Un moteur est une machine capable de transformer une forme d'énergie en énergie mécanique, c'est-à-dire en un mouvement capable d'entraîner d'autres mécanismes. Les moteurs sont présents partout autour de nous : dans les voitures, les trains, les avions, les bateaux, les ascenseurs, les appareils électroménagers, les usines ou encore les robots. Sans eux, la plupart des machines modernes ne pourraient pas fonctionner.

Pour produire un mouvement, un moteur utilise une source d'énergie. Selon les modèles, cette énergie peut provenir d'un carburant, de l'électricité, de la vapeur, de l'eau, du vent ou même du Soleil. Le moteur transforme ensuite cette énergie en une force capable de faire tourner un arbre, déplacer un piston ou entraîner un mécanisme.

Il existe de nombreuses familles de moteurs. Les moteurs thermiques utilisent la combustion d'un carburant comme l'essence, le gazole ou le gaz naturel. Les moteurs électriques fonctionnent grâce à l'électricité. Les moteurs hydrauliques exploitent la pression d'un liquide, tandis que les moteurs pneumatiques utilisent de l'air comprimé. Chaque technologie possède des avantages et des domaines d'utilisation particuliers.

Un moteur ne crée pas d'énergie. Il se contente de la transformer. Cette transformation s'accompagne toujours de pertes, principalement sous forme de chaleur, de bruit ou de vibrations. Le rendement d'un moteur correspond à la part de l'énergie reçue qui est réellement transformée en énergie mécanique utile. Plus le rendement est élevé, plus le moteur est efficace.

Les moteurs entraînent ensuite différents mécanismes : engrenages, courroies, chaînes, arbres de transmission ou vis sans fin. Ces dispositifs permettent d'adapter la vitesse, la force ou la direction du mouvement selon les besoins de la machine.

Le choix d'un moteur dépend de nombreux critères : la puissance nécessaire, la vitesse de rotation, le couple, le rendement, le coût, la consommation d'énergie, le niveau sonore, le poids, les dimensions ou encore les contraintes d'entretien. Un petit ventilateur utilise un moteur de quelques watts, alors qu'un paquebot peut être équipé d'un moteur développant plusieurs dizaines de mégawatts.

Depuis plusieurs décennies, les ingénieurs cherchent à fabriquer des moteurs toujours plus performants, plus économes et moins polluants. Les moteurs électriques progressent rapidement grâce aux batteries modernes, tandis que les moteurs thermiques deviennent plus efficaces et rejettent moins de polluants. De nouvelles technologies utilisant l'hydrogène ou d'autres sources d'énergie sont également en développement.

Les moteurs sont au cœur de la technologie moderne. Ils permettent de déplacer les véhicules, d'alimenter les machines industrielles, de produire des objets, de transporter des marchandises et d'automatiser de nombreuses tâches. Leur évolution accompagne les progrès de l'industrie depuis plus de deux siècles et continue de transformer notre quotidien.

Les moteurs-fusées

Un moteur-fusée est un moteur capable de propulser un engin dans l'espace. Contrairement aux moteurs des voitures ou des avions, il n'a pas besoin de l'air de l'atmosphère pour fonctionner. Il emporte avec lui son carburant et son comburant, ce qui lui permet de produire une poussée même dans le vide spatial.

Le fonctionnement d'un moteur-fusée repose sur la troisième loi de Newton, souvent résumée par la phrase : « à toute action correspond une réaction égale et opposée ». Les gaz produits par la combustion sont expulsés à très grande vitesse vers l'arrière par une tuyère. En réaction, la fusée est propulsée vers l'avant. Cette force est appelée la poussée.

Dans un moteur-fusée chimique, le carburant et le comburant sont injectés dans une chambre de combustion. Leur réaction libère une énorme quantité d'énergie et produit des gaz extrêmement chauds. Ces gaz sont accélérés dans une tuyère, dont la forme permet d'augmenter encore leur vitesse avant leur éjection. Plus les gaz sont expulsés rapidement, plus la poussée est importante.

Il existe plusieurs types de moteurs-fusées. Les moteurs à propergol liquide utilisent des réservoirs contenant séparément le carburant et le comburant. Ils peuvent être allumés, arrêtés et parfois redémarrés plusieurs fois. Les moteurs à propergol solide contiennent un mélange solide déjà prêt à brûler. Ils sont plus simples et très puissants, mais ils ne peuvent généralement pas être arrêtés une fois allumés.

Les moteurs-fusées sont utilisés pour lancer des satellites, envoyer des sondes vers les autres planètes, ravitailler les stations spatiales ou transporter des astronautes. Certaines fusées modernes possèdent plusieurs étages qui se séparent progressivement afin d'alléger le véhicule pendant son ascension.

Ces moteurs développent des puissances gigantesques. Au décollage, les gaz expulsés atteignent des vitesses de plusieurs kilomètres par seconde et leur température peut dépasser 3 000 °C. Les chambres de combustion et les tuyères doivent donc être refroidies efficacement afin d'éviter leur destruction.

Les ingénieurs développent également d'autres systèmes de propulsion spatiale, comme les moteurs ioniques, qui utilisent l'électricité pour accélérer des ions. Leur poussée est très faible, mais ils sont extrêmement économes en carburant et peuvent fonctionner pendant plusieurs années dans l'espace.

Les moteurs-fusées représentent l'une des plus grandes réalisations de l'ingénierie moderne. Sans eux, l'exploration spatiale, les satellites de communication, les missions scientifiques et les voyages vers la Lune ou les autres planètes seraient impossibles.