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Un moteur Rolls-Royce RB211 équipant les Boeing 747 de la Lufthansa.

Vue frontale d'un moteur General Electric GE90 monté sur un Boeing 777.

Un moteur à réaction est un moteur destiné à la propulsion de véhicule (majoritairement aérien). Le principe de base repose sur la projection d'un fluide (gaz ou liquide) vers l'arrière ; par réaction, il transmet une poussée au véhicule, de force égale et de direction opposée, vers l'avant^[1].

Le rapport poids/puissance très favorable de ce type de motorisation lui ouvre de nombreuses applications dans les secteurs aéronautiques et spatiaux^[1], et marins (hydrojet).

Propulsion à réaction |

La propulsion à réaction est fondée sur le principe d'action-réaction formulé par Isaac Newton. La conservation de la quantité de mouvement du système global (véhicule + matière éjectée) implique que l'éjection de matière vers l'arrière fait avancer le véhicule. Le recul d'une arme à feu peut être assimilé a une forme de propulsion à réaction.

Il existe deux grands types de propulseurs à réaction, en fonction de l'origine de la matière projetée en arrière :

• ceux qui projettent une matière provenant du corps de l'engin : moteur-fusée, propulsion électrique, propulsion photonique, etc., et tous les moteurs à réaction anaérobies ;


• ceux qui utilisent un fluide préalablement absorbé par le véhicule, à l'avant, et accéléré, avant d'être projeté vers l'arrière ; les différents types de moteurs à réaction (ou plus simplement réacteurs) : turboréacteur, statoréacteur, superstatoréacteur et tous les moteurs à réaction aérobies ainsi que les hydrojets.

Analyse physique |

La force propulsive (appelée dans ce cas poussée) est la dérivée temporelle de la quantité de mouvement (seconde loi de Newton) :

F→=d(MV→)dt=−d(mv→)dt{displaystyle {vec {F}}={mathrm {d} (M{vec {V}}) over mathrm {d} t}=-{mathrm {d} (m{vec {v}}) over mathrm {d} t}}

où :

• 
  F→{displaystyle {vec {F}}!} est le vecteur force résultant sur le véhicule ;


• 
  M{displaystyle M!} et V→{displaystyle {vec {V}}!} sont la masse du véhicule et son vecteur vitesse ;


• 
  m{displaystyle m!} et v→{displaystyle {vec {v}}!} sont la masse éjectée et sa vitesse ;


• 
  t{displaystyle t!} est le temps.

On peut en pratique trouver des formes simplifiées de cette formule ; par exemple, pour un réacteur d'avion (en négligeant la masse de carburant consommée, très faible par rapport à la masse d'air brassée), elle devient :

Fpoussée=m˙×(vsortie−ventrée){displaystyle F_{text{poussée}}={dot {m}}times (v_{text{sortie}}-v_{text{entrée}})}

où :

• 
  m˙{displaystyle {dot {m}}} est le débit massique de l'air passant dans le moteur, le débit du carburant étant négligeable (kg/s) ;


• 
  vsortie{displaystyle v_{text{sortie}}} est la vitesse de sortie des gaz de la tuyère (m/s) ;


• 
  ventrée{displaystyle v_{text{entrée}}} est la vitesse d'entrée des gaz dans le moteur (m/s).

En termes d'énergie, le travail fourni par la poussée est d'autant plus productif que la vitesse du véhicule est grande et celle de l'éjectat faible (par rapport au point de départ, dont on cherche à s'éloigner). L'idéal étant que l'éjectat fasse du surplace (toute l'énergie étant alors transférée au véhicule) ; ce qui implique d'adapter en permanence la vitesse d'éjection à celle du véhicule. Ceci étant en pratique impossible, chaque moteur aura son régime de fonctionnement optimal, adapté à la vitesse de croisière du véhicule.

Types |

Domaine de vol (vitesse en mach) et rendement (Impulsion spécifique) des différents types de moteurs à réaction.

Dans le cas le plus courant, le gaz expulsé est le résultat d'une réaction chimique contrôlée produisant un gaz à haute température qui, en se détendant dans le moteur, acquiert une grande vitesse (plus la vitesse est importante, plus la poussée est forte).

