Les moteurs d’aviation BURLAT

1

Schéma en coupe longitudinale du moteur Burlat rotatif, Revue de l’industrie automobile & aéronau-tique, 15 mai 1912. Noter la position du carburateur, à gauche, et celle de l’arbre porte-hélice, à droite.(Collection de l’auteur).

Les moteursd’aviation Burlat

Les moteurs d’aviation BURLAT

2

Le moteur de l’aéronef

Les premiers dirigeables sont propulséspar un petit moteur à vapeur, seule techno-logie disponible à l’époque. Par suite de laprésence de la chaudière sous 2 500 m3

d’hydrogène, Henri Giffard (1825-1882) faitune tentative de navigation aérienne auda-cieuse en 1852. Son engin atteint 7 km/hentre Paris et Trappes. Développant 3 ch, lemoteur ne fournit à l’aéronef qu’une vitessede deux mètres par seconde et il faut navi-guer par un jour sans vent pour espérer re-venir à son point de départ, ce quicondamne la solution en usage militaire.

Le ballon « dirigeable » de l’Anglais Bell aux Vauxhall près deLondres, 1850. Premier ballon mû par une hélice servie pardes rameurs .

A Chalais-Meudon, vingt ans plus tard,les militaires ne sont pas plus avancés. Lecapitaine Charles Renard (1847-1905) utiliseun moteur à vapeur « vermiculaire » spé-cialement allégé en 1878, mais c’est un mo-teur électrique qui lui permet d’effectuer le 9août 1884 le premier voyage en circuit fermésur la France, une véritable navigation aé-rienne. En 1886, pour propulser un dirigea-ble militaire, il développe un formidablemoteur à explosion de 100 ch consommantde la gazoline et de l’hydrogène. Il lui faudrasept ans d’efforts pour réaliser le moteur, etdevant le danger d’explosion1 , il revient auxmoteurs à vapeur.

1. La proximité d’un moteur à explosion alimenté à l’essence

sous la masse de l’hydrogène ou du gaz d’éclairage, deuxgaz explosifs, conduit à des accidents. Le 12 mai 1902, ledirigeable Pax explose avenue du Maine à Paris, tuantson équipage de deux hommes. Le 24 juin 1908, le diri-geable de Lebaudy République s’écrase au sol à Avrilly,près de Moulins, une pale d’hélice ayant déchirél’enveloppe, causant la perte de quatre hommes.

Les dernières années du XIXe sièclevoient naître le moteur à explosion à pé-trole. A Tempelhof près de Berlin en 1896, leDocteur Wolfert expérimente le premier undirigeable à moteur Daimler à essence de 8ch. En France Santos-Dumont (1873-1932)réalise le même exploit peu après en dotantson dirigeable d’un moteur automobile deDion de 3 ch. L’Autrichien David Schwartzen 1897, avec un moteur Daimler de 12 ch,réalise à Tempelhof la première ascensiond’un dirigeable rigide.

Dirigeable militaire français Lebaudy Patrie à Moisson (Yveli-nes).

Jusqu’en 1909, les meilleurs dirigeablesmilitaires, des machines dont le prix d’achatpar l’armée est très élevé, cherchent encoreun bon moteur. Les industriels se sont déjàemparés de la construction de la machine.Les frères Lebaudy, industriels du sucre, selancent en 1899 dans la réalisation d’un di-rigeable, le Jaune, réalisé par Henri Julliot,directeur technique des sucreries. La firmeautomobile de Levallois Clément-Bayardconstruit des dirigeables pour l’Aéro-Clubde France et pour l’armée, suivie par lesEtablissements Surcouf, devenus Astra en1908. Simultanément, chaque motoristeautomobile propose un moteur aérien.

Jusqu’en 1909, les meilleurs moteurs àessence, développant plus de 50 ch, pèsentencore près de 200 kg, sans compter lepoids du carburant, le poids de l’eau de re-froidissement, du radiateur et des circuits.Le dirigeable Comte de la Vaulx en 1906 estpropulsé par un V4 à explosion de 16 ch re-froidi par eau conçu par l’ingénieur ClémentAder en 1901 et réalisé en 1903 pesant prèsde 100 kg. Des moteur à essence 4-cyl Dai-mler de 40 ch pesant 150 kg propulsent lesdirigeables types Lebaudy-Julliot en 1904.En 1906 le dirigeable Ville de Paris est pro-pulsé par un moteur marin Chenu adapté àl’automobile développant 70 ch.

