CFM International CFM56

À la fin des années 1960, les deux moitiés de la future société veulent la même chose par des chemins opposés. Snecma, constructeur de moteurs militaires et partenaire de Rolls-Royce sur l'Olympus de Concorde, cherche une place sur le marché civil pour un moteur de la classe des dix tonnes, environ 20 000 lbf, destiné à la génération suivante d'avions court et moyen-courriers. General Electric cherche un partenaire et une porte d'entrée sur un marché alors largement motorisé par le JT8D de Pratt & Whitney. Le moteur qu'ils conçoivent ensemble reprendra le corps haute pression du GE F101, alors en développement pour le bombardier B-1.

C'est justement là que réside le problème. Le corps du F101 est une technologie militaire financée par l'État américain, et en 1972 l'Office of Munitions Control du Département d'État refuse à GE une licence d'exportation pour des raisons de sécurité nationale. La question remonte au sommet. Le président Georges Pompidou l'aborde directement avec Richard Nixon, et lors de leur rencontre de Reykjavík en 1973 les Américains donnent leur accord, sous conditions : le corps sera fabriqué aux États-Unis et expédié en France sous forme d'ensemble scellé, et les partenaires verseront une redevance d'environ 80 millions de dollars, calculée à raison de 20 000 dollars sur chacun des 4 000 moteurs prévus.

CFM International est fondée en 1974 sous forme de société commune à parts égales. Le partage industriel suit la politique : GE fabrique le corps (compresseur haute pression, chambre de combustion et turbine haute pression) aux États-Unis, tandis que Snecma produit en France la soufflante, le compresseur basse pression, la turbine basse pression et le boîtier d'accessoires ; l'assemblage final se fait à la fois dans l'usine GE d'Evendale et sur le site Snecma de Villaroche. Le nom associe les usages des deux maisons : « CF » est la désignation de GE pour ses turbosoufflantes commerciales, et « M56 » le nom de la proposition de moteur d'origine de Snecma. Le premier moteur tourne à Evendale le 20 juin 1974.

Puis, pendant cinq ans, personne ne l'achète. Le moteur vole pour la première fois en février 1977, à la place de l'un des quatre JT8D d'un McDonnell Douglas YC-15, puis peu après sur une Caravelle au centre d'essais en vol de Snecma, mais aucun avionneur ne lance d'appareil autour de lui, et au début de 1979 les partenaires s'apprêtent à liquider le programme. Il est sauvé en avril 1979, lorsque United Airlines décide de remotoriser trente DC-8-61 avec le CFM56, selon le récit ultérieur de la société, environ deux semaines avant que la coentreprise ne soit dissoute.

Le CFM56 est un moteur double corps : un attelage basse pression, sur lequel tournent ensemble la soufflante, un petit compresseur de suralimentation et la turbine basse pression, et à l'intérieur un attelage haute pression portant le compresseur haute pression à neuf étages et sa turbine mono-étage. Ce corps haute pression est celui du F101, et c'est la raison même de l'existence du moteur. Tout ce qui l'entoure (soufflante, compresseur basse pression, turbine basse pression, boîtier d'accessoires) est l'œuvre de Snecma.

C'est un moteur à grand taux de dilution, et c'est de là que vient l'essentiel de sa poussée. Sur la plupart des versions, la soufflante fait passer autour du corps cinq à six fois plus d'air qu'à travers lui, et ce flux secondaire froid, accéléré en douceur plutôt que violemment, fournit l'essentiel du travail pour une consommation et un bruit bien inférieurs à ceux des moteurs à faible taux de dilution qu'il a remplacés. Le -2 d'origine avait une soufflante de 68,3 pouces à 44 aubes.

CFM56-7B

La soufflante a rétréci et changé de forme à mesure que la famille s'agrandissait. Le -3 a perdu huit pouces de diamètre pour des raisons qui n'avaient rien d'aérodynamique, décrites plus bas. Le -7B de 1995 a remplacé les nombreuses aubes étroites des versions antérieures par 24 aubes larges en titane sur une soufflante de 61 pouces, moins nombreuses et plus robustes, et a adopté la régulation numérique à pleine autorité que la série -5 avait déjà introduite.

Une même architecture admet une étonnante diversité. Le -5B pouvait être commandé avec une chambre de combustion double annulaire, brûlant sur deux anneaux concentriques pour réduire les oxydes d'azote. Le -5C destiné au quadriréacteur A340 recevait une soufflante plus grande, une turbine basse pression à cinq étages et, seul de la famille, une tuyère à flux mélangés, où les flux secondaire et primaire sortent par une seule tuyère. L'écorché qui accompagne ce passage est un -5C.

