Le turboréacteur est un système de propulsion qui transforme le potentiel d'énergie chimique contenu dans un carburant, associé à un comburant qu'est l'air ambiant, en énergie cinétique permettant de générer une force de réaction en milieu compressible dans le sens opposé à l'éjection.
Ce type de moteur est essentiellement utilisé sur les avions de type commercial ou militaire. La poussée générée résulte de l'accélération d'une certaine quantité d'air entre l'entrée (buse d'entrée d'air) et la sortie (tuyère d'éjection). Afin d'injecter une quantité d'air suffisante en masse, un accroissement de la pression à vitesse à peu près constante est assuré par le compresseur d'entrée. Un important dégagement d'énergie est ensuite provoqué par la combustion d'un carburant, généralement du kérosène, avec l'oxygène de l'air qui traverse la machine. Une partie de l'énergie produite est récupérée par une turbine à la sortie de la chambre de combustion pour entraîner certains accessoires, dont le compresseur situé juste en aval de l'entrée d'air. L'autre partie du flux chaud (additionnée ou non au flux froid suivant le type de réacteur) produit la poussée par détente dans la tuyère d'éjection.
Historique Préambule avant la Seconde Guerre mondiale : les pionniers vignette|gauche|Le premier avion à propulsion réactive au deuxième Salon de l'aéronautique de 1910. vignette|droite|120px|Turbine du moteur Coanda (1910). vignette|gauche|Le Heinkel He 178 propulsé par son turboréacteur HeS 3, premier aéronef ayant réussi ses vols en 1939.
Le début de l' peut être confondu avec la présentation du « turbo-propulseur » construit par le Roumain Henri Coandă au salon de l'aéronautique en 1910. Aujourd'hui on le classerait dans la catégorie des motoréacteurs : le compresseur (centrifuge) n'est pas actionné par une turbine mais par un moteur à piston. Lors d'un essai au sol, son inventeur et pilote, surpris par sa puissance, coupe le moteur, mais l'inertie, bien plus importante que celle d'un moteur à hélice, fait que l'avion décolle quand même, puis, privé de propulsion, atterrit brutalement et brûle partiellement. Coandă revient à une motorisation à hélice, mais poursuit ses études et son aventure sera à l'origine de la découverte de l'effet Coandă.
Le moteur Coandă inspire d'abord le français Maxime Guillaume, qui est le premier à déposer, le , un brevet d'inventionBrevet de Maxime Guillaume, . concernant le « propulseur par réaction sur l'air », brevet qu'il obtient le .. Néanmoins, il ne sera suivi d'aucune construction, car elle aurait nécessité d'importantes avancées techniques sur les compresseurs et les matériaux.
Dans les années 1930, de nouveaux turboréacteurs sont conçus, à peu près simultanément mais indépendamment, par Frank Whittle au Royaume-Uni et par Hans von Ohain en Allemagne Kendall F. Haven (2006), 100 greatest science inventions of all time, How was the jet engine invented ?, .. :
Whittle, ingénieur aéronautique, s'engage dans la Royal Air Force en 1928 et effectue ses premiers vols en tant que pilote en 1931. Âgé alors de , il imagine pour la première fois un avion propulsé sans hélices et essaie sans succès d'obtenir un soutien financier de l'armée pour le développement de son idée. Il persiste alors seul dans le développement de cette motorisation et imagine l'utilisation de deux turbines, l'une à l'entrée pour amener l'air vers la chambre de combustion et l'autre pour mélanger le carburant à l'air.
vignette|Prototype anglais Gloster E28/39 « Pioneer », propulsé par le réacteur W.1 en 1941.
En 1935, grâce à des dons privés, il construit le premier prototype de turboréacteur et le teste au banc d'essai en . Le W.1, premier turboréacteur destiné à un petit avion expérimental, est livré le à la société Power Jets Ltd., avec laquelle Whittle est associé. En , la Gloster Aircraft Company est choisie pour développer un avion mû par le W.1. Le « Pioneer » effectue ainsi son premier vol le .
