Motorisation

Les moteurs sont l’un des éléments essentiels de l’avion : c’est eux qui produisent la force de poussée (schéma ci-dessous).

Ils fournissent à l’avion la vitesse nécessaire pour se déplacer mais aussi la vitesse nécessaire à un écoulement de l’air sur les ailes suffisant pour créer la dépression qui va soulever l’avion (voir le chapitre aérodynamisme).

1- Deux modèles de moteurs différents

L’A380 est propulsé par 4 réacteurs. Airbus propose aux compagnies clientes deux modèles différents de moteurs :

- les « Rolls Royce Trent 900 » (R.R.Trent 900)

- ou les « Engine Alliance GP7200 » (E.A. GP7200)

Aujourd’hui quand un avionneur propose un modèle d’avion avec deux (ou plus) choix de fournisseurs de moteurs, les spécifications techniques sont très similaires. La poussée spécifique, la consommation, les émissions de gaz et le bruit sont tous dans une fourchette assez serrée. Mais de nos jours, la principale différence se fait sur :

Le coût d’exploitation, qui prend en compte le prix d’achat, mais surtout les coûts des intervalles d’entretien.
Les suivis de flotte personnalisée (suivi détaillé par le producteur du moteur des problèmes des moteurs de la flotte du client).
Les disponibilités de moteurs de rechange (avoir plus ou moins vite un moteur de rechange en cas de besoin).
L’homogénéité de la flotte du client (pour la gestion des pièces, avoir des moteurs d’un même fournisseur est parfois plus simple voir même plus économique).

2- Le turboréacteur de l'A380

L'A380 est, comme nous le savons, un avion novateur. Parmi ces innovations, il y a le turboréacteur qui remplace le réacteur basique des avions long courriers de l'époque.

Un turboréacteur est composé en 3 parties : le compresseur, la chambre de combustion et la tuyère.

Lorsque le moteur est en marche, l’air entre dans le compresseur : comme son nom l’indique, celui-ci comprime l’air par un système d’ailette en mouvement (visible au ralenti ci-dessous). A la sortie du compresseur l’air est à 500°C à cause de la compression.

Sur l’A380, 2 compresseurs axiaux sont présents : le premier est un compresseur à basse pression (8 étages) et le second est un compresseur haute pression (6 étages). Ils sont tous deux entrainés par une turbine 1 étage chacun.

(Les couleurs correspondent au schéma ci-dessous.)

Plan des RR Trent 900

En bleu ciel sont représentés le chemin où passe l'air.

(nous prenons comme exemple le RR Trent 900 car c'est le seul dont nous avons des plans, mais il est tout a fait similaire au EA GP 7200)

Une fois sous haute pression et haute température, cet air entre ensuite dans la chambre de combustion. Par intermédiaire de trous, l’air rencontre le kérosène en combustion dans différentes zones en fonction des températures comme il est expliqué dans le schéma ci-dessous. Cette étape permet d’accélérer les gaz de combustion vers la tuyère.

La tuyère permet à l’air de sortir à une vitesse extrême. Elle a une forme de cône, pour que l’air sortant de la chambre de combustion n’ait qu’un petit trou pour se dégager. Il se passe la même chose que lorsque vous soufflez dans la partie la plus grande d’un entonnoir. C’est cette sortie d’air à grande vitesse qu’on appelle la poussée.

Un avion de ligne a besoin de faire de longue distance avec des réservoirs limités, il faut donc consommer le moins de carburant possible. C’est pour cela que sur les turboréacteurs d’un avion de ligne, nous avons des fonctionnalités supplémentaires. Nous appelons ces turboréacteurs : « Turbofan ».

La soufflante est une partie d’un turboréacteur qui est omniprésente sur les Turbofan. Il s’agit de l’énorme hélice qui est placée devant le compresseur. Celle-ci sert à absorber une quantité plus importante dans le moteur. Sur les RR Trent 900, elle est entrainée par une turbine 5 étages située après les turbines des compresseurs. Elle est l’un des facteurs principaux de la puissance d’un Turbofan : plus elle est grande, plus l’air traité est important, plus le moteur est puissant. C’est pour cela que la soufflante les moteurs de l’A380 ont un diamètre de 2,95 m. ce diamètre lui permet d’avaler 1,25 tonne d’air par seconde.