Les moteurs d’aviation BURLAT

3

Un défi technique

En 1909, le moteur aérien constitue unvéritable défit technique. Puissant et léger,deux conditions contradictoires qui mènentà réaliser un moteur peu endurant. Si les aé-roplanes naissants peuvent se contenterd’un moteur fonctionnant quelques minutes,le temps d’une envolée, les dirigeables doi-vent tenir l’air des heures et sans la puis-sance de leur moteur, ils sont désemparés.C’est pourquoi sur la plupart d’entre euxsont montés deux moteurs, généralementplacés aux extrémités de la nacelle.

Type Volume Moteurs VitesseN° 2 7 000 m3 2 Clément-Bayard 120 ch 54 nœuds

N° 3 Dupuy de Lôme 9 000 m3 2 Clément-Bayard 120 ch 51 noeudsN° 4 Adjudant Vincenot 9 800 m 3 2 Clément-Bayard 120 ch 49 nœuds

N° 5 livré à la Russie 9 600 m 3 2 Clément-Bayard 130 ch 53 nœudsMontgolfier 6 500 m3 2 Clément-Bayard 90 ch 60 noeuds

Dirigeables Clément-Bayard, 1909-1914.

L’ingénieur lyonnais Antoine Burlatcréateur à Villeurbanne près de Lyon, ruePoizat, de la Société des Moteurs Burlatpour automobiles en 1904 présente quel-ques années plus tard un moteur aérien de35-40 ch à huit cylindres en étoile (ou plusexactement en X) ayant une triple particula-rité : bi-rotatif, refroidi par air, à vilebrequinroulant dans le carter. Le fait que le moteursoit bi-rotatif constitue en soi une nouveau-té. En effet, sur la plupart des rotatifs, le vi-lebrequin est fixe. Sur le moteur Burlat lebloc moteur et le vilebrequin sont tous lesdeux rotatifs. Le fait qu’il soit refroidi parair, une technique encore assez peu em-ployée à l’époque, indique un moteur léger :85 kg2. Un rapport poids/puissance de 2,4n’est pas extraordinaire, mais ce qui fascineles observateurs est son système de vilebre-quin roulant.

Type Volume Moteurs VitesseVille de Paris 3 195 m3 Argus 70 ch 32 nœuds

Ville de Bordeaux 3 300 m3 Renault 80-90 ch 38 nœudsVille de Nancy 3 300 m3 Clément-Bayard 115 ch 51 nœudsVille de Lucerne 4 500 m3 Clément-Bayard 115 ch 47 nœuds

Clément-Bayard I 3 500 m3 Clément-Bayard 115 ch 50 noeudsColonel Renard 4 200 m3 Panhard-Levass. 120 ch 38 nœuds

Espana 4 200 m3 Panhard-Levass. 120 ch 38 nœudsVille de Bruxelles 8 300 m3 Astra-Pipe 100 ch 51 nœuds

Astra-Torres vedette 1 590 m3 Chenu 55 chAdjudant Réau 8 950 m3 2 Brazier 125 ch 52 nœudsLieutenant Chauré 8 850 m3 2 Panhard-Levass 110 ch 50 nœuds

Conté 6 650 m3 2 Chenu 80 ch 45 nœudsType XIII 9 800 m3 2 Chenu de 150 ch 59 nœuds

Astra-Torres XIV 8 700 m3 2 Chenu 150 ch 80 noeuds

Dirigeables Astra, 1909-1914. Les grosses puissances autori-sent des vitesses élevées. 2. Le Gnome Omega développait 34 ch en mai 1909 pour

82 kg.

Certain de sa réussite, Burlat crée à Lyondébut 1910 une société portant le nom deson invention, la Société des Moteurs Rota-tifs Burlat.

Basé sur un brevet ancien puisque dépo-sé le 9 avril 1904 (n° 23.079), le « bi-rotatif » Burlat de 35-40 ch est présenté àParis au Salon de l’aéronautique en septem-bre 1909. Il fait sensation. Mais personnedans la presse n’est capable d’expliquer sonfonctionnement. Bi-rotatif ? L’ingénieurchargé de sa présentation parle du théorèmede Lahire. Du coup, personne n’y comprendplus rien. Mais ceci n’explique pas la mé-vente de la mécanique.

Moteur Burlat de 35-40 ch (1910) tournant dans son berceauen aluminium. Le carburateur est placé à l’un des axes de ro-tation, l’arbre porte-hélice à l’autre.

