Un éclair de génie: la voiture à turbine. (english)
Thrust SCC avec ses deux reacteurs Rolls-Royce, détient le record de vitesse sur Terre (Mach 1,02 soit 1206 km/h).
De zéro à 1000 km/h en 16 secondes...
Les automobiles à turbine sont à la fois extraordinaires, futuristes.... et normales. Leur moteur d'avion, leur puissance, leurs formes, en font des objets de rêve, défiant l'imagination. Mais elles sont aussi assez classiques dans leur réalisation concrète: châssis, suspensions, freins... et même pilotes. Elles ont réellement existé... Et leur empreinte non seulement ne s'est jamais effacée, mais elle annonce leur retour triomphal.
La turbine à gaz est à l'origine un système propulseur aéronautique ; mais mariée à une transmission d'automobile la turbine s'adapte très facilement à l'usage routier.
La Rover T1 à turbine (dite Jet1, basée sur une P6 de série) atteignit 135 km/g en 1950, puis 244 km/h en version de record en 1952.
La Socéma-Grégoire à turbine montée à l'avant, présentée en 1952 (ci-dessous à Rétromobile en 2005).
Son CX remarquable de 0,2 laissait augurer des performances élevées, mais son développement s'interrompit prématurément.
La Rover-BRM première voiture de course à turbine, engagée en 63 au Mans. Meilleure moyenne au tour : 182 km/H, vitesse maximale: 235 km/h. Elle embarquait 200 litres de kérosène, pour une consommation acceptable en course de 45 l/100 environ, et termina 8è au général (hors classement en raison de sa technologie) avec 4133 km, démontrant la fiabilité et la justesse du concept. Le châssis était simplement basé sur celui d'une monoplace de Formule 1 de 1962, élargi pour accueillir les deux sièges réglementaires.
En 1965, le nouveau modèle avec échangeur de chaleur se classait 10è, avec une moyenne légèrement inférieure due à des dommages causés à la turbine par des débris. Au volant, Graham Hill.
La STP-Paxton à turbine sur la grille de départ des 500 miles d'Indianapolis en 1967.
La STP-Paxton à turbine Pratt & Witney fit l'effet d'un engin extra-terrestre lorsqu'elle fut alignée aux 500 miles d'Indianapolis, une des courses les plus rapides du monde. Pour sa première sortie, l'américain Parnelli Jones la qualifia en sixième position à seulement 3 secondes du champion Mario Andretti sur sa Brabham-Ford V8. . En course, Jones domina pendant 171 tours mais dut abandonner, alors qu'il avait course gagnée avec 40 secondes d'avance sur le second A.J. Foyt, et à seulement 6 tours de l'arrivée. La panne était due à un simple roulement de transmission.
La structure simple et efficace du châssis intégrait une turbine développant plus de 500 chevaux. S'agissant d'une voiture de course, la température de l'air sortant de la turbine était simplement déviée par un manchon au moment des arrêts. On sait aujourd'hui refroidir les gaz de sortie tout en améliorant le rendement par réchauffement de l'air admis dans la turbine.
L'année suivante, Colin Chapman, avec l'aide d'Andy Granatelli (à l'origine du projet STP Paxton turbocar) présenta la Lotus 56 à turbine (ci-dessous). Pesant à peine 615 kg pour plus de 500 chevaux, avec 4 roues motrices comme son aînée, elle présentait des lignes inédites favorisant l'appui aérodynamique.
La Lotus 56 rafla d'emblée la pole position et la deuxième place sur la grille (Joe Leonard et Graham Hill). Hill fut victime d'un accident en début de course, mais Leonard menait lorsqu'il abandonna à quelques tours de la fin sur panne d'alimentation. Les organisateurs modifièrent en toute hâte les règlements pour interdire de facto les turbines pour les années suivantes.
La voiture fut reconvertie pour la Formule 1 sous le nom de 56-B et fut engagée pour la saison 1971. Mais pour différentes raisons, Chapman ne misa pas réellement sur elle. Après des débuts assez prometteurs (notamment au GP de Hollande ou Dave Walker, parti 22 ème, remonta à la dixième place en cinq tours sous une pluie battante, avant de sortir de la piste), la voiture ne reçut pas les efforts de développement nécessaires, qui se focalisèrent sur la 72.
Un véritable concentré de puissance, voilà ce qu'est une turbine: petite, légère, élégante dans son concept qui comporte cinq fois moins de pièces en mouvement que le moteur à pistons...et un mouvement de simple rotation, fluide, animé par une combustion continue. Sa supériorité technique est évidente, son triomphe inéluctable.
Développée avec des moyens privés limités, la Howmet à turbine finit 3ème à Brands Hatch en 1968. Ci-dessous sa turbine d'hélicoptère Continental TS235-1.
