Thermodynamique
Le moteur radial, des cylindres en étoile autour d'un seul vilebrequin
Regardez un avion des années 1930 de face : derrière l'hélice, une couronne de cylindres hérissés d'ailettes. Pendant trente ans, le moteur en étoile a été le cœur de l'aviation, des avions postaux aux avions de ligne. Sa mécanique se lit d'un seul regard.
Une étoile de cylindres
Dans un moteur de voiture, les cylindres sont alignés les uns derrière les autres, ou disposés en V. Dans un moteur radial, ils rayonnent autour du vilebrequin comme les branches d'une étoile, tous dans le même plan. Le moteur est court, compact, presque plat, et chaque cylindre se présente de face au vent.
Pour l'aviation, cette disposition a trois atouts. Le moteur est léger pour sa puissance : un seul carter et un vilebrequin très court servent tous les cylindres. Il est robuste. Et surtout, il se refroidit tout seul : l'air poussé par l'hélice frappe directement les cylindres, hérissés d'ailettes, sans radiateur, sans pompe, sans liquide qui pourrait fuir au premier choc.
Les premiers pas : de Manly aux moteurs rotatifs
L'un des tout premiers moteurs d'avion est déjà un radial. Au début des années 1900, l'ingénieur américain Charles Manly construit un cinq-cylindres en étoile, refroidi par eau, pour l'Aérodrome de Samuel Langley. Le moteur est remarquable, l'avion beaucoup moins : il plonge dans le Potomac en décembre 1903, neuf jours avant le premier vol des frères Wright.
Quelques années plus tard, les frères Seguin lancent le Gnome, un moteur rotatif : le vilebrequin est fixé à l'avion, et ce sont les cylindres eux-mêmes qui tournent avec l'hélice. L'idée paraît folle, mais le moteur se refroidit parfaitement. Pendant la Première Guerre mondiale, les rotatifs équipent une foule de chasseurs. Leur masse en rotation agit comme un énorme gyroscope : certains avions viraient bien plus vite d'un côté que de l'autre.
L'âge d'or : 1920-1950
Le moteur rotatif plafonne vite : au-delà d'une certaine puissance, faire tourner tout le moteur devient intenable. Dans les années 1920, le radial fixe prend le relais, avec des cylindres immobiles. En 1927, un neuf-cylindres Wright Whirlwind propulse le Spirit of St. Louis de Charles Lindbergh pour la première traversée de l'Atlantique en solitaire et sans escale. À la fin de la décennie, un capot profilé mis au point aux États-Unis par le NACA réduit fortement la traînée de ces moteurs, tout en améliorant leur refroidissement.
Les radiaux équipent alors les avions de ligne, comme le Douglas DC-3, les hydravions, les bombardiers. Pour gagner en puissance sans augmenter le diamètre, les constructeurs empilent les étoiles : deux rangées, puis quatre. Le Pratt & Whitney R-4360 aligne ainsi vingt-huit cylindres, en quatre étoiles de sept. Après 1950, le réacteur prend la relève, mais le radial vole toujours, sur des avions anciens, agricoles ou de voltige.
Un seul maneton pour tous les pistons
Le défi mécanique du radial tient en une question : comment relier cinq pistons, ou neuf, à un vilebrequin qui n'a qu'un seul maneton par étoile ? La réponse s'appelle la bielle maîtresse. Un seul piston rejoint le maneton par une bielle classique, plus massive que les autres. Sur la tête de cette bielle, tout autour du maneton, s'articulent les biellettes de tous les autres cylindres.
Quand le vilebrequin tourne, la tête de la bielle maîtresse décrit un cercle et entraîne avec elle toutes les biellettes. Chaque piston monte et descend à son tour dans son cylindre. Comme les biellettes ne sont pas fixées exactement sur le maneton mais à côté, leurs pistons n'ont pas tout à fait la même course : un écart que les ingénieurs savent compenser dans le dessin des pièces.
Pourquoi toujours un nombre impair
Comptez les cylindres d'un radial à une rangée : cinq, sept, neuf. Presque jamais un nombre pair. La raison tient au cycle à quatre temps : admission, compression, explosion, échappement. Chaque cylindre ne produit une explosion qu'une fois tous les deux tours de vilebrequin.
Pour que le moteur tourne rond, il faut des explosions régulièrement espacées. Avec un nombre impair de cylindres, la solution est élégante : on allume un cylindre sur deux. Sur un cinq-cylindres, l'ordre est 1-3-5-2-4. Au premier tour, les cylindres 1, 3 et 5 ; au second, les cylindres 2 et 4. Une explosion tous les 144 degrés de vilebrequin, parfaitement régulière. Avec un nombre pair, sauter un cylindre sur deux ramènerait toujours aux mêmes, et l'autre moitié ne travaillerait jamais au bon moment.
Les soupapes : un chef d'orchestre au centre
Reste à ouvrir et fermer deux soupapes par cylindre, au bon moment, pour cinq cylindres répartis tout autour du moteur. Sur un radial, ce travail revient à un plateau à cames qui tourne lentement au centre, à une fraction de la vitesse du vilebrequin. Ses bossages poussent des poussoirs, qui actionnent les tiges et les culbuteurs perchés au sommet de chaque cylindre.
Un seul organe central commande ainsi toute la distribution. C'est ce qui rend un radial si lisible : les tiges de culbuteurs rayonnent du carter vers chaque tête de cylindre, comme une seconde étoile dessinée sur la première.
Sur votre bureau
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Adrien
Fondateur et designer d'Atlas Kinetics
Adrien dessine, prototype et corrige chaque mécanisme du catalogue avant qu'il parte en série. Ici, il raconte ce qu'il a appris en les démontant.
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Thermodynamique, Série Omega
- Pièces
- 220
- Montage
- 10 h
- Niveau
- Expert
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