Avec le développement du turboréacteur LEAP-X, CFM International (CFM), filiale commune 50/50 de Safran et de General Electric (GE) dessine l’avenir des moteurs civils. Cette nouvelle famille de moteurs, fruit d’un effort de recherches très important, contribuera de manière déterminante à la réduction de l’impact environnemental du transport aérien. A plus long terme, CFM International prépare également l’émergence d’une rupture technologique nouvelle avec l’introduction de l’Open Rotor.
LEAP-X a pour objectif de succéder, à partir de 2016 au célèbre CFM56, qui occupe depuis plus de 35 ans, une place unique dans l’histoire de l’aviation civile. Avec plus de 20 000 exemplaires fabriqués pour un total de 25 750 commandes enregistrées -début 2010- le CFM56 motorise aujourd’hui, dans ses différentes évolutions, plus de 8500 avions dans le monde (Airbus A318, A319, A320, A321 et A340 et Boeing 737 ou KC-135). La percée mondiale du CFM56 est le résultat de l’utilisation de technologies en rupture, induisant des fortes réductions de consommation et de bruit par rapport aux moteurs de génération précédente.
Grâce au LEAP-X tous les avionneurs pourront bénéficier de nouvelles ruptures technologiques et des gains de performances associés. La formule choisie pour le LEAP-X, celle d’un turbofan à fort taux de dilution, le rend adaptable tout autant à des projets d’avions totalement nouveaux qu’à de possibles améliorations ou simple remotorisations d’avions existants. Avec le LEAP-X, CFM travaille en collaboration avec les avionneurs pour le développement de l’avion du futur et apporte une contribution déterminante dans leurs efforts visant à réduire l’impact environnemental du transport aérien.
LEAP-X : le turbo écologique
LEAP-X sera un turbofan de nouvelle génération qui rassemblera notamment les innovations portées à maturation dans le cadre du programme d’acquisition technologique LEAP56™, lancé en 2005. Les performances attendues résultent principalement de l’allégement du moteur et de l’augmentation de son rendement, tout en gardant la fiabilité qui a fait la réputation de la famille CFM56.
Le LEAP-X consommera moins de carburant et produira moins d’émissions, dans le souci de respecter et même dépasser les futurs seuils des réglementations environnementales. Les objectifs chiffrés sont très audacieux : une réduction jusqu’à 16% de la consommation de carburant par rapport aux meilleurs moteurs actuels, des émissions sonores inférieures de10-15 EPNdB et enfin un niveau d’émission d’oxyde d’azote (NOx) inférieure de 50-60 % à la norme de protection de l’environnement CAEP6. Un autre cap pourrait être franchi dans les années 2020 grâce aux technologies en rupture de l’Open Rotor.
La répartition des responsabilités avec GE se fera suivant le schéma déjà utilisé dans le cadre de CFM International : Snecma (groupe Safran) concevra et fabriquera le module fan et la turbine basse pression (BP), tandis que GE aura la responsabilité du corps haute pression (HP). L’amélioration des performances par rapport aux moteurs actuels se fera grâce à une forte optimisation thermodynamique, une meilleure maîtrise de la conception 3D, l’émergence des matériaux composites (composites à matrice organique [CMO] et à matrice céramique [CMC], aluminure de titane) et l’utilisation de procédés industriels innovants comme le tissage 3D des renforts des aubes fan associé au procédé RTM (Resin Transfer Molding).
Ces innovations se retrouveront sur les aubes et le carter fan, mais aussi sur la turbine basse pression qui recevra pour la première fois des aubes en CMC. Le gain de masse attendu par avion pour le module fan et la turbine basse pression devrait être d’environ 450 kg par rapport à une technologie type CFM56.
GE travaille de son côté sur le corps haute pression dont le premier exemplaire de démonstration a tourné au banc en 2009. A l’instar des autres sections du LEAP-X, le corps haute pression bénéficiera lui aussi d’un « design 3D » de troisième génération et de nouveaux matériaux pour la chambre de combustion.
La certification du LEAP-X devrait être obtenue en 2016. Il s’agira d’un moteur extrêmement novateur, pour répondre aux attentes des avionneurs et des compagnies aériennes.
Open rotor : un taux de dilution de 35 !
En parallèle, les travaux sur l’Open Rotor se poursuivent. Cette innovation technologique et cette architecture en « rupture » sont porteuses de nouveaux défis techniques qui promettent un rendement encore accru, mais dont la faisabilité reste à construire dans les années à venir, notamment dans le cadre des recherches soutenues par le CORAC.
Aujourd’hui, le concept du turbofan approche une limite car l’augmentation du diamètre entraîne l’augmentation de la masse du système propulsif et sa traînée de frottement. Cela annule donc les bénéfices de l’augmentation du taux de dilution. En supprimant partiellement la nacelle, cause de ce surpoids et de cette traînée excessive, l’Open Rotor apporterait une solution qui permettrait d’augmenter le taux de dilution jusqu’à 30, voire 40 !
Et c’est là où, la rupture technologique que pourrait constituer l’Open Rotor entraîne des conséquences majeures en termes de conception, avec par exemple des hélices contrarotatives d’une nouvelle géométrie et d’un très grand diamètre ; mais aussi en termes d’intégration à l’avion : installation des propulseurs sur l’arrière du fuselage de l’appareil ? Au niveau des ailes ? Réduction du bruit perçu par les passagers et par l’environnement ?
Les défis à relever sont nombreux et des campagnes d’essais en parallèle avec des maquettes d’hélices rapides ont déjà commencé. Dans le cadre du programme européen Dream, elles sont menées par l’institut TsAGI en Russie, mais aussi aux Etats-Unis au centre Glenn de la NASA et en France dans la soufflerie S1 de l’ONERA à Modane. Le concept d’Open Rotor devra donc mûrir et les grands choix technologiques ne pourront être fait dans les années à venir, qu’à la lumière d’essais au banc d’un démonstrateur.
