Moteur alternatif — Allumage et démarrage

1. Aperçu du chapitre

Ce chapitre couvre les systèmes essentiels permettant le démarrage et le fonctionnement correct d'un moteur alternatif d'aéronef. Il se concentre sur deux sous-systèmes principaux : le système d'allumage (magnétos, bougies, faisceau) et le système de démarrage (démarreur électrique). La compréhension de ces systèmes est cruciale pour la sécurité, car une défaillance d'allumage peut entraîner une perte de puissance, un fonctionnement irrégulier ou l'arrêt complet du moteur. Les concepts clés incluent le fonctionnement des magnétos, le calage de l'allumage, l'entretien des bougies et les procédures de dépannage.

2. Concepts clés expliqués en détail

2.1 Le système d'allumage : Magnétos

Le système d'allumage des moteurs alternatifs d'aviation est généralement un système à magnéto. Une magnéto est un générateur électrique autonome qui produit une impulsion haute tension pour enflammer le mélange air-carburant dans les cylindres.

Principe de fonctionnement : Une magnéto utilise un aimant rotatif pour générer un courant dans une bobine primaire. Lorsque les contacts du rupteur (points) s'ouvrent au moment précis (angle E-gap), le courant dans la bobine primaire s'effondre, induisant une très haute tension dans la bobine secondaire. Cette haute tension est ensuite dirigée vers la bougie appropriée via le distributeur rotatif.

Types de magnétos :
Magnéto haute tension (High-tension) : C'est le type le plus courant sur les moteurs modernes. La haute tension est générée dans la magnéto elle-même et envoyée directement aux bougies via le faisceau d'allumage.
Magnéto basse tension (Low-tension) : Génère une tension plus faible qui est ensuite augmentée par une bobine d'allumage séparée près de chaque bougie. Moins courante sur les moteurs modernes.
Composants clés d'une magnéto :
Aimant rotatif (Rotor) : Crée le champ magnétique variable.
Bobine primaire et secondaire : Transforme le courant basse tension en haute tension.
Rupteur (Points) : Interrompt le courant primaire pour provoquer l'effondrement du champ magnétique et générer la haute tension.
Condensateur (Capacitor) : Absorbe l'énergie lorsque les points s'ouvrent, empêchant la formation d'un arc électrique qui brûlerait et creuserait les points.
Distributeur : Achemine la haute tension vers la bougie du cylindre correct au bon moment.
Doigt de distributeur (Rotor) : Tourne et distribue la haute tension aux plots du distributeur.
Entretien et dépannage des magnétos :
Points creusés (Pitted points) : La cause la plus fréquente est un condensateur défectueux. Un condensateur qui ne fonctionne pas correctement ne peut pas absorber l'énergie, ce qui provoque un arc électrique entre les points, les brûlant et les creusant.
Points défectueux (Faulty points) : Des points brûlés, creusés ou avec un écartement incorrect peuvent provoquer un calage d'allumage erratique, entraînant un fonctionnement irrégulier du moteur (rough running) et des retours de flamme (backfiring) dans le carburateur.

2.2 Le système d'allumage : Bougies

Les bougies d'allumage sont les composants finaux qui enflamment le mélange air-carburant dans la chambre de combustion.

Types : Principalement des bougies à électrode massive (massive electrode) et à électrode fine (fine wire) pour une meilleure dissipation de la chaleur.
Installation : L'installation correcte des bougies est critique.
Couple de serrage : Toujours utiliser une clé dynamométrique et serrer au couple spécifié par le fabricant. Un serrage excessif (over-torquing) peut fissurer l'isolant en céramique ou arracher les filets de la culasse, entraînant une perte de compression ou une défaillance de la bougie.
Anti-seize : Peut être recommandé par le fabricant, mais le couple de serrage est primordial.
Problèmes courants :
Encrassement par le carbone (Carbon fouling / Bridged gap) : Un mélange riche (rich mixture) lors des opérations au sol à faible puissance peut provoquer l'accumulation de dépôts de carbone sur la bougie. Ces dépôts peuvent finir par "ponter" l'écartement (gap), provoquant un raté d'allumage (misfire).
Inspection du faisceau d'allumage :
Isolation usée : Un fil de bougie dont l'isolation est usée et expose le conducteur doit être remplacé immédiatement. Un conducteur exposé peut provoquer un arc électrique vers la masse (arcing to ground), entraînant un raté d'allumage et un risque d'inflammation des vapeurs de carburant.

2.3 Le système d'allumage : Calage et commandes

Calage de la magnéto (Magneto timing) :

Angle E-gap : C'est la position de l'aimant rotatif où le flux magnétique dans la bobine est maximal. Les points du rupteur doivent s'ouvrir exactement à cet angle pour produire la tension la plus élevée possible.
Calage interne (Internal timing) : Consiste à régler le point d'ouverture des points par rapport à la position de l'aimant (angle E-gap).
Calage externe (External timing) : Consiste à régler la position de la magnéto sur le moteur pour que l'étincelle se produise au bon moment par rapport à la position du piston (généralement avant le point mort haut - PMH). La procédure standard consiste à :

Placer le moteur sur le repère de calage spécifié (ex : 25 degrés avant PMH).
Tourner la magnéto jusqu'à ce que ses points s'ouvrent juste (just open).
Fixer la magnéto dans cette position.

