Groupe auxiliaire de puissance

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En technologie aéronautique, le groupe auxiliaire de puissance (GAP), ou en anglais Auxiliary Power Unit (APU), désigne un groupe auxiliaire (turbogénérateur en général) destiné à produire de l'énergie à bord des avions pour permettre d'alimenter au sol les différents systèmes de bord (tension électrique, pressions pneumatique et hydraulique, climatisation) quand les moteurs sont arrêtés afin d'économiser le carburant. Il peut être ou non utilisé en vol. Les APU sont généralement positionnés à l’arrière de l'avion, dans le cône de queue et alimentés par le kérosène des réservoirs de l’avion. Ils produisent l'énergie (pneumatique, hydraulique ou électrique selon le type d'appareil) utilisée pour démarrer les moteurs.

Groupe auxiliaire APIC APS3200 des Airbus A318/A319/A320/A321

En cas de panne d'APU (ou de GAP), il est nécessaire d'avoir recours au sol à des groupes de parc (tension électrique, pression hydraulique) et à un groupe de démarrage à air (pression pneumatique). Presque tous les avions à réaction disposent d'un APU, mais certains turbopropulseurs et certains avions d'affaires n’en ont pas[1].

Historique[modifier | modifier le code]

Le premier APU qui fut utilisé en 1916, était un moteur à piston fonctionnant à l'essence, et il était installé sur l'avion de reconnaissance Pemberton-Billing P.B.31 Night Hawk (en). Le Boeing 727 fut en 1963 le premier avion à réaction à être équipé d'un APU, ce qui le rendait indépendant et lui permettait d'aller sur les petits aéroports non équipés de groupes de parc (pression pneumatique et électricité).

Installation[modifier | modifier le code]

Sortie APU A380.

Bien que l'APU soit installé dans de nombreux endroits différents sur les divers avions militaires et commerciaux, il est habituellement monté à l'arrière du fuselage sur les avions à réaction modernes. L'échappement de l'APU se repère facilement sur la plupart des avions de ligne modernes : c'est une petite tuyère d'échappement placée derrière l'empennage.

Sur le Boeing 727, l'APU était monté entre le train principal, l'entrée d'air étant dans la case de train gauche et la tuyère d'échappement sur l'extrados de l'aile droite. Sur le Transall C-160, l'APU est monté dans la nacelle de train principal gauche.

Nacelle de train principal de Transall renfermant le groupe d'appoint

Sur le BR 1150 Atlantic et l'Atlantique 2, le GAP est situé à tribord avant, devant l'hélice droite.

Fonctionnement[modifier | modifier le code]

La puissance des APU peut atteindre plusieurs centaines de chevaux-vapeurs. Dans la plupart des cas, l'APU est constitué d'un petit turbomoteur avec démarrage électrique ; ce turbomoteur actionne un compresseur d'air qui peut servir à démarrer les réacteurs ou les turbopropulseurs ou à assurer le conditionnement d'air de cabine. Au turbomoteur sont également attelés des génératrices ou plus souvent des alternateurs pour fournir de l'énergie électrique à bord de l'aéronef. Pour les petites puissances, des conceptions récentes envisagent l'utilisation du moteur Wankel dans ce rôle. Les avantages du moteur Wankel sont son rapport puissance/masse supérieur aux moteurs à piston et sa consommation inférieure à une turbine.

Les APU équipant les avions ayant reçu un certificat de navigabilité ETOPS ont un niveau de sécurité de fonctionnement plus élevé que ceux qui ne sont utilisés qu'au sol car ils fournissent en secours l'électricité et l'air comprimé à la place d'un moteur en panne pendant le vol. Alors que certains APU n'ont pas été conçus pour fonctionner en vol, les APU ayant reçu une certification ETOPS doivent pouvoir être démarrés dans tout le domaine de vol de l'avion, quelles que soient son altitude et sa vitesse.

Les APU récents peuvent démarrer jusqu'à une altitude d'environ 13 000 m (43 000 pieds) et par les températures les plus froides que l'aéronef rencontre pendant le vol (- 60 °C).

