Qui a inventé le turbocompresseur ?

Le turbo moderne naît du brevet d'Alfred Büchi en 1905, séparant physiquement la compression de l'air du cycle moteur. Ce recyclage de l'énergie thermique perdue optimise le rendement global sans ponctionner la puissance mécanique. En 1918, à 4300 mètres, il maintenait la puissance là où un bloc atmosphérique perdait 50 % de ses capacités.

Plus de 40 % de l'énergie contenue dans le carburant d'un moteur à combustion repart par l'échappement sous forme de chaleur. L'idée de récupérer cette énergie perdue pour comprimer l'air d'admission et donc gaver les cylindres en oxygène sans ponctionner le vilebrequin est le principe fondateur du turbocompresseur. En 1905, l'ingénieur suisse Alfred Büchi formalise ce concept dans un brevet qui sépare physiquement la turbine du compresseur, posant les bases d'une technologie qui équipe aujourd'hui la quasi-totalité des moteurs neufs vendus en Europe. Cet article retrace le parcours technique du turbo, des premiers essais d'Auguste Rateau sur les moteurs d'avion aux géométries variables de nos blocs downsizés, pour vous donner les clés de compréhension qui éclairent aussi les problématiques de maintenance et de fiabilité que nous traitons en atelier.

Qui a déposé le premier brevet du turbocompresseur ?

Avant Büchi, d'autres ingénieurs avaient tenté de forcer davantage d'air dans un moteur. Mais tous ponctionnaient de l'énergie au vilebrequin pour le faire. Ce qui change en 1905, c'est le principe même de la récupération : utiliser ce qui était jeté — les gaz d'échappement — pour alimenter un compresseur indépendant.

Alfred Büchi et le dépôt historique du 13 novembre 1905

Le 13 novembre 1905, Alfred Büchi, ingénieur chez Sulzer à Winterthur (Suisse), obtient le brevet DRP 204630 pour un « moteur composé hautement suralimenté ». Le document décrit un système à deux étages : une turbine entraînée par la détente des gaz d'échappement fait tourner, via un arbre commun, un compresseur centrifuge qui comprime l'air d'admission avant son entrée dans les cylindres. La particularité du brevet — et ce qui le distingue de tout ce qui existait avant — est la séparation physique entre le cycle moteur et le cycle de compression. L'énergie nécessaire à la suralimentation ne provient plus du moteur lui-même mais de la chaleur résiduelle des gaz d'échappement, qui aurait été perdue sans cela.

Le brevet de 1905 d'Alfred Büchi marque la naissance officielle du turbocompresseur en posant un principe resté inchangé depuis : la turbine d'échappement alimente le compresseur d'admission sans aucun lien mécanique avec le vilebrequin.

Büchi mettra encore vingt ans à obtenir un prototype fonctionnel. Ce n'est qu'en 1925 qu'il réalise un turbo opérationnel sur un moteur diesel 10 cylindres de la marine, atteignant un gain de rendement de 40 % par rapport au même bloc atmosphérique. Le brevet de 1905 était en avance sur les matériaux et les usinages de son époque : les ailettes de turbine ne supportaient pas encore les températures et les vitesses de rotation que le concept exigeait.

Les prémices techniques de Louis Renault et Gottlieb Daimler

En 1902, Louis Renault dépose un brevet décrivant un ventilateur destiné à augmenter la pression d'admission de son monocylindre de 8 chevaux (la Renault Type G). Le principe fonctionnait, mais il consommait de l'énergie mécanique au lieu d'en recycler : le ventilateur était entraîné par le moteur lui-même, ce qui amputait une partie de la puissance produite. On parle de compresseur mécanique (ou supercharger en anglais), pas de turbocompresseur.

Gottlieb Daimler avait exploré une voie similaire dès 1885, en cherchant à injecter de l'air comprimé directement dans ses cylindres à l'aide d'une pompe. Ces travaux ont ouvert la voie à la suralimentation mécanique utilisée ensuite en compétition (les compresseurs Roots des Mercedes-Benz de Grand Prix des années 1930, par exemple), mais ils reposent sur un principe fondamentalement différent de celui de Büchi : le compresseur mécanique prélève sa force sur le vilebrequin, alors que le turbo est une machine thermique autonome, alimentée par de l'énergie qui serait autrement perdue à l'échappement.

