Depuis l’envol du premier avion, le Flyer 1, que les frères Wilbur et Orville Wright ont inventé en 1903, le moteur à hélices a toujours été présent dans l’histoire de l’aéronautique et aujourd’hui encore il constitue une solution optimale pour propulser des avions aussi modernes que l’A400M.
Pour certaines utilisations, les moteurs à hélice présentent des avantages par rapport aux turboréacteurs, et ils sont toujours employés de nos jours.
Le moteur à hélices se base sur le principe de Bernoulli selon lequel, en faisant tourner une paire de pales à la surface courbe, on obtient une force de poussée perpendiculaire due à la différence de pression. Sur les hélicoptères, cette force s’applique à la verticale, pour vaincre la gravité ; sur les avions, l’horizontale est mise à profit pour créer une portance au niveau des ailes, force qui permet de soutenir l’avion dans les airs. Dans le cas de l’autogire, la fonction du moteur est semblable à celle de l’avion, mais cet article a pour objet l’utilisation des moteurs à hélice dans les avions proprement dits.
La plupart des avions possèdent entre un et quatre moteurs. Un plus grand nombre serait étrange, car plus le nombre de moteurs est important, plus la consommation est élevée. Les hélices, quant à elles, peuvent contenir un nombre de pales variable (en général 2, 3, 4, 5, 6 ou 8). Les moteurs les font tourner dans le même sens (dextrogyre), mais il existe des appareils dont les moteurs tournent en sens contraires, comme l’A400M, où l’efficacité est plus importante, mais aux dépens d’une plus grande complexité technique.
La portance étant liée à la poussée, les appareils doivent, par définition, être rapides dans le sens longitudinal. Le Flyer 1, que nous avons déjà cité, volait à la vitesse non négligeable de 48 km/h. Le rythme effréné de l’innovation mené par les premiers ingénieurs a permis d’accroître rapidement la vitesse maximale des aéronefs ; ainsi, en 1910, le premier vol commercial atteignait les 100 km/h et, au cours de la Première Guerre mondiale, les avions volaient à 250 km/h. C’est au cours de cet événement qu’il a fallu monter des armes à feu sur les avions. À l’époque, l’hélice était à l’avant de l’avion et les balles devaient passer au travers. Dans la solution adoptée par les forces alliées, les pales étaient munies de déflecteurs afin de résister aux impacts ; les Allemands, quant à eux, avaient inventé une méthode plus élaborée, qui consistait en un mécanisme de synchronisation entre la rotation des pales et le tir.
La fin de la guerre vit la construction d’avions de course, dont la seule intention était d’établir, et de battre, des records de vitesse. On peut citer les avions Curtiss, qui atteignaient les 430 km/h en 1923 et celui d’Howard Hughes, un magnat excentrique, qui est parvenu à 566 km/h en 1935 sur un appareil de son invention. Curieusement, les pointes de vitesse ont ensuite été battues par des hydravions, qui sont montées à 700 km/h, même si à quelques mois du début de la Seconde Guerre mondiale, l’avion expérimental Me 209 a établi un record à 755 km/h, qui est resté en vigueur pendant plusieurs décennies.
Pendant la guerre, des moteurs à réaction furent mis au point, dans le but d’augmenter la vitesse maximale disponible et les 800 km/h furent dépassés. Les moteurs à hélice, qui jusqu’à présent utilisaient des technologies à pistons, profitèrent de cette nouvelle technique, donnant ainsi naissance aux turbopropulseurs, qui existent toujours aujourd’hui.
Dans tous les cas, la limitation des moteurs à pales vient du fait qu’ils ne sont plus efficaces en atteignant la vitesse du son. Il est en tout cas encore possible d’améliorer un peu les prestations à l’aide de pales à contre-rotation, où l’on place deux hélices l’une derrière l’autre et on les fait tourner en sens contraires. On arrive ainsi à améliorer l’efficacité de 15 %. Grâce à cette technique, l’avion russe Tupolev Tu-95 détient le record de vitesse des avions à hélices, avec 920 km/h.
Malgré cette restriction, pour certaines utilisations, les moteurs à hélice présentent des avantages par rapport aux turboréacteurs, et ils sont toujours employés de nos jours. Ils permettent par exemple d’obtenir une grande puissance dès le début du décollage, ce qui permet d’envisager des pistes plus courtes, une condition idéale pour les avions militaires. Ils consomment moins de carburant sur des distances courtes, car les turboréacteurs sont plus efficaces lorsqu’ils atteignent une altitude et une vitesse plus importantes.
La prochaine fois que vous volerez dans un avion à hélice, souvenez-vous que, bien qu’issus d’une longue histoire, leur technologie est toujours valide et pratique ; profitez de votre voyage !