Testé par l’armée à Chalais-meudon en1910, pour une utilisation dans un dirigea-ble, le 35-40 ch dont la cylindrée est de 6,8litres développe en réalité 25 ch. Commer-cialisé fin 1910 pour la somme assez modi-que de 6 500 francs, le rotatif Burlat, malgréson mystère, est totalement dominé enperformances par les produits de la Sociétédes Moteurs Gnome, l’Omega, qui déve-loppe 50 ch en 1910 pour un poids de 76 kg,et l’Omega-Omega, un 14-cyl de 100 ch dontle rapport poids/puissance est proche de 1.

Publicité de la Société des Moteurs rotatifs Burlat, parue dansla Revue de l’industrie automobile et aéronautique, mai 1912.

Les moteurs d’aviation BURLAT

4

Les efforts de Burlat se reportent alorssur le 8-cyl de 65-70 ch (les techniciens duGénie à Chalais-meudon ne mesurentqu’une puissance de 55 ch à froid) dont lacylindrée est portée à 10 litres et sur le 16-cyl de 140 ch (qui développe 105 ch dans lemeilleur des cas) dont la cylindrée est de 20litres. Cependant le moteur bi-rotatif conti-nue à fasciner, sans doute par suite du faitque personne ne comprend comment ilfonctionne véritablement. Le 65-70 ch, re-baptisé plus justement 60 ch en 1912, estcommercialisé 11 000 francs. Comme le 35-40 ch, ce moteur ne trouve aucun acquéreur.

Moteur Burlat de 35-40 ch vu par-dessus. On voit mieux ladisposition des cylindres. (L’Aérophile).

A la même époque, plusieurs ingénieursfrançais présentent des moteurs rotatifs nonconventionnels. Breton présente un 12-cylen étoile « à puissance variable » de 20 à 60ch, bi-rotatif ; Beck présente un 75 ch dontles pistons sont courbes et tournent dans uncylindre unique de forme torique ; Candacommercialise un rotatif ne comportant pasde vilebrequin ; Collet chez Cyclone un ro-tatif de 90 ch sans aucune soupape, Demontun moteur dont les pistons « sont à doubleeffet » censé développer 300 ch, Dhenain unmoteur rotatif de 50 ch à distribution parpignons à engrenages, la société EJC un bi-rotatif de 60 ch à six-cylindres dont le vile-brequin et les cylindres sont fous (tournentsans appui fixe, comme sur le moteur Bur-lat), Esselbe un torique de 60 ch, Farcot unbicylindre deux temps de 80 ch rotatif, Filtzun 60 ch rotatif à six cylindres possédant unvilebrequin par piston, Helium des deuxtemps en étoile rotatifs de 60 ch et plus, La-viator des deux temps à trois cylindres enétoile, Ligez un trois cylindres en étoile bi-

rotatif dont la puissance est également don-née par le couple, la Société Rilhac & Ciesous la marque Siva un rotatif de 45 ch sansbielles ni vilebrequin.

Moteur Burlat 75 ch exposé au Salon de l’aéronautique de Pa-ris en décembre 1912. (L’Illustration).

Au Salon de 1912 à Paris, on ne comptepas moins de 450 moteurs différents desti-nés à l’aéronautique, aux dirigeables et auxaéroplanes. A l’exception de quelques moto-ristes, aucun de ces moteurs ne connaîtra lesuccès commercial. A ce moment, La Sociétédes Moteurs Gnome, Le Rhône et Clergetdominent le marché des rotatifs, présentantune gamme particulièrement bien adaptéeaux aéroplanes.

Moteur Burlat de 140 ch, tel que présenté au Salon de Paris,décembre 1912. On devine la position des seize cylindres, si oncompare cette photographie à celle de la même page, en haut àgauche. (L’Aérophile du 1er novembre 1912).

La Société des Moteurs Rotatifs Burlatdisparaît en avril 1914 après qu’elle ait dé-posé plusieurs brevets sur son moteur, n°1400999 en France en date du 16 janvier1913, n° 71501 en Suisse en date du 13 jan-vier 1914.

Par ce dossier, saluons, près d’un siècleplus tard, le dynamisme des petits ateliers

Les moteurs d’aviation BURLAT

5

parisiens et français, lancés parl’automobile, et qui ont investi parfois desmillions de francs, comme Burlat, dans laréalisation de moteurs, sans retour sur leurinvestissement.

Annéecréat.