Pour comprendre en détail le fonctionnement d'un turbo moderne, consultez notre article qu'est-ce qu'un turbo.

Pourquoi l'aviation a adopté le turbo avant l'automobile

Si le brevet est suisse et le concept purement thermique, c'est un problème de physique très concret qui a accéléré l'adoption du turbo : la raréfaction de l'air en altitude. Au niveau de la mer, un moteur aspire environ 1,225 kg d'air par mètre cube. À 5 000 mètres, cette densité tombe à 0,736 kg/m³ — soit 40 % d'oxygène en moins pour brûler le carburant. Un moteur atmosphérique perd donc mécaniquement une fraction proportionnelle de sa puissance. Pour les aviateurs de la Première Guerre mondiale, qui devaient voler toujours plus haut pour échapper à la DCA, ce phénomène était un problème tactique autant que technique.

L'apport d'Auguste Rateau sur le moteur Renault 12 Fe

L'ingénieur français Auguste Rateau, spécialiste des turbomachines (il avait déjà conçu des turbines à vapeur pour la marine), est le premier à adapter un turbocompresseur sur un moteur d'avion en conditions opérationnelles. Durant la Grande Guerre, il équipe le moteur Renault 12 Fe — un V12 de 320 chevaux qui propulsait le biplan Breguet XIV, l'un des bombardiers les plus utilisés par l'armée française à partir de 1917. Le turbo de Rateau compensait la perte de densité de l'air en altitude en maintenant une pression d'admission constante dans les cylindres, ce qui permettait au V12 de conserver l'essentiel de sa puissance au-delà de 5 000 mètres, là où un bloc non suralimenté tombait sous les 200 chevaux.

L'apport de Rateau est souvent sous-estimé dans l'histoire du turbo : c'est lui qui a démontré la faisabilité pratique du concept de Büchi sur un moteur à pistons haute performance, et non sur un diesel industriel de basse vitesse. La difficulté résidait dans les températures d'échappement d'un moteur d'avion poussé à plein régime (plus de 800 °C), bien supérieures à celles d'un diesel marin. Rateau a dû concevoir des ailettes capables de résister à ces contraintes thermiques avec les alliages disponibles à l'époque.

Pour approfondir le lien entre turbo et moteur, lisez notre article sur le turbo moteur.

Les tests de Sanford Moss au sommet du mont Evans en 1918

De l'autre côté de l'Atlantique, l'ingénieur américain Sanford Moss mène en 1918 une expérience devenue célèbre. Pour le compte de General Electric, il installe un turbocompresseur sur un moteur V12 Liberty de 350 chevaux et le teste au sommet du mont Evans, dans le Colorado, à 4 300 mètres d'altitude. Sans turbo, le V12 ne développait plus que 230 chevaux à cette altitude : une perte de 34 %. Avec le turbo, le moteur retrouvait sa puissance nominale de 350 chevaux, prouvant que la suralimentation annulait complètement l'effet de l'altitude sur le rendement.

Cette démonstration a convaincu l'armée américaine d'investir massivement dans la turbosuralimentation pour son aviation militaire. Au cours de la Seconde Guerre mondiale, les turbocompresseurs General Electric équipaient les bombardiers lourds B-17 Flying Fortress et B-24 Liberator, leur permettant d'opérer à plus de 7 500 mètres d'altitude — hors de portée de la plupart des chasseurs et de la défense antiaérienne de l'Axe. Le turbo passait du statut de curiosité expérimentale à celui d'avantage stratégique décisif.

1962 : les premières voitures de série turbocompressées

Le passage de l'aviation à l'automobile a pris près de quarante ans. La raison est pragmatique : au niveau de la mer, un moteur de voiture ne souffre pas de la raréfaction de l'air. Le turbo n'avait pas de problème à résoudre sur une berline roulant à basse altitude — du moins pas avant que la course à la puissance et les normes antipollution ne changent la donne.

Le moteur Turbo-Rocket de l'Oldsmobile F-85 Jetfire

En 1962, l'Oldsmobile F-85 Jetfire devient la première voiture de série équipée d'un turbocompresseur. Son V8 aluminium de 3,5 litres, surnommé « Turbo-Rocket », recevait un petit turbo Garrett T5 qui portait la puissance à 215 chevaux : un chiffre remarquable pour un bloc de cette cylindrée à l'époque, quand les V8 atmosphériques de même taille plafonnaient à 155-185 chevaux.

