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TURBINES À GAZ

Les turbomachines, moteurs industriels, sont essentiellement caractérisées par le fait que la puissance mécanique résultant de la transformation de l'énergie hydraulique (turbines à eau) ou thermique (turbines à gaz et turbines à vapeur) est délivrée de façon continue par l'action d'un fluide à énergie élevée sur les ailettes, ou aubes, de une ou de plusieurs roues. Elles se distinguent donc des moteurs alternatifs, dont la mise au point et le développement ont précédé les leurs de près d'un demi-siècle et où l'action du fluide moteur donne lieu au déplacement rectiligne, à course limitée, de pistons dans un ou plusieurs cylindres, ce mouvement linéaire alternatif étant ensuite transformé en mouvement circulaire par des transmissions mécaniques (système bielle-manivelle). Depuis les années 1970 et à la suite du développement des technologies correspondantes, les turbines ont progressivement remplacé les moteurs alternatifs dans la plupart de leurs applications (moteurs d'avions, centrales électriques, moteurs pour locomotives, compresseurs industriels) ; les moteurs pour véhicules routiers (moteurs à « explosion » et diesels) constituent pour l'instant les seuls domaines réservés des moteurs à pistons malgré des travaux de recherches pour l'utilisation de la turbine à gaz.

Historique

L'idée d'une turbine à gaz à combustion interne, ou d'une turbine à air chaud, est assez ancienne. Dès 1731, l'Anglais John Barber déposa un brevet sur ce sujet. Cependant, il fallut attendre environ cent ans avant que la turbine à gaz ne prenne son essor. Son développement fut longtemps retardé par le succès de la turbine à vapeur (turbine à action de Gustave Laval en 1883 et turbine à réaction de Charles Parsons en 1884). L'intérêt pour la turbine à gaz conduisit à une activité fiévreuse de dépôts de brevets entre 1880 et 1900 et à de nombreuses expériences entre 1900 et 1910.

Les principaux projets de recherche durant cette période sont l'œuvre des personnalités suivantes :

– L'Allemand Stolze proposa une turbine à air chaud comportant un compresseur axial multi-étage et une turbine axiale (1900-1904), mais la machine ne tourna jamais.

– L'Allemand Holzwarth proposa (1906-1908) une turbine à gaz à explosion. Celle-ci fut construite par Koerting puis par Brown Boveri (1909-1913). Elle était équipée de deux étages de turbine Curtis suivant une configuration proposée par le Français Karovadine (1906). Le système fut abandonné en 1928.

– Les Français Armangaud et Lemale proposèrent la turbine à gaz à combustion interne (1903-1905) comprenant un compresseur radial, une roue de turbine à action, un réfrigérant à eau placé à l'aval et permettant de produire de la vapeur (le principe de la cogénération turbine à gaz-turbine à vapeur était énoncé). Étant dirigée sur la roue mobile, cette vapeur conduisait à l'obtention d'une puissance supplémentaire. Cependant, les chocs thermiques endommagèrent les disques et les aubes de la turbine, et le projet fut abandonné en 1909 avec le décès d'Armangaud.

– Comme l'Américain Sanford Moss, le Norvégien Aegidius Elling utilisa, en 1903, les mêmes principes qu'Armangaud et Lemale, mais indépendamment de leurs travaux. Au lieu d'envoyer directement la vapeur sur les aubes de turbine, celle-ci était mélangée préalablement avec le courant de gaz avant d'entrer dans la roue. Les chocs thermiques étaient ainsi annulés. Le système fut amélioré d'abord en 1904, puis entre 1924 et 1932. Les principales idées d'Aegidius Elling étaient très saines et servirent de base pour la technologie des turbines à gaz modernes. La première turbine à gaz industrielle opérationnelle fut construite en 1930.

Dans le domaine aéronautique, il fallut attendre 1921 pour trouver[...]

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Écrit par

  • : chef de division de recherche à l'Office national d'études et de recherches aérospatiales, Châtillon
  • : ingénieur chargé de mission turbines à gaz, O.N.E.R.A., professeur de turbomachines à la fondation E.P.F.

Classification

Pour citer cet article

Jean FABRI et Yves RIBAUD. TURBINES À GAZ [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )

Article mis en ligne le et modifié le 14/03/2009

Médias

Turbine à gaz : coupe schématique - crédits : Encyclopædia Universalis France

Turbine à gaz : coupe schématique

Turbine à gaz à cycle simple - crédits : Encyclopædia Universalis France

Turbine à gaz à cycle simple

Turboréacteur - crédits : Encyclopædia Universalis France

Turboréacteur

Autres références

  • CHEMINS DE FER

    • Écrit par , et
    • 12 423 mots
    • 10 médias
    Une rame prototype (T.G.V. 001) àturbines à gaz entraînant une transmission électrique, qui permettait, vu les craintes à l'époque concernant l'adhérence, de répartir l'effort de traction sur un grand nombre d'essieux, fut mise en service fin 1971. Composée de deux motrices et trois remorques entièrement...
  • NAVIRES - Navires de guerre

    • Écrit par , , , et
    • 12 471 mots
    • 10 médias
    Les années 1970 voient le développement de la propulsion par turbines à gaz (reprenant les turbopropulseurs des avions) qui supplante les turbines à vapeur, sauf pour certains très gros navires équipés alors d'une chaudière nucléaire.
  • PROPULSION AÉRONAUTIQUE

    • Écrit par
    • 7 141 mots
    • 5 médias
    Le turboréacteur résulte de l'utilisation d'une turbomachine à des fins de propulsion et comporte les mêmes constituants principaux que la turbine à gaz (cf. turbines à gaz), à savoir un compresseur, une chambre de combustion et une turbine. Le cycle désigne l'ensemble des transformations...
  • PROPULSION NAVALE

    • Écrit par , , et
    • 4 776 mots
    • 1 média
    Même si ce sont principalement les grands navires de combat qui sont équipés de ce type de propulsion, l'emploi de la turbine à gaz tend à se répandre dans la marine marchande, en raison de ses avantages en termes de masse et de concept d'entretien (entretien par échange standard de modules,...