Turbocompresseur (Turbo)

Le turbocompresseur est un dispositif de suralimentation qui accroît la puissance et le rendement d'un moteur en comprimant l'air admis dans les cylindres. Un moteur atmosphérique aspire l'air à la pression ambiante, si bien que la quantité de carburant qu'il peut brûler utilement reste limitée par le volume d'air que chaque cylindre parvient à remplir. Le turbocompresseur fait sauter ce plafond en tassant davantage d'air dans la même cylindrée : on brûle alors plus de carburant à chaque cycle et l'on tire davantage de puissance d'un moteur de taille donnée.

Dans son principe, l'organe se comporte comme une pompe à air entraînée par l'énergie résiduelle des gaz d'échappement. Il réunit deux roues à aubes montées sur un arbre commun, au sein d'un carter central étanche. Les gaz d'échappement chauds quittant le moteur font tourner une roue de turbine d'un côté ; l'arbre transmet ce mouvement à une roue de compresseur de l'autre côté, qui aspire et comprime l'air frais d'admission. L'arbre peut dépasser 150 000 tr/min, soutenu par des paliers alimentés en huile et souvent refroidi à l'eau pour résister à des températures extrêmes. Une soupape de décharge (wastegate) dérive une partie des gaz autour de la turbine afin de plafonner la pression de suralimentation et de protéger le moteur.

Le grand mérite du turbocompresseur tient à ce qu'il récupère une énergie habituellement perdue sous forme de gaz brûlants et rapides, et la convertit en travail utile plutôt que de consommer du carburant supplémentaire pour entraîner une pompe. Il s'avère ainsi nettement plus efficace qu'un compresseur volumétrique entraîné par courroie. Comme la compression échauffe aussi l'air, la plupart des applications sportives et modernes font passer la charge par un échangeur (intercooler) avant les cylindres, ce qui restitue la densité et réduit le risque de cliquetis. Le résultat net est un gain sensible à la fois sur la puissance de pointe et, lorsqu'il sert au downsizing, sur la consommation quotidienne.

La suralimentation a redessiné le paysage moteur actuel grâce à ce principe de downsizing. Les constructeurs ont largement remplacé les gros moteurs atmosphériques par des blocs turbocompressés plus compacts, offrant puissance et couple comparables tout en consommant moins et en émettant moins de CO2 dans des conditions courantes, ce qui aide à respecter des normes Euro toujours plus sévères. Un moteur essence turbo de 1,5 litre rivalise désormais sans peine avec un ancien 2,5 litres, le turbo aplatissant et élargissant de surcroît la courbe de couple pour une conduite plus souple.

Le défaut classique reste le temps de réponse (turbo lag) : cette brève hésitation entre la demande de puissance du conducteur et le moment où la turbine reçoit assez d'énergie pour fournir de la suralimentation. L'ingenierie moderne l'a fortement réduit grâce à des roues allégées, des carters twin-scroll et à géométrie variable, à l'assistance électrique et aux montages biturbo. Le turbocompresseur exige néanmoins un entretien soigné — huile propre, refroidissement suffisant et arrêts évités à chaud — pour atteindre toute sa longévité. Compris aux côtés du compresseur volumétrique, de l'échangeur, du biturbo et des montages à géométrie variable, il demeure le moyen dominant d'extraire davantage à partir de moins dans les moteurs contemporains.