Soufflante des RR Trent 900

Sur les Turbofan, la soufflante entraine l’air vers 2 chemins différents appelés aussi flux : le flux d’air primaire est celui qui passe par la partie centrale du moteur (compresseur, chambre de combustion, tuyère) ; et le flux d’air secondaire est celui qui passe autour de la partie axiale du moteur : la soulante accélère l’air qui passe par ce flux. Cette partie du moteur représente environ 80 % de la poussée. Mais on ne peut pas se reposer seulement sur ce fonctionnement car il dépend de la soufflante qui dépend elle-même de sa turbine qui participe au fonctionnement du flux d’air primaire.

C’est aussi grâce à ce fonctionnement que l’on peut utiliser une autre fonctionnalité du Turbofan qu’on appelle l’inverseur de poussée. Il s’agit d’une ouverture possible entre le flux d’air secondaire du réacteur et l’extérieur poussant l’air à changer de sans lorsque celui-ci est ouvert (schéma ci-dessous).

Ce système est utilisé comme système de freinage lors de l’atterrissage en plus des trains d’atterrissage. Sur un A380, seul les moteurs numéros 2 et 3 en sont équipés car celons les ingénieurs de l’avion 2 inverseurs de poussées sont suffisant au freinage de l’A380.

Numérotation universel des moteurs de l'A380

Toute cette chaîne se répète à une vitesse inimaginable !!

3- La fabrication

A- Matériaux soumis à de hautes températures :

Un turboréacteur est un objet d’une complicité extrême : en vue des hautes températures et des hautes pressions, il est nécessaire que les pièces soient faites avec des matériaux solides et qui résistent à de grandes températures.

Les matériaux utilisés sont donc des alliages d’aluminium ou titane selon leur résistance mécanique aux efforts. Pour adresser la résistance thermique, les pièces dans la chambre de combustion ou les turbines qui sont soumises à des températures extrêmes sont recouvertes par des revêtements de protection thermiques faits en céramique ou de différents oxydes. En plus, un système de «vaisseaux» de ventilation et micro-trous dans la surfaces de ces pièces créent une pellicule d’air froid (pas vraiment froid, mais un peu plus froid que l’aire autour) qui protègent encore plus les pièces en partie chaude du moteur (image ci-dessous).

B- Conception pour limiter le bruit

Nous savons tous que les avions sont très bruyants, et que ce soit pour les passagers ou pour les personnes habitant près des aéroports, les ingénieurs se doivent de limiter ce bruit.

Sur un avion, les principales sources de bruit sont les réacteurs et plus précisément 2 parties de ceux-ci : la soufflante et la tuyère.

Pour la soufflante, c’est le fait que les pales « découpent » l’air à une grande vitesse qui produit un bruit important. Sur l’A380, les ingénieurs ont joué avec le nombre d’aubes (=pales), leur géométrie, ainsi que leur revêtement. C’est pour cela que les soufflantes des moteurs de l’A380 sont composés de 24 aubes en titane.

Pour encore plus limiter le bruit de la soufflante, une paroi acoustique est présente tout autour de celle-ci.

La tuyère est un point important au niveau du bruit car c’est la rencontre entre le jet de gaz chaud qui sort de celle-ci et l’air ambiant (donc froid) qui fait du bruit. Il est donc important pour les ingénieurs de trouver une ouverture favorable à une rencontre le moins bruyant possible entre les gaz chaud et l’air ambiant. Mais il est donc aussi important de soigner le design de la tuyère pour permettre une vitesse de sortie favorable à une bonne poussée sans influencer la rencontre entre les gaz chaud et l’air ambiant.

Tuyère des RR Trent 900

4- Consommation et Autonomie

En améliorant le cycle de la combustion, la modernisation des moteurs permet de réduire les gaz à effet de serre. Sur 100 km, l’A380 consomme environ 3L par passager, soit la moitié moins que sur les premiers Airbus et 1L de moins que sur les Boeing B-747. Grâce à une consommation réduite et à un réservoir de 256 m3 de kérosène, l’A380 a une autonomie de 15 200 km soit 5 900 de plus que son grand rival de Boeing 747.

5- Le vol "Qantas 32"

Le vol Quantas 32 est le seul vol au cours duquel l’A380 a pu avoir un gros problème. En voici les détails :

Le 4 novembre 2010, un A380 de la compagnie australienne Quantas fait escale à Singapour lors d’un vol reliant Londres à Sydney. L’avion décolle à 9h57 heure locale avec à son bord 440 passagers. Le commandant Richard De Crespigny, ancien pilote de chasse est accompagné de son copilote Matt Hicks pour piloter ce vol.