Type Puis-sance

AlésageCourse

Poids Prix

1909 8-cyl en X 35-40 ch à1800 t

95 mm120 mm

85 kg 6 500 F

1910 8-cyl en X 65-70 ch à1800 t

120 mm120 mm

120 kg 11 000 F

1911 16-cyl en Ximbriqués

140 ch à1750 t

120 mm120 mm

230 kg 22 000 F

Moteurs rotatifs Burlat (1910-1913).

Action de cent francs de la Société des Moteurs Rotatifs Burlat.

Brevet Burlat déposé en Grande-Bretagne, 1913. (Office euro-péen des brevets).

Le théorème de Lahire

On doit au mathématicien français Phi-lippe de Lahire (ou La Hire, 1640-1718) plu-sieurs théorèmes sur les engrenages épicy-cloïdaux, en particulier sur la rotation d’unengrenage à l’intérieur d’un autre.D’ailleurs, les engrenages intérieurs portentson nom.

Tracés de l’hypocycloïde de Lahire, 1678.

Dans les trois cas de la figure ci-dessus,un cercle de petit diamètre se déplace àl’intérieur d’un cercle de plus grand diamè-tre. En A, le cercle intérieur a un diamètreinférieur au rayon du grand cercle. Au fur età mesure que le petit cercle roule àl’intérieur du grand cercle, le point A du pe-tit cercle trace une courbe dite hypocycloïde.En B, le petit cercle possède un diamètresupérieur au rayon du grand cercle. Lacourbe parcourue par le point A se matéria-lise autrement. En C, le diamètre du petit estégal au rayon du grand cercle. Dans ce cas,le point A parcourt une droite, la droite A A’,d’avant en arrière et d’arrière en avant aufur et à mesure que le petit cercle roule àl’intérieur du grand.

Pompe servant à liquéfier le protoxyde d’azote, dû à Deleuil,Bianchi, Hempel et Breton frères, 1865.

Les moteurs d’aviation BURLAT

6

En application de ce théorème, plusieursingénieurs au cours du XIXe siècle construi-sent des pompes aspirantes et refoulantes, lepoint A agissant sur un piston. Dans la ma-chine de Deleuil, une manivelle agissant surle grand cercle met en mouvement alternatifun piston chargé de comprimer l’azote.

Schéma de principe du moteur Burlat.

Brevet déposé en Suisse, janvier 1914. (Office européen desbrevets).

Dans le moteur Burlat, le carter moteurintérieur joue le rôle du grand cercle. Le vi-lebrequin, d’un diamètre égal à la moitié decelui du carter, tourne à l’intérieur du carter.Figurant le maneton, le point M (voir figuresci-contre et ci-dessous) du cercle de centre Vfigurant le vilebrequin parcourt la droite AA’ d’un mouvement alternatif, agissant parune bielle sur le piston P. On peut dire aussique le cercle de centre V est l’arbre vilebre-quin, M le maneton de ce vilebrequin, MXune bielle portant le piston P. Si une pres-sion agit sur le piston P, par exemple tirantvers le bas X, le point M se rapproche de A’et le cercle V roule vers la droite autour deC. Le point M parcourant la droite A A’, labielle ne travaille jamais de biais, oblique-ment, mais toujours dans l’axe A A’.

Moteur Burlat, principe de fonctionnement de l’embiellage. Levilebrequin comporte deux manivelles par groupe de quatrecylindres, décalées de 180°. Les pistons opposés sont solidai-res.

Les moteurs d’aviation BURLAT

7

Le moteur Burlat en action

Le moteur Burlat est bi-rotatif en ce sensque les cylindres tournent dans le mêmesens que le vilebrequin autour d’un axe lon-gitudinal, le vilebrequin tournant deux fois

plus vite que les cylindres. Sur les premiersmoteurs, le moteur tourne à 900 tours parminute et entraîne une hélice de trois mè-tres de diamètre (dirigeables) tandis que levilebrequin tourne à 1800 tours.

Moteurs Burlat, schéma trois vue, coupes transversales. Revue de l’industrie automobile et aéronautique, 15 mai 1912.

Le moteur 8-cyl est constitués de deuxgroupes de quatre cylindres montés en X à90° ; un premier groupe est formé par lesdeux cylindres avant et les deux premierscylindres du centre, le second groupe, sem-blable au premier est formé par des deuxcylindres du troisième rang et des deux der-niers. Dans chaque groupe, les quatre cylin-dres forment un X (schéma 1 ci-dessus) etattaquent deux manetons du vilebrequin quicomporte deux manivelles à 180 °. Les cy-lindres 1 et 3 sont opposés et attaquent lemême maneton V ; les cylindres 2 et 4 légè-rement décalés dans le plan vertical, égale-ment opposés, attaquent l’autre maneton.Le vilebrequin du 16-cyl comprend quatrecoudes décalés de 90°.