Les Chrysler à Turbine 1963.
La Turbine Car de Chrysler (1963), et sa remarquable turbine discrètement logée sous le capot avant.
Chrysler Corporation a été l'un des pionniers de l'utilisation de turbines à gaz pour l'automobile.
Après de nombreuses années consacrées au développement modèles expérimentaux, elle fut satisfaite des résultats de tests menés sur une nouvelle génération de véhicules. Notamment, un modèle Dodge Turbo Dart à turbine, munie d'une boite automatique TorqueFlite à trois rapports, traversa les USA de New-York à Los Angeles - 5000 kilomètres en moins de trois jours - en plein Décembre 1962 dans des conditions climatiques épouvantables, mais avec un succès total et un fonctionnement parfait d'un bout à l'autre. Citons le communiqué de Chrysler :
"Cette tubine fonctionna à l'essence, au gasole et au JP-4, un carburant militaire pour avion. Tous ces carburants donnèrent les mêmes satisfactions et performances. La voiture a rencontré des conditions givrantes, des tempêtes de neige, à des vitesses allant du trafic urbain jusqu'à 130 km/h environ. La consommation fut dans tous les cas meilleure que celle d'un moteur à pistons dans les mêmes conditions. Les différents carburants étaient introduits dans le réservoir successivement sans précaution particulière : lorsque le premier plein était presque épuisé, nous remplissions le réservoir avec un autre carburant et ainsi de suite.
En conduisant, nous ne nous sommes jamais lassés du plaisir de sentir la manière dont la turbine passe sa puissance sur la route, et de la façon dont elle "mord" les montées les plus raides.
Parmi les réponses aux questions sur le "pourquoi" de cette technologie, la plus fondamentale est peut-être la simplicité de la turbine. Avec cinq fois moins de pièces mobiles, tournant sans vibration sur elles-mêmes, la turbine est structurellement plus fiable et souple à l'usage qu'un moteur à explosion, de même qu'un jet surpasse un avion à moteur conventionnel sur tous les plans. L'absence de mouvements déformants subis par les pièces des moteurs à pistons signifie moins d'usure et de pannes, et moins de maintenance. La turbine est aussi auto-refroidie et démarre immédiatement et fonctionne sans problème par des températures de +50 degrés à l'ombre ou de - 50°C.
Les gaz d'échappement sont tièdes, sans monoxyde de carbone, ni hydrocarbones non-brûlés, et ne contribuent pas à la pollution, tout en fonctionnant parfaitement avec de l'huile d'arachide [peanut oil], du super, du kérosene, de l'alcool, du pétrole, du parfum Français [sic], ou pratiquement n'importe quel combustible pouvant passer par un tuyau et brûler dans l'air."
(Ce communiqué date de 1963, voilà donc plus de quarante ans).
Fin 62, la Corporation décida donc de mettre en fabrication et tester en environnement quotidien sur tout le territoire américain une voiture finalisée, confortable et pouvant être confiée à des conducteurs ordinaires.
George Huebner, l'ingénieur responsable du projet. A dr., l'arrière de la voiture vu d'en-dessous: pas d'échappement mais une large sortie d'air. A dr. vue éclatée.
En 1963, Chrysler confia ainsi à titre de test 60 exemplaires de son coupé à Turbine à des clients choisi parmi les vingt mille candidats qui se portèrent volontaires dès l'annonce du projet. La carrosserie fabriquée par Ghia évoquait discrètement la technologie aérospatiale qu'elle abritait. Sous le capot, une turbine développant 130 chevaux à 45.700 t/mn, l'axe de puissance vers la boîte tournant à 3600 t/mn - et 575 Nm de couple à zéro t/mn ("425 lb-ft @ zero output shaft speed").
Les tests s'avérèrent extrêmement concluants pratiquement à tous points de vue. La fiabilité atteint les 99% en fin de programme (1% de "downtime", ou temps d'indisponibilité) ce qui est presque incroyable pour un véhicule expérimental, mais prouve la fiabilité intrinsèque de la turbine en utilisation quotidienne. Le programme cumula 1,8 millions de km d'utilisation soit environ 35.000 par voiture (mais certaines atteignant 80.000 km sur les deux années de test), les rares incidents étant demeurés tout-à-fait mineurs et aisément résolus.
Cependant, Chrysler renonça finalement à produire régulièrement la Turbine Car notamment pour des raisons de rentabilité ; en effet la technique industrielle disponible alors plaçait le coût de production des turbines au niveau adéquat pour l'aéronautique et mais aucunement pour la production de masse.
Une forte proportion de conducteurs demandèrent à acheter le véhicule pour le conserver et l'utiliser. Malheureusement, un problème de taxes douanières (la carrosserie étant fabriquée en Italie par Ghia, la voiture était considérée comme un produit importé) obligea Chrysler à détruire l'essentiel des voitures, seuls une demi-douzaine étant conservés - la plupart aujourd'hui dans des musées.