Si l'APU ou la génération électrique qui l'équipe n'est pas en état de marche, l'avion n'est pas autorisé à faire un vol ETOPS et doit suivre un itinéraire plus long en restant à portée des aéroports de déroutement.

Sur le Boeing 787 qui sera un avion « plus » électrique[2], l'APU fournit seulement de l'électricité à l'avion (le conditionnement d'air fonctionne grâce à un compresseur électrique). L'absence du système pneumatique simplifie la conception, mais la consommation de centaines de kilowatts (kW) des circuits électriques exige des génératrices de plus en plus puissantes.

Émissions de gaz à effet de serre[modifier | modifier le code]

Ces moteurs qui consomment une partie du kérosène de l'avion contribuent aux émissions de GES de l'aviation. Une méthode précise en France le calcul de leurs émissions[1].

Description[modifier | modifier le code]

L'APU d'un Airbus A380 avant son installation.

Un APU type à turbine à gaz pour avion de transport commercial comporte quatre sections principales :

  • générateur de puissance
  • compresseur d'air
  • boîtier d'engrenages
  • génération électrique, alternateurs le plus souvent

La partie puissance est la partie génératrice de gaz et produit toute la puissance de l'APU. Le compresseur à air est généralement un compresseur monté sur l'axe principal du générateur de puissance qui fournit toute la puissance pneumatique nécessaire à l'avion. Il comporte deux dispositifs, une régulation d'admission qui ajuste le débit d'air du compresseur et une vanne de décharge qui par un échappement d'air asservi évite le pompage aérodynamique de la partie turbine à gaz.

La troisième partie du moteur est le boîtier d'engrenages, appelé aussi boîtier de transfert de puissance. Ce boîtier transmet la puissance de l'arbre turbine aux équipements mécaniques avec adaptation des vitesses de rotation (pompe carburant, hydraulique, génération électrique). Le démarrage électrique de l'APU est parfois commandé par un interrupteur placé sur le train : la sortie de ce dernier démarre l'APU.

Fabricants[modifier | modifier le code]

Sociétés fournissant des APU :

Navette spatiale[modifier | modifier le code]

Les APU destinés à la Navette spatiale américaine sont encore plus critiques. À la différence des APU d'avion, ils fournissent la pression hydraulique, mais pas la puissance électrique. La navette spatiale est équipée de trois APU redondants, alimentés par du carburant de type hydrazine. Ils fonctionnent seulement pendant la montée et la rentrée atmosphérique jusqu'à l'atterrissage.

Pendant la montée (assurée par les moteurs fusée), l'APU fournit l'énergie hydraulique servant à assurer l'orientation des tuyères de la navette et des commandes de vol. Pendant l'atterrissage, ils actionnent les gouvernes et les freins. Cette fonction peut même être assurée à l'aide d'un seul APU. Exemple sur le vol STS-9 (navette Colombia), deux APU prirent feu, l'atterrissage se passa sans encombres.

Autres applications[modifier | modifier le code]

Les chars de combat et les camions sont aussi équipés de petits moteurs auxiliaires destinés à alimenter les systèmes (conditionnement d'air, radio, réfrigération etc.) lorsque les véhicules sont à l'arrêt.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a et b Laëtitia SERVEAU, CITEPA / Direction Générale de l'Aviation Civile Guide méthodologique des émissions dans l'atmosphère des APU, juillet 2007, 5p, PDF, Français
  2. L'évolution constante des technologies fait que la conception des nouveaux avions va de plus en plus vers le « tout » électrique (fly by wire : toutes les servitudes de l'appareil sont électriques, il n'y a plus d'hydraulique, ni de pneumatique issue des prises d'air moteur. Toutefois, le milieu aéronautique a toujours été prudent quant aux « sauts technologiques », c'est pourquoi la transition se fera en douceur. Cette transition est connue sous le nom d'avion « plus » électrique. Le 787 de Boeing a toujours de l'hydraulique, il fait donc partie de cette nouvelle génération d'avion « plus » électrique.
  3. Microturbo

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]