La production a atteint un rythme qu'aucun moteur commercial n'avait approché. Safran situe la 30 000e livraison de CFM56 en 2016, et 1 665 moteurs ont été livrés au cours de cette seule année, alors que le carnet de commandes comptait encore environ 3 000 moteurs.

En juin 2018, 32 645 CFM56 avaient été livrés. Safran donne aujourd'hui un total de plus de 33 000 ; l'écart correspond à la fin de production postérieure au décompte de 2018, et le chiffre final exact n'est pas publié dans les sources utilisées ici : FLYPEDIA retient donc le chiffre daté.

La fin est venue par étapes, à mesure que le successeur prenait chaque cellule. Le dernier CFM56 destiné à un 737NG neuf a été livré en 2019 et le dernier destiné à un A320ceo neuf en mai 2020, et la production pour les besoins militaires et en moteurs de rechange restants devait s'achever vers 2024.

CFM56-7B

Les dérivés militaires du 737 ont maintenu la demande de -7B après le départ des avions de ligne. Le P-8 Poseidon, le C-40 Clipper et l'E-7 Wedgetail reposent tous sur des cellules de 737NG et volent tous sur CFM56-7B, et leurs flottes, comme celle du KC-135R, garderont le moteur en service militaire pendant des décennies.

Le premier marché du moteur ne fut pas un avion neuf mais des avions anciens. La décision de United en 1979 lance un programme de remotorisation du quadriréacteur Douglas DC-8, et la série DC-8 Super 70 qui en résulte troque ses réacteurs d'origine à faible taux de dilution contre des CFM56-2 : plus silencieux, plus propres et bien moins coûteux à exploiter. Elle entre en service en 1982, l'année que Safran retient aujourd'hui comme celle de l'arrivée du moteur en exploitation commerciale.

La commande décisive vient de l'US Air Force. Ses ravitailleurs Boeing KC-135 sont remotorisés, et le CFM56-2, sous la désignation militaire F108, devient le moteur du KC-135R. Le changement transforme l'appareil : davantage de carburant transférable depuis la même cellule, depuis des pistes plus courtes, avec une fraction du bruit et de la fumée des turboréacteurs d'origine. Le même moteur équipera ensuite l'E-3 Sentry et l'E-6 Mercury.

CFM56-2

Le -2 a donc fait quelque chose d'inhabituel pour un moteur commercial : il a constitué sa base industrielle et son dossier de fiabilité en grande partie grâce aux marchés militaires et de remotorisation, avant l'arrivée du marché des avions de ligne neufs. Lorsque Boeing et Airbus se sont présentés, CFM disposait d'un moteur ayant déjà accumulé de véritables heures de service.

Certains de ces appareils à moteurs -2 travaillent encore. Le laboratoire volant DC-8 de la NASA a effectué des missions scientifiques au-dessus des glaces polaires sur CFM56-2 jusque dans les années 2010, et le KC-135R reste en service en première ligne.

Ce qui a vendu le CFM56 aux compagnies, autant que sa consommation, c'est qu'il restait sous l'aile. Le taux d'arrêt en vol de la flotte a été cité à environ un événement pour 333 333 heures de fonctionnement, et en juin 2019 la flotte de CFM56 a franchi le milliard d'heures de vol moteur, l'équivalent d'environ 115 000 années de fonctionnement continu.

L'indicateur qui compte le plus pour un exploitant est le temps passé sous l'aile avant la première visite en atelier, et il n'a cessé de progresser au fil du programme. Un CFM56 établit en 1996 un record de 30 000 heures avant sa première dépose ; le chiffre atteint 40 729 heures en 2003 et 50 000 heures en 2016.

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C'est en atelier que se joue l'économie d'une turbosoufflante. Une visite de restauration des performances d'un moteur de la série -5 a été estimée entre 0,3 et 0,6 million de dollars, tandis que le remplacement des pièces à durée de vie limitée : disques et arbres qui doivent être retirés après un nombre certifié de cycles, quel que soit leur état : coûte de 3 à 4 millions de dollars main-d'œuvre comprise. Rapporté à un prix catalogue d'environ 10 millions de dollars par moteur, c'est la raison pour laquelle compagnies et loueurs planifient leurs flottes autour du calendrier des visites en atelier aussi soigneusement qu'autour des avions eux-mêmes.

L'échelle de l'exploitation est un argument en soi. Plus de 550 exploitants ont utilisé le moteur, et à tout instant quelque 2 400 avions propulsés par des CFM56 sont en vol. Un réseau de maintenance de cette taille survit à n'importe quelle chaîne de production.

Le CFM56 n'a jamais été remplacé, au sein de sa propre famille, par un successeur conçu d'une feuille blanche ; il a été amélioré de l'intérieur. En 1998, CFM lance Tech56, un programme technologique visant un éventuel moteur monocouloir entièrement nouveau. Il en sort en réalité un ensemble de pièces intégrables à la conception existante, et ce choix façonne la seconde moitié de la vie du moteur.