Mais la Jetfire a aussi révélé les limites technologiques du moment. La chaleur excessive dans la chambre de combustion provoquait du cliquetis (détonation) destructeur pour les pistons, un phénomène mal maîtrisé avec les essences à faible indice d'octane de l'époque. Pour contourner le problème, les ingénieurs d'Oldsmobile ont installé un réservoir séparé de « Turbo-Rocket Fluid » — un mélange d'eau et de méthanol qui était injecté dans l'admission pour refroidir la charge d'air comprimé et abaisser la température de combustion. Le système fonctionnait, mais il imposait aux propriétaires de surveiller le niveau de ce fluide en plus de l'huile et du liquide de refroidissement. Quand le réservoir était vide, le turbo se désactivait automatiquement, et le moteur retombait à sa puissance atmosphérique. Résultat : après seulement deux années de production et environ 9 600 exemplaires, General Motors a retiré la Jetfire du catalogue.

L'Oldsmobile Jetfire a prouvé que la turbosuralimentation fonctionnait sur une voiture de série, mais sa complexité de maintenance a retardé l'adoption du turbo dans l'automobile de près de quinze ans.

L'influence de la compétition et du passage au diesel routier

Le tournant a lieu en 1977, lorsque Renault engage la RS01 en Formule 1 avec un V6 1.5 litre turbocompressé. À ses débuts, la voiture accumule les abandons : le turbo casse, les équipes rivales la surnomment la « théière jaune » ; mais en 1979, la RS01 remporte le Grand Prix de Dijon, première victoire d'un moteur turbo en F1. En quelques saisons, tous les constructeurs abandonnent leurs gros V8 atmosphériques au profit de blocs turbo, jusqu'à l'interdiction de la technologie par la FIA en 1989 (elle sera réautorisée en 2014 avec les V6 turbo-hybrides actuels).

En parallèle, le turbo s'impose sur les poids lourds dès les années 1920-1930 (les premiers essais de Büchi lui-même portaient sur des moteurs diesel industriels), puis gagne le diesel routier à la fin des années 1970. La Mercedes 300 SD de 1978 est la première berline diesel turbocompressée de série, suivie par le Peugeot 604 turbodiesel en 1979. Le couple turbo-diesel deviendra la norme en Europe dans les années 1990-2000, le turbo compensant la faible vitesse de combustion du gazole par un apport d'air massif.

Modèle	Année	Innovation	Contexte technique
Oldsmobile F-85 Jetfire	1962	1ère voiture turbo de série	Injection eau/méthanol contre le cliquetis
BMW 2002 Turbo	1973	1ère européenne turbo de série	KKK turbo, 170 ch sur 4 cylindres 2.0 L
Porsche 911 Turbo (930)	1974	Turbo sur flat-6 refroidi par air	260 ch, image sportive qui popularise le terme « turbo »
Renault RS01	1977	1er turbo en F1	V6 1.5 L, victoire à Dijon en 1979
Mercedes 300 SD	1978	1ère berline turbodiesel de série	5 cylindres 3.0 L diesel, marché US d'abord

La BMW 2002 Turbo de 1973, souvent oubliée, est pourtant la première voiture européenne de série à recevoir un turbo. Son 4 cylindres de 170 chevaux a ouvert la voie à la Porsche 911 Turbo l'année suivante, qui a durablement associé le mot « turbo » à l'idée de performance dans l'imaginaire collectif.

Un turbo sollicité en compétition ou à haut régime sur route vieillit plus vite. Consultez notre article sur la durée de vie d'un turbo pour connaître les facteurs d'usure et les bonnes pratiques d'entretien.

Downsizing et géométrie variable : l'ère du turbo indispensable

Jusqu'aux années 2000, le turbo restait une option réservée aux motorisations diesel et aux versions sportives des modèles essence. Aujourd'hui, il équipe la quasi-totalité des moteurs neufs vendus en Europe, y compris les petites citadines. Ce basculement s'explique par une contrainte réglementaire : les normes Euro 6d imposent des plafonds d'émissions de CO₂ que seul le downsizing — la réduction de cylindrée compensée par la suralimentation — permet d'atteindre sans sacrifier les performances attendues par les conducteurs.