L'éolipyle de Héron d'Alexandrie est l'ancêtre des moteurs de ce type (le gaz éjecté est ici de la vapeur d'eau). Au milieu du XVIII^e siècle, le mathématicien autrichien Segner étudia un tourniquet hydraulique reposant sur le même principe de la réaction, mais exploitant une chute d'eau : sa machine annonce les turbines hydrauliques du XIX^e siècle, qui à leur tour inspireront le concept de turbomoteur.

De manière générale on peut séparer ce type de motorisation en trois catégories :

Moteur aérobie |

Les moteurs aérobies utilisent le dioxygène de l'air comme comburant ou oxydant dans une réaction chimique. Ils ne peuvent être utilisés que dans l'atmosphère terrestre. Dans cette catégorie on trouve :

• le turboréacteur ;


• le statoréacteur ;


• le superstatoréacteur ;


• le pulsoréacteur et moteur à ondes de détonation pulsées.

Moteur anaérobie |

Les moteurs anaérobies emportent le comburant et le carburant de la réaction chimique. Cela leur permet ainsi de pouvoir fonctionner en dehors de toute atmosphère. Dans cette catégorie figurent notamment les moteurs-fusées, utilisés, comme leur nom l'indique, dans les fusées, mais aussi dans les missiles, les lanceurs spatiaux, ainsi que dans les satellites et certaines des sondes spatiales. On distingue :

• les propulseurs à carburant solide (propergol) : les propulseurs à poudre, utilisés dans les boosters de certaines fusées ;


• les propulseurs à carburant liquide (ergol) ;


• les propulseurs à carburant hybride (lithergol).

Moteur non chimique |

D'autres moteurs utilisent une réaction non chimique pour la production de poussée. Bien que leur puissance reste souvent modeste, leur impulsion spécifique I_sp (plus cette dernière est grande, et moins le propulseur consomme) est bien plus importante que celle des moteurs chimiques^[2]. Ceux-ci procurent une accélération constante de très longue durée (permettant paradoxalement d'atteindre de grandes vitesses après une longue accélération). Ils sont utilisés pour la propulsion de sondes ou de véhicules interplanétaires.
Ils sont basés sur des aspects fondamentaux de la physique. On y trouve trois types de moteurs :

• ceux faisant appels à l'électrodynamique comme le moteur ionique qui peut être à grille ou à effet Hall ;


• ceux faisant appels aux propriétés des photons comme le moteur photonique (voile solaire) ;


• ceux faisant appels aux propriétés des réactions nucléaires, la fission et (théoriquement au moins) la fusion nucléaire dans le moteur atomique.

Les propulseurs de type VASIMR font appel aux trois aspects de la propulsion électrique.

Notes et références |

Voir aussi |

Articles connexes |

• Voir l'histoire du développement des premiers moteurs à réaction dans les articles consacrés à leurs concepteurs :
  
  
  
  • France : René Lorin
    
  
  
  • Roumanie : Henri Coandă
    
  
  
  • Allemagne : Hans von Ohain, Wernher von Braun
    
  
  
  • Angleterre : Frank Whittle
    
  
  
  • Italie : Campini Caproni CC1 et CC2
  
  
  
  


• 
  Propulsion électrique et ionique
  


• 
  Turboréacteur • Statoréacteur • Superstatoréacteur
  

v · m Moteurs à combustion interne
Fournissant un couple sur un arbre	Moteur à explosion : à gaz, à allumage commandé, à deux temps, à quatre temps, à pistons rotatifs à battement contrôlé, Diesel et Wankel Turbine à gaz : Turbopropulseur et Turbomoteur
Moteur à réaction	Aérobie : moteur à ondes de détonation pulsées, Pulsoréacteur, Turboréacteur, Statoréacteur, Superstatoréacteur Anaérobie : Moteur-fusée

v · m Moteur à réaction
Moteur aérobie	.mw-parser-output .sep-liste{font-weight:bold} Moteur à ondes de détonation pulsées • Pulsoréacteur • Soufflante non-carénée • Statoréacteur • Superstatoréacteur • Turbomoteur • Turbine à gaz • Turbopropulseur • Turboréacteur • Turbosoufflante • Turbosoufflante à engrenages • Soufflante non-carénée • Aircraft Nuclear Propulsion
Moteur anaérobie	Tuyère aerospike • Hydrojet • Moteur-fusée • Moteur-fusée à ergols liquides • Propulsion à propergol solide • Propulsion ionique • Statofusée
Moteur non chimique	Moteur atomique • Moteur à plasma • Propulsion électrique • Propulsion nucléaire thermique • Voile solaire

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