Examinons de fonctionnement d’ungroupe de quatre cylindres. Le schéma 1 ci-dessus montre le moteur dans sa positioninitiale, le cylindre 1 étant au début dutemps d’explosion. Le point V occupe uneposition excentrée par rapport à l’axe derotation du moteur, l’excentrage étant dé-terminé par la longueur du coude du vile-brequin. Les manetons de bielle passent àtour de rôle par le centre de rotation dumoteur. La rotation du moteur se fait dansle sens indiqué par la flèche.

Lorsque le moteur a tourné sur lui-mêmede 45° par rapport à la position initiale(schéma 2), le vilebrequin a tourné de 90°.Quand le cylindre 1 atteint le bas du dessin,le bloc moteur et ses huit cylindres a fait undemi tour et le vilebrequin un tour complet.A ce moment, le cylindre 1 est à fond de

course du temps d’explosion. Chaque tempsd’explosion d’un cylindre dans un groupecorrespond donc à un tour complet del’arbre vilebrequin. Le cylindre 1 revient en-suite après un autre demi-tour moteur à laposition du schéma 1 évacuer ses gaz brû-lés ; au tour suivant se produiront les deuxtemps restants, admission et compression.Chaque cylindre d’un groupe a les mêmestemps aux même points de la circonférencedécrite.

Schéma de fonctionnement du moteur Burlat décit dans lebrevet page 5.

Les moteurs d’aviation BURLAT

8

Moteur Burlat, description

Le moteur rotatif Burlat d’aviation de 35-40 ch (1910) fait 6,8 litres de cylindrée decylindrée pour un poids de 85 kg, berceauporteur en aluminium coulé compris. Ilcomporte huit cylindres placés en X commeillustré ci-dessous. De même architecture, lemoteur de 65-70 ch (1911) fait près de 11 li-tres de cylindrée et pèse 120 kg, berceau entôle emboutie et accessoires (carburateur,magnéto) inclus. Le moteur annoncé pour140 ch fait pratiquement 22 litres de cylin-drée et pèse 230 kg en ordre de marche.

Moteur Burlat 75 ch, 1911. Ce dessin montre la disposition dé-calée des cylindres. (Revue Aeronautics 1912, documentCAEA).

Cylindres. – Les cylindres sont enfonte, sans chemise, munis d’ailettes de re-froidissement. Leur alésage est de 95 mm(35-40 ch) ou 120 mm (autres moteurs). Lemoteur tournant à faible vitesse, 900 tours,soit 30 mètres par seconde au niveau desculasses, leur disposition sur des plans dé-calés permet cependant un bon refroidisse-ment. Vissés au bloc moteur en acier coulé,l’ensemble rotatif formé par la masse descylindres et du carter tourne sur des roule-ments à billes.

Embiellage. – Les pistons, fabriqués enfonte, sont vissés sur les têtes de bielles. Lessegments sont en fonte, comme les cylin-dres. Les pistons sont fixés par deux en op-position aux extrémités de deux bielles quiattaquent le vilebrequin en acier-nickel cé-menté et trempé, reposant sur des coussi-nets en bronze phosphoreux.

Moteur Burlat, embiellage.

Le moteur rotatif Burlat, présenté à la presse en mai 1912.

Distribution. – Chaque cylindre dis-pose d’une soupape d’admission, automati-que et logée sur le piston, et d’une soupaped’échappement, commandée, placée sur laculasse. La soupape d’admission est équili-brée par une combinaison de ressorts et le-viers à contrepoids de manière à équilibrerla force centrifuge résultant de la rotation dumoteur. Dès que le moteur a atteint son ré-gime de puissance, les leviers basculent etréduisent la compression, ce qui régule lerégime.

Les soupapes d’échappement sont pla-cées au sommet des cylindres et sont com-mandées par des arbres à cames. Un dispo-sitif permet de régler le moment d’ouverturependant la marche.

Les moteurs d’aviation BURLAT

9

Allumage. – Logée à l’extérieur du ber-ceau porteur, une magnéto haute tensioncommunique le courant électrique aux bou-gies des cylindres par un distributeur montésur le carter.

Graissage. – une pompe à huile à débitréglable, commandée par la rotation dumoteur, envoie l’huile sous pression auxdeux portées du vilebrequin.

Gérard Hartmann

Schéma en coupe montrant le système de distribution.