Le rôle de la suralimentation dans l'efficacité énergétique actuelle

Le principe du downsizing est mécanique : un moteur 1.2 litre turbo peut produire le couple et la puissance d'un ancien 1.8 litre atmosphérique, tout en consommant 15 à 25 % de carburant en moins à charge partielle (le régime le plus fréquent en conduite quotidienne). La cylindrée réduite diminue les pertes par frottement, le poids du bloc et la cylindrée fiscale. C'est cette logique qui a fait naître les PureTech 1.2 turbo chez PSA, les EcoBoost 1.0 chez Ford, les TSI 1.0/1.5 chez Volkswagen ou encore les FireFly 1.0 turbo chez Fiat.

Pour que le downsizing fonctionne sans temps de réponse excessif à bas régime (le fameux « turbo lag »), les constructeurs ont généralisé le turbo à géométrie variable (VGT, pour Variable Geometry Turbocharger). Ce système utilise des ailettes mobiles dans le carter de turbine, orientées par un mécanisme à dépression ou électrique. À bas régime, les ailettes se ferment pour accélérer les gaz d'échappement et faire monter le compresseur en pression plus vite ; à haut régime, elles s'ouvrent pour éviter la surpression. Le résultat est un couple disponible dès 1 500 tours/min sur la plupart des blocs modernes, contre 2 500-3 000 tours/min sur les turbos à géométrie fixe des années 1990. Consultez les détails techniques dans notre article sur le turbo à géométrie variable.

Maintenance préventive et gestion thermique du turbo

L'arbre de turbine d'un turbo moderne tourne entre 80 000 et 250 000 tours par minute selon les modèles, soutenu par des paliers lisses (ou à roulement sur certains turbos récents) lubrifiés en permanence par le circuit d'huile moteur. À ces vitesses de rotation, le film d'huile entre l'arbre et le palier ne mesure que quelques microns d'épaisseur. Toute dégradation de l'huile — viscosité insuffisante, particules de calamine en suspension, intervalles de vidange dépassés — provoque un contact métal-métal qui use l'arbre et les paliers en quelques milliers de kilomètres.

Trois habitudes préventives prolongent significativement la durée de vie du turbo :

Respecter les intervalles de vidange : sur un moteur turbo diesel comme le 1.6 HDi, une vidange tous les 15 000 km (ou une fois par an) avec une huile répondant à la norme constructeur est le minimum. L'huile d'un moteur turbo subit des contraintes thermiques bien supérieures à celle d'un bloc atmosphérique : elle passe dans le carter de turbine où les températures dépassent 700 °C côté gaz d'échappement. Une huile dégradée carbonise sur les portées de palier et colmate le tamis du conduit de retour d'huile.
Laisser le moteur au ralenti 30 secondes à 1 minute avant l'arrêt après un trajet autoroutier ou une sollicitation prolongée. La turbine continue de tourner par inertie après la coupure du moteur, mais la pompe à huile s'arrête immédiatement. Sans flux d'huile, la chaleur résiduelle de la turbine « cuit » le film d'huile restant dans les paliers et forme un dépôt de coke. Les voitures équipées d'un turbo-timer ou d'une pompe à huile électrique (fréquent sur les modèles récents) gèrent ce refroidissement automatiquement.
Surveiller l'encrassement des ailettes de géométrie variable : sur les moteurs diesel, les suies et la calamine se déposent progressivement sur les ailettes mobiles du VGT, réduisant leur amplitude de mouvement. Quand les ailettes se bloquent en position ouverte, le turbo ne monte plus en pression à bas régime (perte de couple, fumée noire). Quand elles se bloquent en position fermée, la surpression endommage le circuit d'admission et peut déclencher la soupape de décharge en permanence. Un décalaminage préventif tous les 60 000 à 80 000 km est recommandé sur les motorisations diesel à géométrie variable.

Depuis le brevet d'Alfred Büchi en 1905, le turbocompresseur a parcouru le chemin de la curiosité théorique à l'équipement de série universel. Le principe n'a pas changé : récupérer l'énergie des gaz d'échappement pour comprimer l'air d'admission, mais les matériaux, les tolérances d'usinage et l'électronique de gestion ont transformé une pièce autrefois fragile en un organe capable de dépasser les 200 000 km quand il est correctement entretenu. En atelier, nous constatons que les pannes de turbo sont rarement liées à un défaut de conception : dans la grande majorité des cas, c'est un défaut de lubrification ou un encrassement progressif qui finit par avoir raison de la pièce. Anticipez vos vidanges, surveillez votre huile, et le turbo fera son travail longtemps.

