Pratt & Whitney JT9D

Les racines du JT9D plongent dans une compétition que Pratt & Whitney a perdue. Au milieu des années 1960, le programme de transport lourd CX-HLS de l'US Air Force, qui allait donner le Lockheed C-5 Galaxy, réclamait des moteurs bien plus gros et plus économes que tout ce qui volait alors. General Electric y a posé les bases de la turbosoufflante à grand taux de dilution et a remporté le marché de production avec le TF39. Pratt & Whitney travaillait sur le même principe avec ses moteurs démonstrateurs STF200 et JTF14, ce dernier ayant été sa proposition pour le C-5. Ce contrat perdu laissait au motoriste une technologie éprouvée et aucun avion où l'installer.

Le marché civil lui en a fourni un. Juan Trippe, à la tête de Pan Am, voulait un avion de ligne deux fois et demie plus grand que le 707, avec un coût au siège inférieur de 30 %, et la réponse de Boeing s'appelait 747. General Electric, accaparé par le moteur du C-5, n'est entré sur le marché commercial que plus tard ; le moteur du nouvel avion est donc revenu à Pratt & Whitney. Le programme JT9D est lancé en septembre 1965 ; Pan Am commande 25 747-100 en avril 1966 et, à la fin de la même année, Boeing, Pan Am et Pratt & Whitney s'accordent pour développer le moteur.

Le calendrier est impitoyable pour les deux partenaires. Boeing a promis à Pan Am son premier 747 avant la fin de 1969, ce qui laisse environ 28 mois pour concevoir l'avion, soit les deux tiers du délai habituel. Le premier JT9D est essayé en décembre 1966 sur un banc d'East Hartford, dans le Connecticut. En juin 1968, le moteur vole pour la première fois, installé sur un Boeing B-52E servant de banc d'essai volant. En 1968, un moteur coûtait environ 800 000 dollars.

Le 30 septembre 1968, le premier 747 sort du hall d'Everett devant la presse et les représentants des 26 compagnies qui l'ont commandé, et la taille de ses moteurs fait partie du spectacle : une hôtesse de SAS est photographiée debout dans une nacelle pour donner l'échelle de la soufflante. L'avion effectue son premier vol le 9 février 1969, avec quatre JT9D d'environ 39 000 lbf chacun. Le moteur obtient sa certification FAA en mai 1969, mais la certification ne clôt pas son développement. Elle en ouvre la partie la plus difficile.

Le JT9D est une turbosoufflante double corps. Sur l'attelage basse pression, la soufflante mono-étage placée à l'avant est solidaire d'un compresseur basse pression à trois étages, l'ensemble étant entraîné par une turbine basse pression à quatre étages située à l'arrière. L'attelage haute pression, qui tourne à l'intérieur, porte un compresseur haute pression à onze étages entraîné par une turbine haute pression à deux étages. Entre les deux se trouve une chambre de combustion annulaire, où des injecteurs distincts entretiennent des zones de flamme dans un même carter en forme d'anneau.

La plus grande partie de l'air ne s'approche jamais de la flamme. Sur le JT9D-7R4, le taux de dilution est de 4,8 : pour chaque kilogramme d'air qui traverse le corps, près de cinq sont envoyés autour de lui par la soufflante, qui multiplie à elle seule la pression de l'air par environ 1,67. C'est ce flux froid qui fournit l'essentiel de la poussée au décollage. Le rôle du corps est moins de pousser l'avion que de faire tourner les turbines qui entraînent la soufflante.

JT9D-7

Le rendement du corps dépend de la force avec laquelle il comprime l'air avant d'y brûler le carburant, et le JT9D marquait sur ce point un grand pas par rapport au JT3D, la turbosoufflante que Pratt & Whitney avait tirée du turboréacteur du 707. La dernière série, la -7R4, atteint un taux de compression global de 26,7. Obtenir de tels chiffres, et tenir les températures plus élevées qui les accompagnent, a exigé de nouvelles structures, une nouvelle aérodynamique et de nouveaux matériaux, dont des alliages de titane et de nickel, choisis pour améliorer la consommation et la fiabilité par rapport à son prédécesseur.

Ce qui définissait ce moteur, c'étaient ses dimensions. Le -7R4 mesure environ 11,1 ft de bride à bride, sa soufflante atteint environ 7,78 ft en bout d'aube, et il pèse autour de 8 600 lb. Le premier moteur certifié, le JT9D-3, pesait 8 470 lb dans sa version de base pour 43 500 lbf de poussée. Soit un rapport poussée/poids d'environ cinq, qui rendait réaliste le vol d'un quadriréacteur aux masses du 747 des années 1970.