Conséquences d'un mauvais calage :
Allumage retardé (Late timing) : Si l'étincelle se produit trop tard (ex : 5 degrés après PMH au lieu de 25 degrés avant), la combustion est moins efficace. Cela réduit la puissance et augmente la température des gaz d'échappement (EGT), car le mélange brûle encore pendant la course d'échappement.
Allumage avancé (Early timing) : Peut provoquer des cliquetis (detonation) et endommager le moteur.
Commandes d'allumage (Ignition switch) :

Position OFF : Met à la masse (grounds) le circuit primaire des deux magnétos, les empêchant de générer une étincelle et arrêtant le moteur.
Position BOTH : Connecte les deux magnétos au système d'allumage, fournissant une étincelle redondante pour un fonctionnement normal du moteur.
Positions L et R : Utilisées pour les vérifications au ralenti (run-up). Permettent de tester chaque magnéto individuellement.
Vérification des magnétos au ralenti (Magneto check at run-up) :

Le pilote passe le sélecteur d'allumage de BOTH à L, puis à R, et note la chute de régime (RPM drop).
Une chute de régime plus importante sur une magnéto (ex : 200 RPM à gauche contre 50 RPM à droite) indique que cette magnéto est retardée (retarded) par rapport à l'autre. Une magnéto retardée produit moins de puissance, d'où une chute de régime plus importante.

2.4 Le système de démarrage

Démarreur électrique (Direct-cranking electric starter) : C'est le type de démarreur le plus couramment utilisé sur les moteurs alternatifs d'aviation modernes. Il entraîne directement le vilebrequin via un engrenage et un embrayage.
Démarreur à inertie (Inertia starter) : Se trouve principalement sur les moteurs radiaux plus anciens ou de grande taille. Il utilise un volant d'inertie qui est mis en rotation par un moteur électrique ou une manivelle manuelle, puis l'énergie cinétique est délivrée au vilebrequin via un embrayage.
Embrayage d'impulsion (Impulse coupling) : Un dispositif mécanique monté sur la magnéto.

Fonction : Utilise un ressort pour faire tourner brusquement le rotor de la magnéto à grande vitesse pendant le démarrage, produisant une étincelle puissante même à bas régime (lorsque la magnéto tourne lentement).
Ralentissement du calage : Il retarde également le calage de l'allumage pendant le démarrage pour éviter un retour de flamme (kickback).

3. Formules, règlements et procédures importantes

Couple de serrage des bougies : Toujours se référer au manuel d'entretien du moteur ou du fabricant de bougies pour la valeur spécifique. L'utilisation d'une clé dynamométrique calibrée est obligatoire.
Procédure de calage externe :

Retirer les bougies du cylindre de référence (généralement le n°1).
Tourner le vilebrequin dans le sens de rotation jusqu'à amener le piston du cylindre n°1 en fin de course de compression (repérer par la compression).
Aligner le repère de calage du vilebrequin avec le repère de calage du moteur (ex : 25° avant PMH).
Installer la magnéto sur le moteur sans la verrouiller complètement.
Connecter une lampe témoin ou un ohmmètre entre la borne primaire de la magnéto et la masse.
Tourner le corps de la magnéto dans le sens de rotation jusqu'à ce que la lampe s'allume ou que l'ohmmètre indique une résistance infinie (points ouverts).
Verrouiller la magnéto dans cette position.

Vérification des magnétos au ralenti : Procédure standard effectuée avant le décollage. La chute de régime maximale autorisée et la différence entre les deux magnétos sont spécifiées dans le manuel de vol de l'aéronef (AFM/POH). Une chute excessive ou une différence importante indique un problème.

4. Relations entre les concepts

Condensateur et points du rupteur : Un condensateur défectueux entraîne directement des points creusés. La relation est de cause à effet : sans condensateur fonctionnel, l'énergie de la bobine primaire n'est pas absorbée, créant un arc qui détruit les points.
Calage de la magnéto et performance du moteur : Le calage (avance à l'allumage) détermine l'efficacité de la combustion. Un calage incorrect (trop tôt ou trop tard) affecte directement la puissance, la température du moteur (EGT) et le fonctionnement général (régime, retour de flamme).
État des bougies et mélange air-carburant : Un mélange trop riche, surtout à faible puissance, est la cause principale de l'encrassement des bougies par le carbone. La gestion du mélange par le pilote influence directement la propreté des bougies.
Système d'allumage blindé et interférences radio : Le blindage (shielding) du système d'allumage (magnétos, faisceau, bougies) est essentiel pour contenir les interférences électromagnétiques (EMI) générées par les étincelles haute tension. Sans ce blindage, les communications radio et les systèmes de navigation seraient gravement perturbés.
Embrayage d'impulsion et démarrage : L'embrayage d'impulsion permet à la magnéto de produire une étincelle suffisamment forte pour démarrer le moteur à bas régime, tout en retardant le calage pour éviter les dommages au démarreur et les retours de flamme. C'est un composant qui lie le système d'allumage et le système de démarrage.

Chapitre 3 : Moteur alternatif — Allumage et démarrage