Un moteur à turbine à gaz utilise un gaz sous pression pour faire tourner une turbine et un compresseur. À l’intérieur du moteur, le carburant est allumé pour augmenter la température et la pression du gaz. Cela amène le gaz à agir sur la turbine à une vitesse plus élevée. Les moteurs à turbine à gaz sont utilisés pour alimenter de nombreux avions et bateaux et ont récemment été utilisés dans certains chars de combat.
Une turbine utilise l’énergie d’un fluide en mouvement pour faire tourner une roue. Le concept de turbine existe depuis de nombreuses années; les moulins à vent et les roues hydrauliques en sont des exemples simples. L’air en mouvement passe au-dessus des pales inclinées d’un moulin à vent, ce qui fait tourner la roue. Les turbines peuvent également être utilisées avec de la vapeur, comme dans le cas de nombreuses centrales électriques. Cependant, la turbine d’un moteur à turbine à gaz utilise de l’air hautement pressurisé pour tourner.
L’ingénieur norvégien Aegidius Elling a obtenu un brevet pour une turbine à gaz en 1884. Son premier modèle de turbine produisant plus d’énergie qu’il n’en consommait a été dévoilé en 1903. La conception d’Elling a verrouillé un compresseur d’air en rotation sur la turbine, une caractéristique largement utilisée aujourd’hui. Il croyait que si des matériaux plus résistants à la chaleur pouvaient être trouvés, le moteur à turbine à gaz pourrait être utilisé pour propulser les avions.
Les principaux éléments d’un moteur à turbine à gaz sont le compresseur, la zone de combustion et la turbine. L’air entre dans le compresseur à une pression normale puis est comprimé. Dans la zone de combustion, un certain type de combustible est brûlé pour augmenter la température et le contenu énergétique de l’air. Le gaz à haute température et haute pression est ensuite forcé de sortir du moteur, faisant tourner la turbine sur sa sortie. Un arbre solide relie le compresseur et la turbine – la rotation de la turbine est utilisée pour faire tourner le compresseur, ce qui rend le moteur dans son ensemble plus efficace.
L’arbre qui relie le compresseur à la turbine peut ou non être utilisé pour alimenter des dispositifs supplémentaires. Dans un turboréacteur, le procédé d’obtention de la poussée consiste à expulser les gaz d’échappement à une vitesse élevée, ce qui entraîne la poussée de l’aéronef vers l’avant. Dans les véhicules qui ne sont pas propulsés par la poussée, l’arbre rotatif peut être utilisé pour effectuer des travaux mécaniques. Le char M1 Abrams de l’armée américaine utilise à cet effet un moteur à turbine à gaz. Dans ce cas, le flux de gaz est utilisé pour faire tourner un arbre qui alimente les bandes de roulement du réservoir.
Un moteur à turbine à gaz présente plusieurs avantages par rapport au type de moteur que l’on trouve dans la plupart des automobiles. Tout d’abord, il a un meilleur rapport puissance / poids. Les moteurs à turbine à gaz sont également plus petits que leurs homologues automobiles pour une puissance donnée. Ces raisons expliquent pourquoi de nombreux hélicoptères et avions utilisent ce type de moteur.