Le résultat, lancé en 2004, est le Tech Insertion : aubages du compresseur haute pression redessinés, chambre de combustion améliorée et composants de turbines haute et basse pression améliorés. Il apporte une consommation plus faible, moins d'oxydes d'azote et un coût de maintenance inférieur d'environ 5 %, et à partir de 2007 il est de série sur les CFM56-5B et -7B neufs.

La seconde étape est le CFM56-7BE, annoncé en 2009 sous le nom d'Evolution. Il retravaille l'aérodynamique des deux turbines, améliore le refroidissement et réduit le nombre de pièces, pour un gain attendu de 4 % sur le coût de maintenance et de 1 % sur la consommation, chiffre révisé ensuite à 1,6 %. La FAA et l'EASA le certifient conjointement le 30 juillet 2010, et les livraisons commencent au milieu de 2011.

Aucune de ces évolutions n'a changé la nature du moteur. Toutes deux ont maintenu une conception des années 1970 compétitive sur des avions encore vendus dans les années 2010, et elles ont donné à CFM le temps de développer son véritable successeur à son propre rythme plutôt qu'à celui d'un concurrent.

Le moteur qui a fait la fortune de CFM est le -3, développé au début des années 1980 pour les nouveaux Boeing 737-300, -400 et -500. Le 737 est bas sur pattes, et la soufflante du -2 ne tenait tout simplement pas sous l'aile. CFM ramène le diamètre de la soufflante de 68,3 à 60 pouces et déplace le boîtier d'accessoires du dessous du moteur vers son flanc, et la lèvre inférieure de la nacelle est aplatie pour dégager la piste. Le résultat est l'entrée d'air la plus reconnaissable de son époque : la nacelle légèrement ovoïde à fond plat du 737 Classic. Le -3 est proposé à 20 000, 22 000 et 23 500 lbf, et il fait du 737 la famille d'avions de ligne la plus vendue au monde.

Airbus suit. Le -5A motorise l'A320 dès son lancement, et le -5B amélioré, avec un compresseur basse pression à quatre étages et une poussée de 21 600 à 33 000 lbf, couvre toute la famille A318, A319, A320 et A321. En haut de gamme, le -5C de 34 000 lbf au plus propulse les quadriréacteurs A340-200 et -300, pour lesquels son économie de carburant sur les longues routes compte davantage que la poussée brute d'un moteur plus gros.

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Vient ensuite le -7B, vendu en plus grand nombre que tous les autres. Mis en route le 21 avril 1995 pour le 737 Next Generation, -600, -700, -800 et -900, il réduit la consommation d'environ 8 % et le coût de maintenance de 15 % par rapport au -3, pour des poussées de 19 500 à 27 300 lbf, et il obtient l'autorisation ETOPS à 180 minutes moins de deux ans après son entrée en service. C'est aussi le moteur des dérivés militaires du 737 : le P-8 Poseidon, le C-40 Clipper et l'E-7 Wedgetail.

Au bout du compte, le CFM56 aura été le moteur unique de la famille 737 à partir du Classic et l'un des deux choix proposés sur l'A320ceo, et ce couple d'avions constitue l'épine dorsale des flottes court et moyen-courriers du monde entier.

Le successeur du CFM56 est le LEAP, entré en service en 2016. Il conserve la société commune et l'architecture double corps, mais guère plus : matériaux composites dans la soufflante et ailleurs, taux de dilution supérieur à 10:1 contre cinq ou six pour le CFM56, et un gain de rendement d'environ 16 %.

Le LEAP a repris les deux mêmes familles de cellules dans leurs versions remotorisées, ce qui mesure le mieux ce que le CFM56 avait construit. Quatre décennies d'aviation monocouloir s'étaient faites sur une seule famille de moteurs, et la position est passée à son successeur plutôt qu'à un concurrent.

Il est aussi instructif de voir où le CFM56 s'est arrêté. L'A340-300 volait sur quatre CFM56-5C ; lorsque Airbus a allongé l'appareil pour en faire l'A340-600, il lui a fallu le Rolls-Royce Trent 556, bien plus gros. La classe de poussée du moteur, fixée à dix tonnes à la fin des années 1960, était la bonne taille pour le monocouloir et la mauvaise pour la croissance du gros-porteur.

La flotte survivra longtemps à la production. Des dizaines de milliers de CFM56 restent en service commercial et militaire, et le moteur trouve des emplois hors de l'aviation : en 2026, FTAI Aviation a annoncé son intention de reconstruire 100 CFM56 par an en turbines aérodérivées de production électrique de 25 mégawatts.