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1) Composition du carburant d'une fusée :
Il existe 2 types de moteur principaux :
a) moteur à propergols solides
Dans les fusées à propulsif solide, combustible et oxydant sont combinés en une substance compacte, appelée monergol lorsqu’un seul composé chimique joue à la fois le rôle de carburant et celui de comburant. Beaucoup
plus simple, la fusée à combustible solide se construit et s’emmagasine avec une grande facilité..
Les moteurs à propergols solides sont aussi appelés moteurs à poudre. Le moteur est alors réduit à la chambre de combustion et à la tuyère. Ils sont de forme cylindrique, pour contenir les propergols en poudre qu'il suffit
d'allumer au moyen d'un dispositif contrôlé à distance. Les propergols solides ont des performances inférieures à celles des propergols liquides, mais leur facilité de stockage fait qu'ils sont plus utilisés pour les
fusées militaires, et les boosters d'appoints des fusées spatiales.
De plus une fois la combustion initialisé, il est impossible de contrôler la poussée et donc la vitesse de déplacement. D’où l’importante accélération communiquée à l’engin et la quasi
impossibilité de régler à convenance. Cependant, en agissant sur les blocs de poudre, il est possible de
faire varier le rendement et la performance des moteurs en fonction des besoins.
Les fusées à propergol solide :
Ce type de fusée est utilisé pour des engins de
petite taille et pour les accélérateurs de véhicules spatiaux.
La fusée se présente comme un conteneur creux
dans lequel est disposé une certaine quantité de propergol sous forme solide ou de
poudre assimilable à un explosif. Ce propergol est brûlé dans une
tuyère. La propulsion de la fusée vers l’avant s’effectuera alors qu’une grande
quantité de gaz chauds sera éjectée avec force vers l’arrière.
Les qualités principales de ce type de fusée
reste sa grande fiabilité, sa facilité par rapport au stockage et sa mise en
œuvre.
Le propergol est employé sous différentes formes.
En voici quelques exemples :
la poudre noire.
le mélange perchlorate d'ammonium / aluminium.
les poudres nitrocellulosqiues fabriquées à partir de coton.
b) moteur à propergols liquides
Les moteurs à propergols liquides sont de conception plus complexe que les moteurs à poudre (moteur à propergols solides). Les propergols sont stockés séparément à l'état liquide, dans des réservoirs sous pression et à des températures très basses (environ -200°c).
Ces moteurs nécessitent :
des pompes d'alimentation pour injecter les propergols dans la chambre de combustion
une source d'énergie pour faire fonctionner ces pompes
des valves et des canalisations pour la circulation des liquides
une structure pour transmettre les forces de poussée
des systèmes de contrôle pour l'admission et la régulation des flux de propergols.
Effectivement les moteurs à propergols liquides peuvent être contrôlés de l'extérieur en régulant l'injection du
combustible et du comburant. Ces moteurs utilisent le dioxygène (O2) liquide comme comburant et le
dihydrogène (H2) liquide comme combustible qui sont respectivement stockés à une température de -253°C et -183°C.
La réaction de combustion est la suivante :
(1/2)O2 + H2 = H20
Cette combustion a l'immense intérêt d'être non polluante, car le produit de cette réaction n'est rien d'autre que de l'eau. Ex: Les fusées V2 ont été parmi les premières fusées. Ce sont des missiles utilisés par l'armée Allemande durant la seconde
guerre pour bombarder l'Angleterre. Ils fonctionnaient à ergols liquides. Ex: La fusée Ariane 5 possède un moteur principal
à ergols liquides, et deux boosters d'appoint à poudre.
De manière générale, les carburants
les plus courants (et les plus simples) sont :
Oxygène liquide / Hydrogène liquide Navette
Spatiale, Ariane 5, Delta IV, Energya, Saturne 5 (2ième et 3ième
étage) )
Tétraoxyde d'azote (N2O4) / diméthylhydrazine dissymétrique (UDMH) ( Proton, Ariane 1 à 4 (1er et 2ième étage), Vanguard ) Pour donner un exemple de la complexité réelle (au-delà des informations de base données plus haut), dans le cas, très médiatisé, des booster de la navette spacial américaine, la mixture d'ergol dans chaque moteur de
booster consiste en (% massiques) :
69,6 % de perchlorate d'ammonium - le comburant / oxydant
16 % d'aluminium - le carburant
12,04 % de polymère qui permet de lier les deux composants
1,96 % d'un agent de nettoyage époxy
0,4 % d'oxyde de fer - catalyseur