Moteur-fusée - Définition et Explications

Introduction

Principe d'action-réaction du moteur-fusée

Implantation d'un moteur-fusée dans un V2

Les moteurs-fusées sont des moteurs à réaction utilisés sur les fusées ; presque tous sont prévus pour fonctionner aussi bien hors de l'atmosphère terrestre (L'atmosphère terrestre est l'enveloppe gazeuse entourant la Terre solide. L'air sec se compose...) qu'au niveau du sol ou de la mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.). Pour ce faire, ils embarquent leur comburant (Un comburant est un corps chimique qui a pour propriété de permettre la combustion d'un...) en plus de leur carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme...).

Il existe deux grandes catégories de moteurs-fusées :

• moteurs-fusées à ergols solides ;
• moteurs-fusées à ergols liquides.

Histoire

Si le principe de propulsion (La propulsion est le principe qui permet à un corps de se mouvoir dans son espace environnant....) par transformation d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) chimique en énergie cinétique (L'énergie cinétique (aussi appelée dans les anciens écrits vis viva, ou force vive) est...) est connu depuis l'antiquité et les pièces d'artifice propulsées par poudre à canon (On nomme poudre noire ou poudre à canon (chinois : 火药 pinyin :...) depuis le IXème siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui...) av. J.C., les moteurs à ergols liquides ne sont connus que depuis la fin du XIXème siècle. Ce n'est que dans les années qui suivirent la Seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...) Guerre mondiale que les moteurs à poudre (La poudre est un état fractionné de la matière. Il s'agit d'un solide présent...) et à ergols liquides prirent leur énorme importance, pour la propulsion de missiles et de fusées spatiales. Depuis, on n'a cessé de les perfectionner et aujourd'hui leur emploi reste primordial pour la propulsion spatiale (Cet article présente le concept de propulsion spatiale, c'est-à-dire tout système permettant de...). Afin de pallier leur défauts, on recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) actuellement des solutions alternatives (Alternatives (titre original : Destiny Three Times) est un roman de Fritz Leiber publié...), par exemple pour la propulsion de sondes spatiales ou l'accélération (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique,...) atmosphérique par d'autres moteurs, plus ou moins proches : superstato (Le statoréacteur à combustion supersonique ou superstato ou encore scramjet (supersonic...), moteur ionique (Un moteur à ions est un moteur qui produit sa force de propulsion en projetant des ions à...) ou VASIMR (VASIMR, acronyme de Variable specific impulse magnetoplasma rocket : « Fusée...).

Moteur à ergols solides

Il s'agit du modèle le plus simple et nécessitant très peu de moyens et de soins, les ergols solides pouvant êtres entreposés plusieurs années, faciles à transporter et peu chers. Pour toutes ces raisons, on le retrouve dans la plupart des missiles tactiques et balistiques et dans les propulseurs d'appoint. On utilise le terme de propergol (Un propergol, dans le domaine de l'astronautique, est un produit constitué par un ou plusieurs...) pour désigner un mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses...) oxydant/réducteur autonome de ce type de moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif...). La combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la...) se déroule idéalement en couches parallèles. La géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace...) initiale du bloc de propergol fixe alors la loi d'évolution de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) du bloc, donc sa loi de débit (Un débit permet de mesurer le flux d'une quantité relative à une unité de temps au travers...) et de poussée (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air...). Les géométries les plus courantes sont :

• à combustion frontale : le bloc brule "en cigarette", c’est-à-dire avec une surface de combustion faible en regard du volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...) mais constante ;
• avec un canal : un canal est pratiqué dans l'axe du bloc et la combustion évolue radialement. Le canal peut être axisymétrique ou présenter un motif particulier, en étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une...), en U ou rond ( Le mot rond caractérise et par abus de langage désigne un cercle ou une sphère. En...).

Schéma d'un moteur à poudre

Les propergols les plus courants sont:

• poudre noire, très souvent utilisée dans la construction amateur.
• Monergol (Un monergol est un ergol de formation souvent endothermique, qui a la propriété de se suffire à...) à base de nitrocellulose (La nitrocellulose ou nitrate de cellulose est un produit chimique, explosif, dérivé de la...), amélioré par l'ajout d'aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13....).
• Nitrate (Les nitrates (autrefois nommés nitre, souvent synonyme de salpêtre) sont les sels de...) d'ammonium (L'ion ammonium (de formule NH4+) est un ion polyatomique de charge électrique positive (c'est...), souvent mélangé avec de la poudre d'aluminium.
• Perchlorate (Les anions perchlorate ont pour formule ClO4- et sont disponibles commercialement sous la forme de...) d'ammonium
• Zinc-Soufre

D'autres combinaisons peuvent êtres réalisés, dans la plupart des cas, avec un ou plusieurs des éléments cités ci-dessus.

Pour donner un exemple de la complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par...) réelle (au-delà des informations de base données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) plus haut), dans le cas, très médiatisé, des propulseurs d'appoint de la navette spatiale américaine (La navette spatiale américaine (en anglais Space shuttle ou Space Transportation System, STS)...), la mixture d'ergol (Un ergol, dans le domaine de l'astronautique, est une substance homogène employée seule ou en...) dans chaque moteur de propulseur consiste en (% massiques) :

• 69,6 % de perchlorate d'ammonium - le comburant / oxydant
• 16 % d'aluminium - le carburant
• 12,04 % de polymère (Un polymère (étymologie : du grec pollus, plusieurs, et meros, partie) est un...) qui permet de lier les deux composants
• 1,96 % d'un agent de nettoyage époxy
• 0,4 % d'oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins...) de fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le...) - catalyseur (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ;...)