L'architecture de base n'a jamais changé. Toutes les versions ont conservé la soufflante mono-étage, la turbine haute pression à deux étages et la turbine basse pression à quatre étages. Ce que Pratt & Whitney a modifié à partir du milieu des années 1970, c'est le compresseur : les familles -59A, -70A, -7Q et -7R4 reçoivent un étage de plus, soit 16 étages de compression au total contre 15 pour les -3, -7 et -20. D'une version à l'autre, la poussée au décollage a augmenté de près de 30 % tandis que la longueur du moteur restait pratiquement inchangée.

Pratt & Whitney fait état de plus de 3 200 moteurs JT9D livrés, un chiffre publié sur sa page produit et consulté en septembre 2026. La production ayant cessé en 1990, ce total n'évolue plus ; le motoriste le présente comme un minimum plutôt que comme un décompte exact, et il est repris ici sous la même forme.

Ce nombre doit se lire à l'aune des avions qu'il équipait : de grands gros-porteurs long-courriers, chaque 747 emportant quatre moteurs. Au long de sa carrière, le JT9D a été la bête de somme des premières versions des 747, 767, A300, A310 et DC-10.

Ces moteurs ont aussi accumulé un immense historique d'exploitation. En 2020, la flotte de JT9D avait dépassé 169 millions d'heures de vol. En 1968, au début de cette histoire, un moteur coûtait environ 800 000 dollars.

Le JT9D entre en service commercial le 22 janvier 1970 sur la ligne New York to Londres de Pan Am, une semaine après que la Première dame Pat Nixon a baptisé le premier 747 de la compagnie à Dulles. En quelques mois, Pan Am voit arriver sur ses lignes internationales des 747 à moteurs JT9D concurrents, ceux d'autres transporteurs américains comme Trans World Airlines et Northwest, et ceux de compagnies étrangères, dont Air France, Lufthansa et Japan Airlines.

Pendant les premières années du programme, il n'existe aucune alternative. Le 747 n'est d'abord proposé qu'avec le JT9D ; le CF6 de General Electric et le RB211 de Rolls-Royce ne sont offerts sur les versions d'origine que plus tard, et le premier 747 à moteurs RB211 n'apparaît qu'en novembre 1976. Tous les 747-100 des années de lancement, puis le 747SP qui les a suivis, volaient avec des moteurs Pratt & Whitney, et la réputation initiale du JT9D, bonne ou mauvaise, se confondait avec celle de l'avion.

Le moteur a grandi avec l'avion. Boeing lance en 1971 le 747-200, doté de moteurs plus puissants pour une masse maximale au décollage plus élevée, et c'est la série JT9D-7, certifiée à partir de juin 1971, qui les fournit. Les -7A, -7F et -7J font monter la poussée tout au long des années 1970, et le -7J de 1976 atteint 48 650 lbf. Le 747SP, raccourci et à plus long rayon d'action, apparu en 1976, utilise la même famille de moteurs.

Exploiter un moteur de cette taille a bouleversé la logistique des compagnies. Pour transporter les moteurs de rechange, le 747 peut emporter un moteur inerte en cinquième nacelle sous son aile gauche, entre le moteur intérieur et le fuselage. L'équipage devait compenser la traînée supplémentaire d'un côté, mais les compagnies pouvaient ainsi acheminer leurs moteurs de rechange sur des vols réguliers.

Le JT9D a aussi connu une carrière militaire. Les postes de commandement volants E-4 de l'US Air Force, dérivés du 747, l'utilisaient sous la désignation militaire F105. À l'autre bout de sa carrière, un 747SP à moteurs JT9D a porté SOFIA, l'observatoire aéroporté de la NASA et du Centre aérospatial allemand, qui a effectué sa première traversée de l'Atlantique en 2011, quatre décennies après les débuts du moteur en service.

Mis au point presque en parallèle avec le 747, le JT9D ne pouvait échapper à des problèmes de fiabilité, avant comme après sa mise en service. Une partie des difficultés venait de la croissance de l'avion. À mesure que la masse du 747 augmentait, la poussée du moteur est passée d'une valeur initiale de 41 000 lbf à 43 500 puis 45 000 lbf, et chaque palier a apporté son lot de problèmes de température de turbine. Des mouvements rapides de la manette pouvaient provoquer le pompage du moteur.