FAQ

Alfred Büchi a-t-il fabriqué le premier turbo fonctionnel en 1905 ?

Non. Le brevet DRP 204630 du 13 novembre 1905 décrit le principe théorique de la turbosuralimentation : une turbine entraînée par les gaz d'échappement alimentant un compresseur centrifuge indépendant du vilebrequin, mais Büchi n'a obtenu un prototype opérationnel qu'en 1925. Il a fallu vingt ans de progrès en métallurgie et en usinage de précision pour que les ailettes de turbine résistent aux températures et aux vitesses de rotation exigées par le concept. Le premier test concluant a été réalisé sur un moteur diesel marin 10 cylindres, avec un gain de rendement mesuré de 40 % par rapport au même bloc aspiré naturellement.

Pourquoi le compresseur mécanique de Renault (1902) n'est-il pas considéré comme un turbo ?

Parce qu'il prélève sa force sur le vilebrequin du moteur, via une courroie ou un engrenage. Il augmente bien la pression d'admission, mais en consommant une partie de la puissance produite par le moteur — typiquement 10 à 15 % de la puissance du vilebrequin sur les compresseurs Roots des années 1930. Le turbocompresseur, lui, est une machine thermique autonome : sa turbine est entraînée par l'énergie cinétique et calorifique des gaz d'échappement, qui aurait été dissipée dans l'atmosphère sans cela. C'est cette distinction — récupération d'énergie perdue vs. prélèvement d'énergie utile — qui fonde la différence entre turbo et compresseur.

Combien de chevaux le turbo faisait-il gagner sur les avions de la Première Guerre mondiale ?

Le gain ne se mesure pas en chevaux ajoutés au niveau de la mer, mais en chevaux préservés en altitude. Le moteur Renault 12 Fe équipé du turbo de Rateau conservait ses 320 chevaux nominaux à plus de 5 000 mètres, alors qu'un même moteur sans turbo tombait sous les 200 chevaux à cette altitude — soit une perte de 38 %. Lors des essais de Sanford Moss sur le mont Evans en 1918, le V12 Liberty retrouvait 100 % de ses 350 chevaux à 4 300 mètres avec turbo, contre seulement 230 chevaux sans. Le turbo n'ajoutait pas de puissance : il annulait l'effet de la raréfaction de l'air.

Pourquoi l'Oldsmobile Jetfire de 1962 a-t-elle été un échec commercial malgré son innovation ?

La Jetfire cumulait deux problèmes de maintenance que les automobilistes de l'époque n'étaient pas prêts à accepter. D'abord, le système anti-cliquetis reposait sur un fluide spécifique (mélange eau/méthanol) qu'il fallait recharger régulièrement : un réservoir supplémentaire à surveiller en plus de l'huile et du liquide de refroidissement. Quand ce réservoir était vide, le turbo se coupait automatiquement. Ensuite, les essences disponibles en 1962 avaient un indice d'octane insuffisant pour supporter la pression de suralimentation sans détonation, ce qui causait des dégâts sur les pistons chez les propriétaires qui négligeaient l'appoint de fluide. Après environ 9 600 exemplaires produits en deux ans, General Motors a arrêté la production.

Le downsizing va-t-il se poursuivre avec l'électrification des moteurs ?

Le turbo ne disparaît pas avec l'hybridation : il en devient un composant clé. Sur les moteurs hybrides actuels (Renault E-Tech, PSA Hybrid, Mercedes EQ), le bloc thermique est souvent un petit moteur turbo (1.2 à 1.6 litre) couplé à un ou deux moteurs électriques. Le turbo permet de réduire encore la cylindrée thermique tout en conservant un couple suffisant quand le moteur électrique n'assiste plus (batterie déchargée, forte charge, autoroute). Par ailleurs, certains constructeurs développent des turbo électriques (e-turbo) où un moteur électrique intégré à l'arbre de turbine supprime le turbo lag en lançant le compresseur avant même que les gaz d'échappement ne soient suffisants — une technologie déjà présente en F1 depuis 2014 et qui commence à équiper des modèles de série (Mercedes-AMG depuis 2022).