Une turbine à gaz est un moteur à combustion rotatif qui convertit l’énergie potentielle du gaz, plus l’énergie cinétique de l’air en mouvement, en une énorme quantité d’énergie qui fait tourner un arbre de sortie, effectuant un travail réel. Il existe de nombreux types de moteurs à turbine, dont certains sont très familiers à la plupart des gens et d’autres peuvent surprendre. Par exemple, une éolienne est une turbine classique très simple, et les moteurs à vapeur sont également des moteurs à turbine. D’autre part, le char de combat principal de l’armée américaine, le M1A1 Abrams, est également propulsé par un moteur à turbine à gaz.
Peut-être que l’utilisation du moteur à turbine à gaz que la plupart des gens connaissent est la propulsion à réaction – le moteur à réaction à turbine à gaz. Ce moteur massif illustre l’un des grands avantages du moteur à turbine à gaz – il a un rapport puissance/poids qui est de loin supérieur à l’autre type de moteur principal disponible : le moteur alternatif, comme un moteur diesel, qui exploite l’énergie alternative de plusieurs pistons. D’autre part, les moteurs à turbine à gaz sont beaucoup plus coûteux à construire et à utiliser que les moteurs à pistons de taille comparable, ce qui rend leur utilisation d’un coût prohibitif pour une utilisation dans des applications de consommation moyenne telles que les automobiles.
Un moteur à turbine à gaz se compose de trois composants principaux, tous construits autour d’un arbre central : un compresseur, une zone de combustion et la turbine elle-même, le tout enfermé de manière à pouvoir augmenter la pression. L’air est aspiré dans le compresseur par les pales du ventilateur sur l’arbre et forcé sous pression dans la zone de combustion. Le carburant – le plus souvent du kérosène, du propane ou du gaz naturel – est injecté sous pression dans la chambre de combustion et enflammé, augmentant considérablement la température, qui à son tour augmente la pression dans la chambre de combustion. Ce gaz sous pression est refoulé sur plusieurs ailettes sur l’arbre de la turbine, le faisant tourner et transmettre la puissance aux roues du réservoir ou aux rotors d’hélicoptère. Une fois passé sur les ailettes de la turbine, le gaz épuisé est évacué, bien que certains moteurs à turbine à gaz aient des dispositions pour capturer et réutiliser une partie de l’énergie thermique dans les gaz d’échappement.
Un moteur à turbine à gaz d’avion fonctionne un peu différemment. Bien que la construction reste fondamentalement identique, l’arbre de la turbine n’existe qu’à l’intérieur du moteur lui-même, car il n’y a pas de destination extérieure vers laquelle transmettre la puissance générée par la turbine. Au lieu de cela, le travail principal de l’arbre de la turbine est de faire tourner le ventilateur du compresseur. Le travail du moteur est effectué par la force du gaz pressurisé et chauffé quittant l’arrière du moteur, fournissant une poussée, qui force le carter du moteur vers l’avant avec l’avion auquel il est attaché.