Le défaut le plus grave était l'ovalisation. Sous les efforts du décollage, le carter du moteur perdait sa forme circulaire et se déformait en ovale. Dans une turbine dont les aubes tournent avec des jeux très faibles à l'intérieur de leur carter, un carter qui n'est plus rond signifie des sommets d'aube qui frottent contre lui, et les aubes de la turbine haute pression s'usaient en peu de temps. Les carters de turbine se déformaient après une courte période de service, et les dégâts se lisaient dans les performances comme dans les déposes de moteurs.

Les chiffres des essais en vol donnent la mesure du problème. Pendant les essais du 747, quelque 55 moteurs ont été changés ; le programme du 737, motorisé par des JT8D, n'en avait demandé qu'un seul. Sur la chaîne, l'effet était pire encore. Les avions sortaient d'Everett plus vite qu'on ne pouvait leur fournir des moteurs utilisables, et des 747 terminés attendaient devant l'usine avec des blocs de béton suspendus à leurs mâts pour remplacer le poids des moteurs. Les récits divergent sur leur nombre : l'histoire du 747 parle de vingt avions immobilisés au plus, celle du moteur d'une trentaine. Quoi qu'il en soit, les livraisons de 747 ont pris plusieurs mois de retard.

La solution était structurelle. Boeing et Pratt & Whitney y ont travaillé ensemble tout au long de 1969. Pratt & Whitney a rigidifié les attaches qui reliaient le moteur au mât, renforcé le carter et ajouté des bielles de poussée en forme de joug, des pièces en Y renversé qui empêchaient l'effort de poussée de déformer le carter.

Les ennuis ont suivi l'avion en service. Le vol inaugural du 747 de Pan Am entre New York et Londres, prévu dans la soirée du 21 janvier 1970, a été retardé par une surchauffe moteur sur l'appareil prévu, Clipper Young America ; le temps de trouver un remplaçant, Clipper Victor, le départ a glissé de plus de six heures, au lendemain. Le JT9D issu de ces années était un moteur fiable ; celui qui est entré en service ne l'était pas encore.

Le développement du JT9D ne s'est jamais vraiment arrêté après la certification ; sa poussée a progressé par paliers pendant vingt ans. Le moteur des débuts du 747 développait environ 39 000 lbf lors du premier vol du prototype et 43 500 lbf sur le -3A certifié. La série -7 a ajouté quelques milliers de livres à chaque étape au fil des années 1970, et le -7FW, certifié en août 1982, atteignait 50 000 lbf avec la compression d'origine à 15 étages.

Le saut le plus important est venu de la famille à 16 étages du milieu des années 1970, qui a fait passer le moteur au-delà de 51 000 lbf, et surtout du JT9D-7R4. Le premier modèle -7R4 est certifié en novembre 1980, et ce moteur amélioré est mis en service en septembre 1982. Ses poussées vont de 48 000 à 56 000 lbf selon l'avion auquel il est destiné, et elles sont garanties jusqu'à 30 °C : le moteur conserve sa poussée certifiée au décollage tant que l'air ne dépasse pas cette température, et ce n'est qu'au-delà que la poussée commence à baisser. Pour une compagnie qui décolle d'aéroports chauds, cette température compte autant que le chiffre affiché.

Le -7R4 a aussi apporté l'évolution la plus déterminante pour la suite de la carrière du moteur. En juin 1985, il est approuvé pour l'ETOPS 180 minutes, les vols long-courriers de biréacteurs, qui autorisent un bimoteur à s'éloigner jusqu'à trois heures du terrain de dégagement adapté le plus proche. Un moteur conçu pour un quadriréacteur est ainsi devenu l'un de ceux qui ont rendu possible le long-courrier en biréacteur, sur 767 et sur A310.

Le soutien a survécu à la production. Pratt & Whitney a continué d'investir dans le JT9D et d'en assurer le soutien, en proposant des kits de réduction du coût de possession destinés à améliorer la durabilité, à accroître la poussée et à réduire le bruit des moteurs déjà en service.

Le 747 a fait le JT9D, mais le moteur n'est pas resté cantonné à un seul avion. Sa première application hors de chez Boeing a été le McDonnell Douglas DC-10. Le JT9D-20 à 15 étages, certifié en octobre 1972 à 44 500 lbf, motorisait le DC-10-40, et le JT9D-59A à 16 étages de décembre 1974, à 51 720 lbf, lui a succédé sur le même avion. Japan Airlines et Northwest comptaient parmi les compagnies qui ont exploité le DC-10 à moteurs Pratt & Whitney.