Von Ohain est docteur en physique diplômé en 1935 de l'Université de GöttingenD'après la notice . en Allemagne. Le constructeur d'avions Ernst Heinkel l'embauche pour développer un nouveau type de propulsion aéronautique. Von Ohain conçoit l'idée d'un moteur dont la combustion se fait selon un cycle continu et dépose en 1934 un brevet de moteur à propulsion similaire à celui de Whittle sur le principe, mais différent sur les éléments internes. Heinkel a déposé un brevet pour un moteur comme celui de Von Ohain aux États-Unis en , U2256198, inventeur M Hahn. Von Ohain fait voler le premier turboréacteur sur un Heinkel He 178 motorisé par un HeS 3 en 1939.
Autour de la Seconde Guerre mondiale vignette|redresse=1|Le Messerschmitt Me 262, premier chasseur de l'histoire équipé de turboréacteurs, des Junkers Jumo 004B.
Tous ces premiers turboréacteurs, dont ceux de Whittle et Von Ohain, utilisent la technologie du compresseur centrifuge. Ils présentent l'inconvénient de nécessiter un moteur de grand diamètre pour pouvoir comprimer correctement l'air à l'entrée du turboréacteur, ce qui augmente le diamètre de leur fuselage et pénalise leurs performances, en particulier leur vitesse maximale. En 1940, Anselm Franz développe un turboréacteur fondé sur le principe des compresseurs axiaux, dont la section frontale est beaucoup plus restreinte et le rendement meilleur. Le Junkers Jumo 004 devient ainsi, en 1944, non seulement le premier turboréacteur moderne mais également le premier produit en série. Klaus Hünecke (1997), Jet engines : fundamentals of theory, design and operation, Turbine Aircraft Engine, 1, .. Il fournit une poussée de 8,8 kN (le ministère de l'air exigeait 5,9 kN) pour une masse à vide de 719 kgÀ titre de comparaison le moteur à piston Jumo 213 pesait 940 kg pour une puissance maximale de 1750 ch, soit 1310 kW ; la conversion entre la puissance P et la poussée F est délicate, dépendante de la vitesse (selon la formule P=F.v ou F=P/v) et du rendement de l'hélice, mais sous des hypothèses raisonnables, v=150 m/s et rendement de 75%, la puissance de ce moteur équivaut à environ 1310 x 0,75 / 150 = 6,5 kN de poussée..
L'adoption est facilitée par le coût nettement plus faible de ces moteurs par rapport à ceux à piston : par exemple un Jumo 004 coutait Reichsmarks contre pour le Junkers Jumo 213 ou pour le BMW 801, et sa fabrication ne réclamait que 375 heures de travail contre , tout en n'utilisant que des matériaux ordinaires ; la durée de vie du moteur est faible mais cohérente avec celle de survie d'un avion ou d'un pilote militaire de l'époque (quelques dizaines d'heures).
Les premiers avions à turboréacteurs construits en série sont des chasseurs-bombardiers, tels que les Messerschmitt Schwalbe, mus par des Jumo 004A, utilisés à la fin de la Seconde Guerre mondiale. Leur conception est facilitée par la forme allongée et le petit diamètre des turboréacteurs axiaux. Après guerre, les turboréacteurs se généralisent, aussi bien dans l'aviation militaire que civile, ainsi que les turbopropulseurs, conçus sur une technologie très similaire, pour entraîner des hélices. Les Alliés construisent un nombre important de nouveaux turboréacteurs, dont le est sûrement le plus avancé..
vignette|Le De Havilland Comet, premier avion commercial à turboréacteurs, décolle en 1953 aux couleurs de la BOAC.
Ces premiers chasseurs seront pénalisés par des moteurs fragiles et un manque cruel de puissance. Le Bell P-59 Airacomet, premier avion de chasse à réaction conçu aux États-Unis, n'a d'ailleurs jamais été engagé dans des missions de combat en raison de ses performances décevantes (sous motorisé, peu manœuvrable à basse vitesse…).. Ainsi, dès 1945, les premiers aéronefs « hybrides » font leur apparition. Ces appareils, à l'image du Ryan FR Fireball, sont en effet mus par un turboréacteur et un moteur à pistons.. Certains appareils sont même dotés de motoréacteurs, qui permettent d'associer un moteur à pistons avec un embryon de turboréacteur. Par ailleurs, la recherche de vitesses toujours plus importantes sera à l'origine dans les années 1960 d'une nouvelle hybridation : un turboréacteur associé à un statoréacteur. Le Nord 1500 Griffon II fonctionne sur ce principe. Le turboréacteur fonctionne au décollage tandis que le statoréacteur prend le relais en vol de croisière..
