Les engrenages continuent de faire avancer l’industrie

Les engrenages sont aussi vieux que le monde. Les plus anciennes découvertes remontent à 3 000 ans avant Jésus-Christ. Au fil des ans, ils sont devenus de plus en plus sophistiqués, si bien qu’ils sont aujourd’hui des composants précieux dans de nombreuses machines. Du contrôle du débit dans les centrales nucléaires à la propulsion des voitures, et même le filtre solaire du télescope James Webb lancé l’année dernière. Les ingénieurs continuent de trouver des moyens d’affiner et d’appliquer leur fonctionnement. Aujourd’hui, c’est aussi le cas dans l’aviation.

Les engrenages utilisent l’effet de levier pour ajuster la vitesse et le couple des axes rotatifs dans les machines. Dans la plupart des cas, l’engrenage a une forme ronde, avec des dents taillées dans le rond. Pour simplifier, ces dents s’emboîtent parfaitement dans d’autres engrenages (un ou plusieurs) pour transférer la puissance et contrôler la vitesse. La forme exacte des dents peut varier énormément. En jouant sur les dimensions des engrenages, la vitesse et le couple peuvent être augmentés ou diminués en fonction des besoins. Ils peuvent sembler être des composants simples et discrets, mais ils nous permettent de contrôler et de canaliser la puissance pour atteindre un objectif particulier dans les applications.

Ce n’est qu’avec les développements des mathématiques et de la technologie (à partir des années 1600) que les engrenages ont trouvé davantage d’applications. En effet, la connaissance de concepts mathématiques difficiles est nécessaire pour affiner les engrenages en vue de tâches plus complexes. La production en série d’engrenages n’a commencé qu’au début de la première révolution industrielle. Les premiers outils d’usinage, spécialement conçus pour tailler les dents, sont alors apparus sur le marché pour assurer une qualité précise et, surtout, constante. Cela a également favorisé leur présence dans les machines. Ils ont été de plus en plus intégrés pour améliorer l’efficacité, la précision et la vitesse. Non pas de quelques pour cent, mais souvent par des avancées significatives. Dans le même temps, le rapport de transmission a de plus en plus retenu l’attention. Il s’agit de la mesure des vitesses de rotation des deux engrenages imbriqués. Un rapport de 3:1 signifie que l’engrenage moteur tourne trois fois, tandis que l’engrenage entraîné ne tourne qu’une seule fois.

Aujourd’hui encore, l’engrenage est loin d’être hors jeu. Il devrait entraîner un changement fondamental dans le secteur de l’aviation au cours des prochaines années. Par exemple, un nouvel engrenage a fait son apparition en janvier 2016 dans un moteur à réaction délivrant pas moins de 136 kilotonnes de poussée. Un succès commercial rendu possible par les engrenages, puisque ces moteurs équipent entre-temps plus de 1 000 avions de 51 compagnies aériennes. La conception intègre un train d’engrenages épicyclique dans le moteur à réaction afin de maximiser l’efficacité des différents composants du moteur. Cela leur permet de dépasser largement les performances des moteurs sans engrenage. L’introduction d’un réducteur (train d’engrenages dans un carter) dans la conception du turboréacteur permet à chacune de ces deux parties spécifiques du moteur – le ventilateur et la turbine – de tourner à une vitesse plus proche de leur vitesse optimale.  

L’utilisation accrue des engrenages dans les moteurs à réaction permettra d’obtenir une machine optimisée : un cœur de moteur plus petit et plus léger, avec moins d’étages de turbine et de compression, ce qui se traduira par une réduction du bruit, de la consommation de carburant et des émissions. Maintenant que le rapport de 3 : fonctionne, le fabricant prévoit de passer à des modèles ayant une poussée plus élevée et des rapports de démultiplication plus importants. À terme, cela devrait permettre de réaliser des économies de carburant potentiellement plus importantes et, par conséquent, d’opérer un revirement majeur sur le marché des moteurs à réaction. ■