Il est intéressant de relever, à titre de comparaison que la plus petite turbine Williams type FJ33 développe plus de dix fois la puissance de celle de Chrysler voilà quarante ans. Elle est tout aussi compacte, avec environ 53 cm de diamètre, pour un peu plus de 90 cm de long et pèse environ 140 kg. La turbine développée spécifiquement pour la MF1 aura un volume du même ordre.
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Le principe de la turbine à gaz.
L'ancêtre de la turbine est le statoréacteur, application la plus élémentaire de la combustion du mélange carburant/air pour la propulsion. Ce moteur à réaction sans aucune pièce mobile, est mécaniquement parlant le plus simple des moteurs: schématiquement, il s’agit d'un cylindre équipé d'une chambre de combustion avec un système d'injection du combustible. La compression est obtenue grâce à la pression dynamique crée par l'air s’engouffrant à haute vitesse par l’entrée ; plus le véhicule se déplace rapidement, plus l’air est comprimé.
Cet air comprimé est mélangé au carburant injecté à l’endroit où la pression est maximale. La combustion se fait sur la partie arrière du moteur et l'énergie cinétique des gaz éjectés à grande vitesse par la tuyère produit une poussée. Une pression dynamique suffisante n'étant obtenue qu'à de grandes vitesses, le statoréacteur ne peut fonctionner qu'une fois en mouvement rapide.
Le turboréacteur comporte un élément de plus: une turbine (roue à aubes) située à la sortie du moteur récupère une partie de l'énergie des gaz brûlés. Elle entraîne un compresseur, placé à l'entrée du moteur, qui comprime l'air admis dans la chambre de combustion. La pression d'entrée ne dépendant plus uniquement de la vitesse de déplacement, le moteur peut délivrer une poussée même à l'arrêt et donc faire décoller un aéronef - ou démarrer un véhicule terrestre (comme Thrust SCC par exemple). La température de l'air issu d'un réacteur rend difficile son usage sur route.
La turbine à gaz utilisée pour la propulsion d'une automobile (ou pour entraîner l'hélice d'un hélicoptère) est essentiellement un turbo-réacteur muni à sa sortie d'une turbine de puissance, entraînée par les gaz à haute énergie éjectés par le réacteur. Cette turbine de puissance met elle-même en mouvement la transmission et donc les roues du véhicule. Sur le schéma ci-dessous représentant la turbine de la première Pontiac Firebird, on peut observer le couplage non-mécanique (uniquement par la pression des gaz) entre la partie turboréacteur à gauche et la partie turbine réceptrice (power turbine) à droite.
Dans les turbines modernes, un échangeur de température (appelé aussi "régénérateur") abaisse la température des gaz de sortie, tout en augmentant le rendement par réchauffement de l'air d'admission. Au fil des générations successives de turbines à gaz, ce type de moteur offre aujourd'hui pour la propulsion d'automobiles une somme d'avantages tout simplement incomparable:
- Rapport puissance / poids / encombrement de premier plan, de trois à quatre fois supérieur au moteur à pistons équivalent.
- Très faible nombre de pièces en mouvement (80% de moins qu'un moteur à pistons).
- Quasi absence de vibrations (mouvement purement rotatif).
- Couple moteur disponible depuis l'arrêt complet.
- Puissance disponible dès le démarrage, la mise en température étant très rapide.
- Fonctionnement presque indifférent à la température extérieure.
- Chauffage de l'habitacle possible dès le démarrage.
- Consommation de lubrifiant négligeable.
- Large tolérance à la qualité du carburant (kerosène, alcool, gas-oil, essence, super, huiles...).
- Faible émission de polluants.
- Pas de système de refroidissement nécessaire.
- Pas de risque de gel (pas de liquide de refroidissement)
- Fiabilité extrême (exigée en aéronautique).
- Très longue durée de vie
- Faibles contraintes de maintenance.
Dans les années 50, cette Pontiac Firebird II était encore un rêve roulant que personne ne pouvait acheter. Un siècle de progrès permettra de vivre ce rêve... très bientôt, mais pour peu d'élus.
Encore quelques images de THRUST SCC.
Le premier véhicule à statoréacteur - ancêtre de la turbine - : le Leduc 010 (1946-50), qui atteignit Mach 0,84.
La cabine de pilotage se situe à l'avant, au centre de l'entrée d'air - le réacteur se confondant avec le fuselage.
Le statoréacteur ne fonctionnant qu'à une certaine vitesse, il était largué par un quadrimoteur Languedoc à hélices (ci-dessous).