Par la suite, le développement continu des turboréacteurs devient un enjeu majeur aussi bien militaire que civil. Conçu par McDonnell Douglas, le F-4 Phantom II est l'un des avions militaires américains les plus importants du et l'avion de combat occidental ayant été le plus produit depuis la guerre de Corée. Mû par deux turboréacteurs General Electric J79, il est l'un des très rares avions à être réputé pour sa durée de vie et ses aptitudes en mission.. D'un point de vue civil, le De Havilland Comet est le premier avion commercial propulsé par des turboréacteurs. Lancé en 1949, il est resté célèbre pour une série d'accidents en vol qui a mis en évidence le phénomène de fatigue des structures dans l'aéronautique..
1950 – 1980 : la recherche de performances vignette|gauche|Photographie d'un Lockheed F-104 Starfighter et du General Electric J79 qui le propulse.
La recherche de performances plus élevées du point de vue de la poussée se concentre essentiellement sur deux voies : l'augmentation du taux de compression — les compresseurs centrifuges et les premiers compresseurs axiaux atteignent difficilement un rapport de 6 — et l'augmentation de la température d'éjection. Aux États-Unis, en 1953, General Electric développe le J79, dont le compresseur comporte , 6 des stators étant à incidence variable. Ce dernier sera produit en . En 1949, Pratt & Whitney développe le premier réacteur double corps qui amènera au développement du J57 militaire utilisé sur les Boeing B-52 et , ainsi que les Douglas Skywarrior.
Dans le domaine civil, sous la dénomination JT3C, il sera le propulseur originel des Boeing 707 et Douglas DC-8 et sera, au total, produit à . Au Royaume-Uni, Bristol développe à partir de 1949 l'Olympus, de technologie similaire. Initialement, il fournira une poussée de portée vers en 1957, près de en 1960 et finalement . Équipé de la postcombustion, il deviendra le propulseur du Concorde avec une poussée nominale de .
En France, la Snecma développe la série des Atar, qui culminera avec le 9C à , et équipera les Mirage III et 5. Enfin, l'URSS produit les Mikulin AM-5, AM-9 et RD-9 qui équipent les chasseurs MiG-19 et Yak-25. Les bombardiers Tu-16 et le transport civil Tu-104 sont équipés de l'AM-3 développé par Mikouline qui, bien qu'utilisant la technologie monocorps, atteint près de .
Le choc pétrolier vignette|Le General Electric TF39, l'un des premiers turboréacteurs à double flux à haut taux de dilution.
En dehors du Concorde, supersonique, les avions commerciaux sont limités à des vitesses subsoniques. L'augmentation de la poussée n'est donc nécessaire que pour propulser des avions de plus en plus lourds. Après le choc pétrolier, les recherches portent sur des moteurs dont la consommation spécifique — le rapport entre la consommation de carburant et la poussée obtenue — est le plus faible possible. La concurrence se révèle très forte entre les trois principaux motoristes — Rolls-Royce au Royaume-Uni, Pratt & Whitney aux États-Unis et CFM, consortium entre l'américain General Electric et le français Snecma — et ceci d'autant plus que Boeing ou Airbus laissent aux compagnies aériennes le choix du propulseur. Les développements portent donc essentiellement sur un nouveau type de turboréacteur, le turbofan ou turboréacteur à double flux, qui peut être considéré comme intermédiaire entre le turboréacteur et le turbopropulseur (voir Propulsion des aéronefs). Le premier développement est réalisé par Rolls-Royce avec le Conway et un taux de dilution initial de 0,3 porté par la suite à 0,6.