Dans une nouvelle publication, une équipe scientifique chinoise dessine un futur moteur hypersonique capable de monter jusqu’à Mach 16.
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Un moteur hypersonique montant à Mach 16 ?
La définition conventionnelle veut que l’on parle de vitesse hypersonique au-delà de Mach 5.
Un nouveau moteur chinois qualifié de « révolutionnaire » pourrait, en théorie, permettre à un avion de décoller depuis une piste au sol pour l’envoyer dans la stratosphère avec une accélération en continu qui monterait jusqu’à… Mach 16. Soit 16 fois la vitesse du son.
Le modèle du moteur a été détaillé dans un article (évalué par des pairs) publié dans le Chinese Journal of Propulsion Technology, en décembre 2023, par une équipe dirigée par Zhang Yining, qui fait partie du « Beijing Power Machinery Institute ».
Selon le document, le moteur fonctionnerait selon deux modes distincts :
- En dessous de Mach 7, il fonctionne comme moteur à détonation rotative. L’air de l’extérieur se mélange au carburant et s’enflamme, créant une onde de choc qui se propage dans une chambre annulaire ou en forme d’anneau. L’onde de choc enflamme davantage de carburant pendant la rotation, fournissant ainsi une poussée puissante et continue à l’avion.
- Au-dessus de Mach 7, l’onde de choc cesse de tourner et se concentre sur une plate-forme circulaire à l’arrière du moteur, maintenant la poussée via « un format de détonation oblique presque rectiligne », selon les auteurs. Le carburant explose automatiquement lorsqu’il atteint la plate-forme arrière en raison de la vitesse très élevée de l’air entrant. Tout au long de son fonctionnement, le moteur s’appuie sur la détonation comme principale force motrice.
L’équipe de Zhang explique aussi que c’est la transition du moteur qui constitue un défi, entre les deux modes de fonctionnement : à mesure que la vitesse approcherait de Mach 7, le mode de détonation rotative deviendrait insoutenable et le mode de détonation oblique devrait être allumé en peu de temps.
Les chercheurs expliquent que les solutions possibles au problème incluent la réduction de la vitesse de l’air entrant de Mach 7 à Mach 4 ou moins pour permettre au carburant de chauffer suffisamment pour l’auto-inflammation. De légers ajustements de la structure interne du moteur, tels que le diamètre de la plate-forme circulaire et l’angle d’inclinaison de l’onde de choc, pourraient affecter les performances du moteur.
Dans l’ensemble, le moteur ne serait pas trop exigeant en termes de conditions de fonctionnement et pourrait fonctionner efficacement dans la plupart des scénarios ordinaires.
Zhang et ses collègues n’ont pas détaillé l’efficacité du moteur dans leur publication. Cependant, d’après des estimations scientifiques antérieures, l’explosion de gaz combustibles peut convertir près de 80% de l’énergie chimique en énergie cinétique.
Les turboréacteurs à double flux conventionnels, qui reposent sur une combustion lente et douce, atteignent un rendement de 20% à 30%. Pour les chercheurs :
« Cette solution présente des avantages évidents et devrait améliorer l’efficacité optimale du cycle thermodynamique dans presque toutes les plages de vitesse, apportant ainsi un changement révolutionnaire dans la propulsion aérospatiale. »
Une technologie militaire
Les systèmes de propulsion actuels des véhicules hypersoniques chinois sont principalement constitués de fusées et de moteurs scramjet. Les fusées sont moins efficaces en raison de la nécessité de transporter de l’oxygène, tandis que les moteurs scramjet nécessitent que le véhicule atteigne des vitesses supérieures à Mach 4 pour s’activer et connaître une forte baisse de poussée proche de Mach 10.
D’après South China Morning Post, Beijing Power Machinery Institute est « le plus grand fabricant chinois de statoréacteurs, fournissant des systèmes de propulsion pour les armes les plus avancées du pays, notamment les missiles hypersoniques ».
Le média chinois ajoute que « l’unité 93160 de l’APL, dont le siège est à Pékin et profondément impliquée dans la conception du nouveau moteur de détonation, reste entourée de secret et aucune information n’est accessible au public ». Des scientifiques et des ingénieurs de l’École d’aéronautique et d’astronautique de l’Institut de technologie de Pékin (une institution sous sanctions américaines) ont également joué un rôle central dans le projet.
Voyager à Mach 16, ça donne quoi ?
Enfin, les chercheurs ont expliqué (raisonnablement) que se fier uniquement à une étude scientifique n’était pas suffisant pour produire un moteur réellement utilisable. L’ingénierie de pointe est un travail complexe, qui demande du temps et de nombreux essais infructueux. Les premières tentatives du Starship de SpaceX en sont un exemple.
Néanmoins, on peut se demander ce que ça donnerait de voyager à une vitesse hypersonique si élevée.
À Mach 16, soit environ 19756 km/h, même les vols intercontinentaux les plus longs seraient faits en seulement une ou deux heures, tout en consommant théoriquement moins de carburant que les moteurs à réaction conventionnels.
Pour donner un ordre d’idée, à Mach 16 :
- Paris – Marseille (660 km) prendrait environ 2 minutes
- Paris – Bamako (4100 km) prendrait un peu moins de 15 minutes
- Paris – New York (5800 km) prendrait un peu moins de 20 minutes
- Paris – Tokyo (9700 km) prendrait environ 30 minutes
Des temps auxquels il faudrait ajouter des périodes d’accélération et de décélération, mais le gros du voyage serait très très rapide.