Le Leduc 021 (1955) en vol, un des premiers avions sans hélice.... Le saut technologique effaçait les performances passées. La cabine vitrée monoplace, à l'avant, est détachable.
Yvan Littolff, pilote d'essais du Leduc 021. Son grave accident survenu en testant le 010 ne l'avait nullement démonté. A l'époque, on n'avait pas froid aux yeux.
Le Leduc 022, dernier de la saga. Equipé d'un turboréacteur central, il pouvait décoller seul.
Sa beauté intemporelle semble à la fois familière et irréelle, comme un songe qui se serait matérialisé.
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Genius at work : turbine cars ...
Thrust SCC powered by two Rolls-Royce aircraft engines, is still holding the land speed record on Erath (Mach 1,02, or 1206 km/h).
From zero to 1000 km/h in 16 seconds...
Turbine cars are both extraordinary, futuristic.... and very normal. Their jet engine, their shapes, belong to the realm of dreams, beyond reality. But in the reality, turbine-powered cars are very "ordinary": chassis, suspension, brakes ... and even their pilots are human. Turbine cars have already landed on Erath... Their presence is not only a fascinating piece of history that will never die, these machines are here to stay, and their success is written on the walls.
Gaz turbines come from aerospace technology ; but when properly coupled with an automobile transmission and chassis, a turbine adapts very easily to road use.
The turbine-powered Rover T1, also called Jet1, and based on a standard P6 chassis, was capable of 135 km/g in 1950 ; in a record speed configuration, it even reached 244 km/h in 1952.
The French Socéma-Grégoire with a turbine mounted at the front, was presented in 1952 (below at the Rétromobile show in 2005).
Its remakable 0,2 penetration coefficient was far ahead of its time. The development unfortunatley stopped too early.
The Rover-BRM was the first racing turbine car. In 63 at the 24 Hours of Le Mans its best average speed on one lap was 182 km/H, with a top speed of 235 km/h. With 200 litres aircraft kerosene, the 45 l/100 km consumption was acceptable for racing use. It finished the race in 8th position overall, with 4133 km recorded, as a demonstration of the reliability and efficiency of the technology. The chassis was simply a 1962 Formula 1 base modified to accomodate two seats in order to match the Le Mans regulations.
In 1965, the new Rover-BRM with heat-exchanger finished 10th, slightly slower than in 63, because of dust and bits gulped by the turbine and that damaged it (Graham Hill at the wheel).
The STP-Paxton turbocar at the 500 miles of Indianapolis in 1967.
The STP-Paxton powered by a Pratt & Witney helicopter engine was like an extra-terrestrial machine. For its first outing in the fastet race in the world, Parnelli Jones brought the car in sixth on the grid only 3 seconds behind Mario Andretti on his Brabham-Ford V8. Jones lead the race during 171 laps before breaking a transmission bearing, as he was in position to win, 40 seconds ahead of A.J. Foyt, and at only 6 laps from the chequered flag.
The simple and effective structure of the chassis (left) ; the compact 500 HP turbine (center) ; for a race car, the temperature coming out of the engine was simply channelled towards the sky during pitstops. Modern turbines now use heat-exchangers and exhaust gas temperature is lower than in normal engines.
The following year Colin Chapman and Andy Granatelli (promoter of the STP Paxton turbocar project) presented the turbine-powered Lotus 56 (below). With only 615 kg and over 500 HP, and also 4-wheel drive, its wedge-shape was also revolutionnary... No radiator ? A turbine doesn't need one.
The Lotus 56 took the two first positions on the grid (Joe Leonard and Graham Hill). Hill crashed early in the race, but Leonard was leading the pack when he had to resign for a fuel injection failure. The car was seen as providing an unfair advantage, so the Indy organisers modified the regulations in order to prevent turbine cars to rule the race in the following years.
A gas turbine means huge power in a very small volume and weight : smaller, several times ligher than a conventional engine, elegantly designed, with 5 times less moving parts than piston engines ... it also features a simple and fluid rotation movement, and a continuous combustion principle. Its superiority is evident and it will inevitably be recognised soon as the best way to power a performance car.
The privately developped, turbine-powered Howmet TX finishing 3rd at Brands Hatch in 1968. Below, its developer Ray Heppentall and the Continental helicopter turbine.
The 1963 Chrysler Turbine car.
This 1963 Chrysler Coupé was powered by a compact 130 HP turbine.
Chrysler Corporation successfully pioneered the use of turbines in automobiles. After many years of develoment of new models, the fourth generation of vehicles reached a very high level of performance and reliability.
A Dodge Turbo Dart, with a turbine and TorqueFlite 3-gear transmission, ran through the USA from New-York to Los Angeles - 3100 Miles in less than 3 days - in December 1962 throgh the worst climatic conditions ; it was a complete success :