Mais 4 petites minutes après le décollage, le moteur numéro 2 explose engendrant un grand nombre de pannes. L’explosion perfore l’aile et endommage le système hydraulique des volets ainsi que certains systèmes électriques de commande. La perforation de l’aile a aussi provoqué une légère fuite de carburant. Mais malgré ces nombreuses défaillances techniques, grâce à l’expérience des pilotes et aux systèmes de secours de l’A380, le commandant De Crespigny a réussi à poser l’avion et ses occupants intacts sur le tarmac de Singapour.

Après des enquêtes, nous avons découvert qu’un défaut de fabrication d’un tuyau de d’huile

Ce tuyau de raccord d’huile a un côté bien plus mince que l’autre (0,35 mm soit quelques feuilles de papier). Ce tuyau s’est cassé au niveau de la chambre de combustion ; l’huile de ce tuyau qui s’est infiltré dans la chambre de combustion a provoqué une surchauffe de celle-ci et donc l’explosion du moteur.

Suite à cet accident, Rolls Royce a pris la responsabilité de réparer tous les moteurs ayant ce défaut de fabrication (soit 36 moteurs).

C’est le seul accident qu’ait connu un A380.

6- En cas de panne

La panne électrique complète constitue une situation extrêmement critique sur les avions les plus modernes, sur lesquels ne subsiste plus aucun lien mécanique entre les commandes de vol et les gouvernes : pour l'heure, exclusivement les appareils militaires, avions ou hélicoptères de dernière génération, les Airbus et le dernier modèle de Boeing, le B-787. L'ensemble des ordres sont en effet transmis par des circuits électriques à des moteurs, des « actuateurs » aux gouvernes.

Plusieurs sources produisent de l'électricité à bord - chacun des moteurs, ainsi que l'APU (le petit réacteur auxiliaire) - et les batteries en conservent en réserve. La panne totale est donc estimée comme statistiquement impossible. Mais les règles de sécurité en vigueur au sein de l'aviation commerciale exigent que toute panne possible, même avec une occurrence proche de zéro, possède sa parade. Cette parade s'appelle la RAT, Ram-Air Turbine. Une petite hélice sort sous le fuselage et tourne en moulinet, entraînée par le déplacement de l'avion dans l'air. Cette éolienne fait tourner une pompe hydraulique qui fournit de la pression pour les circuits hydrauliques et en parallèle, entraîne une génératrice électrique. Cela permet de disposer de la puissance de secours nécessaire en cas de détresse. Ainsi, si les cinq sources principales de production d'électricité d'un A38o devaient être simultanément défaillantes, il serait encore possible de le piloter.

Même l'imprévisible doit être prévu. C'est dans le même esprit que des essais de décollage avec seulement deux moteurs ont eu lieu. S'il est exclu pour le transport de passagers d'envisager des décollages avec l'un des quatre moteurs hors service, ou la panne simultanée de deux moteurs pendant un décollage, en revanche, des décollages n'utilisant que trois moteurs ont été réalisés dans l'hypothèse du convoyage d'un A38o qui serait éloigné de sa base et dont l'un des moteurs ne serait plus en état de fonctionner. Les moteurs de l'A38o sont si gros que peu d'avions sont en mesure d'en transporter pour les remplacer ; cela constitue en outre un très important travail. Pour éviter d'immobiliser l'avion longtemps, le convoyage est possible, comme l'ont prouvé les essais, mais sans passagers à bord bien sûr.

Dans cette configuration à trois moteurs, l'essai consiste à en arrêter un second au cours du décollage et après la vitesse critique, ce qui conduit à n'en plus disposer que de deux. La panne est notamment envisagée avec deux moteurs demeurant en marche et situés sur le même côté de l'avion, aucun ne fonctionnant plus sur l'autre côté, situation critique s'il en est. Ce test a permis de valider l'autorisation de tels convoyages sous réserve qu'ils soient préparés selon des règles bien établies : un confort pour les compagnies aériennes.

CONCLUSION

Ces innovations technologiques permettent aux moteurs de développer une puissance d’environ 310 kN chacun soit un équivalent de 1 600 Renauld Clio, et une puissance total d’environ 1200 kN soit environ 6 400 Clio.

Cette puissance permet à l’A380 d’avoir une vitesse de croisière de Mach 0,85 (Mach 1 = Vitesse du son) soit 903 Km/H. Des résultats à la hauteur des attentes en vue de sa taille et de son poids.

Son expérience, sa sécurité, ses consommations et ses performances permettent de monter que c’est un avion fiable, performant et sécurisé et apte à concurrencer l’apprécié Boeing 747 d’un point de vue motorisation.