Quand il s'agit d'envoyer une fusée dans l'espace, chaque gramme compte et les combustibles utilisés, appelés ergols, se doivent de fournir la meilleure propulsion possible. Pour l'étape du lancement, on utilise des boosters solides qui contiennent un
combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se...) mélangé à un liant
polymère (Un polymère (étymologie : du grec pollus, plusieurs, et meros, partie) est un...) qui, lui, ne réagit pas.
Des scientifiques du LHCEP (CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1/CNES/Arianegroup) et du C2P2 (CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1/CPE Lyon) ont récemment réussi à préparer des nouveaux liants eux-mêmes fortement énergétiques à base de polymères azotés qui participent à la
combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la...). Ces polymères ouvrent de nombreuses perspectives en
aérospatiale (L'aérospatiale (nom commun féminin singulier) est une discipline scientifique qui...), mais également dans la gestion de fin de vie des plastiques car ils peuvent être entièrement dépolymérisés dans un solvant. Ces résultats sont à retrouver dans la revue
Angewandte Chemie International Edition.
Polytétrazènes: vers de nouveaux liants pour la propulsion solide © CNES/ESA/Arianespace/Optique vidéo CSG, 2019
La plupart des engins spatiaux sont propulsés par des moteurs à réaction alimentés par des carburants, appelés ergols, qui peuvent être liquides ou solides. Pour la fusée Ariane 5, par exemple, un ergol liquide très réactif à base de di-hydrogène et di-oxygène est utilisé, mais qui n'apporte que 10% de la propulsion nécessaire au
décollage (Le décollage est la phase transitoire pendant laquelle un aéronef passe de l'état...). C'est un
booster (Le nom de booster (ou propulseur d'appoint) est donné au moteur-fusée qui est attaché aux...) solide à combustion immédiate qui génère la majeure partie de l'
énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) pour cette étape. Ce booster est composé d'un couple oxydant/réducteur, qui réagit pour fournir l'énergie de combustion, dispersé dans un liant polymère chimiquement inerte.
La quête de mélanges toujours plus énergétiques pour ces boosters solides est un champ de recherche très actif de l'aérospatiale et de la chimie pyrotechnique. Si l'amélioration du couple oxydant/réducteur est la première solution visée, elle est intrinsèquement limitée par le surcoût et les dangers liés à la préparation, la manipulation et le stockage de produits trop réactifs. En parallèle, la possibilité de remplacer le liant polymère inerte par un polymère qui contiendrait lui-même des fonctions énergétiques est également étudiée.
Si plusieurs polymères énergétiques ont déjà été proposés, peu contiennent ces fonctions le long du squelette lui-même de la chaîne de polymère. Dans une récente étude, des chercheurs du Laboratoire hydrazines et composés énergétiques polyazotés (LHCEP - CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1/CNES/Arianegroup) et du laboratoire Chimie,
catalyse (La catalyse est l'action d'une substance appelée catalyseur sur une transformation chimique...), polymères & procédés (C2P2 - CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1/CPE Lyon) ont préparé une nouvelle famille de polymères énergétiques de type polyuréthane contenant des répétitions de 4 atomes d'azote consécutifs le long du squelette principal à partir de monomères comportant l'unité trans-2-tétrazène. Ces polytétrazènes, synthétisés par polycondensation, présentent d'excellentes propriétés thermiques. Leur squelette polyuréthane devrait en faire des polymères très polyvalents, notamment pour la
formulation (La formulation est une activité industrielle consistant à fabriquer des produits...) d'ergols solides. Le fait que les fonctions tétrazènes soient réparties le long du squelette de la chaîne, et non dans des ramifications latérales, permet qui plus est une dépolymérisation complète des chaînes à
température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) ambiante dans un solvant comme l'hexafluoro
isopropanol (L'isopropanol, ou alcool isopropylique est le nom commun pour le propan-2-ol, composé chimique...) (HFIP).
Le recyclage des compositions pyrotechniques obsolètes à base de ces nouveaux liants pourrait donc être envisagé. Au-delà de leur application directe à l'aérospatiale, ces résultats, choisis comme
hot paper de la revue
Angewandte Chemie International Edition, ouvrent également des perspectives pour le recyclage ou le traitement des plastiques qui contiendraient ces unités tétrazène.
Référence:
Energetic Nitrogen-Rich Polymers with a Tetrazene-Based Backbone John Eymann, Lionel Joucla,* Guy Jacob, Jean Raynaud,* Chaza Darwich,* et Emmanuel Lacôte*
Angewandte Chemie International Edition, 2 octobre 2020.
https://doi.org/10.1002/anie.202008562