Le -59A a aussi conduit le moteur en Europe. Le même modèle a été certifié pour l'Airbus A300, et son équivalent pour le 747, le -70A, a été certifié en même temps à 51 140 lbf. Le moteur de 747 suivant, le JT9D-7Q, arrive en octobre 1978 à 51 900 lbf, et le -7Q3 un an plus tard ; Pratt & Whitney annonce 53 000 lbf pour la série -7Q.

C'est le -7R4 qui a connu la diffusion la plus large. Selon ses sous-versions, il a motorisé le Boeing 767 (-7R4D, -7R4E et -7R4E4), l'Airbus A310 (-7R4D1 et -7R4E1), l'Airbus A300-600 (-7R4H1, le plus puissant des JT9D avec 56 000 lbf) et le 747 (-7R4G2, 54 750 lbf). Un JT9D-7R4E4 pour le 767 a encore été certifié en mars 1985.

Le moteur a même quitté l'aviation. En 1973, le Naval Sea Systems Command de l'US Navy retient le JT9D-70 comme base d'une turbine à gaz marine à haut rendement de la classe 30 000 à 50 000 ch, en installant son compresseur dans la turbine marine FT4 existante pour créer la FT9. Celle-ci est recommandée pour une acceptation provisoire en juin 1980 et retenue pour un navire à effet de surface de 3 000 tonnes.

Parce qu'il a motorisé les premiers 747, le JT9D est bien représenté dans les musées, et plusieurs exemplaires montrent le moteur comme aucune compagnie ne l'a jamais fait. Le Deutsches Museum de Munich expose un JT9D-7 écorché, auparavant monté sur un Boeing 747-200 de Lufthansa. La coupe met à nu la soufflante, les compresseurs, la chambre de combustion annulaire et les turbines, et l'on peut en faire le tour pour l'observer de l'arrière comme de profil.

Aux États-Unis, le National Air and Space Museum de la Smithsonian conserve un JT9D écorché dans sa nacelle. Il s'agit d'un moteur de présérie construit pour les essais au sol et non pour le vol, mais extérieurement identique aux moteurs de série. L'Evergreen Aviation & Space Museum de McMinnville, dans l'Oregon, présente un JT9D complet sur son chariot de transport.

Certains moteurs sont restés sur l'avion avec lequel ils ont volé. Le premier 747, N7470 City of Everett, est conservé au Museum of Flight de Seattle avec ses JT9D en place, dont l'un est dépouillé de ses capots pour montrer le corps du moteur. Au Bourget, le musée de l'Air et de l'Espace garde un Boeing 747-100 d'Air France avec ses quatre JT9D, dont l'un a ses inverseurs de poussée déployés. En Allemagne, la collection aéronautique de Hermeskeil présente un JT9D nu issu d'un 747, et en Espagne le musée des sciences MUNCYT de La Corogne expose un JT9D du Boeing 747 Lope de Vega.

Le successeur du JT9D est le PW4000, produit par Pratt & Whitney comme la génération suivante de son moteur de gros-porteur. La première version, dotée d'une soufflante de 94 pouces et d'une poussée de 52 000 à 62 000 lbf, tourne pour la première fois en avril 1984, est certifiée par la FAA en juillet 1986 et entre en service en juin 1987. Elle équipe les mêmes avions que le JT9D, l'Airbus A300-600 et l'A310-300 et le Boeing 767, ainsi que le nouveau 747-400, proposé avec les RB211 et CF6 améliorés ou le PW4000.

Le PW4000 a ensuite largement dépassé son prédécesseur, avec une version à soufflante de 100 pouces pour l'Airbus A330 et une version de 112 pouces pour le Boeing 777. Sa gamme de poussée s'étend finalement de 50 000 à plus de 99 000 lbf, et il est l'ancêtre du GP7000 d'Engine Alliance, qui motorise l'Airbus A380. Le PW2000 du Boeing 757 appartient lui aussi à cette lignée.

L'héritage le plus profond du JT9D, c'est l'idée qu'il a validée en service commercial. Le premier gros-porteur a volé avec des turbosoufflantes à grand taux de dilution, et tous les gros-porteurs qui ont suivi ont fait de même. Ses difficultés ont été le prix de la première place : un moteur et un avion d'une taille sans précédent mis au point côte à côte, selon un calendrier qui ne laissait à aucun des deux le temps de mûrir avant que l'autre n'en ait besoin.