d’échecs et de percées, a définitivement transformé l’aviation, offrant des appareils plus rapides, plus performants et plus fiables.

Heinkel He-178 – Crédit photo : Wikimedia Commons

Quels sont les différents types de moteurs à réaction ?

On distingue plusieurs catégories de moteurs à réaction, chacune adaptée à des besoins spécifiques :

1. Turboréacteurs

De manière générale, les turboréacteurs permettent de transformer l’énergie chimique contenue dans un carburant en énergie cinétique. 

Le développement des turboréacteurs est dès leur création un enjeu majeur, aussi bien militaire que civil.

Ils se divisent en deux sous-types :

• Turboréacteurs à compresseur centrifuge : Les turboréacteurs à compresseur centrifuge sont simples à fabriquer et robustes. Cependant, ils nécessitent un moteur de grand diamètre, ce qui fait diminuer la vitesse finale de l’appareil. 
• Turboréacteurs à compresseur axial : Ceux-ci sont plus performants grâce à une série d’hélices comprimant l’air. Cependant, ils nécessitent des matériaux plus avancés. 

Dans les deux cas, le moteur doit être capable de résister à des températures atteignant 2000°C.

2. Moteurs à double flux (turbofan)

Dans un réacteur à double flux, une soufflante est placée à l’avant du compresseur. Elle aspire une plus grande quantité d’air, qui se divise ensuite en deux flux :

• Flux primaire : Le flux primaire passe dans la chambre de combustion, c’est donc un flux d’air chaud. 
• Flux secondaire : Le flux secondaire est lui directement éjecté de part et d’autre du moteur ; c’est un flux d’air froid qui fournit 80% de la poussée.

À la sortie, l’air froid se mélange à l’air chaud ce qui entraîne un refroidissement. Ce système équipe la plupart des avions commerciaux car il permet d’améliorer la poussée et de réduire le bruit du moteur.

Moteur à double flux – Crédit photo : Wikipedia

3. Statoréacteurs

Les statoréacteurs équipent aujourd’hui les avions de combat et les missiles car ils permettent d’atteindre des vitesses très élevées. 

• Avantages : Leur poussée est supérieure car du carburant est réinjecté dans la chambre de combustion, ce qui s’appelle la postcombustion. De plus, ils ne possèdent pas de pièces mobiles et sont donc légers.
• Inconvénients : Ils nécessitent une vitesse initiale pour fonctionner et supportent mal les températures extrêmes sur la durée. 

Les superstatoréacteurs (comme celui du Concorde, hybride turboréacteur/statoréacteur) atteignent des vitesses supersoniques.

4. Turbopropulseurs

Les turboréacteurs augmentent leur poussée en éjectant le plus de gaz possible. Ce n’est pas le cas des turbopropulseurs. 

Ceux-ci comptent sur la puissance de rotation d’une hélice, fixée à l’extérieur de l’avion, pour fournir l’essentiel de la poussée. 

Les turbopropulseurs offrent la solution la plus économique pour les vols court-courriers. Ils sont plus efficaces et consomment moins de carburant mais ils sont limités en termes d’altitude et de distance. 

Si vous voulez en savoir plus sur les différents modèles de turbopropulseurs, consultez cette page.

Crédit photo : Wikimedia Commons

5. Turbomoteurs (pour hélicoptères)

Les turbomoteurs ont été conçus pour les hélicoptères. Comme les turboréacteurs, ils sont équipés d’une turbine. 

Les hélicoptères produits aujourd’hui, comme les Dauphin, possèdent une turbine libre. 

Celle-ci va transformer l’énergie cinétique et thermique des gaz d’échappement en énergie mécanique. 

Elle va également permettre aux pales de l’hélicoptère de tourner à une vitesse différente de celle du compresseur et ainsi d’assurer la stabilité de l’appareil.