Comment fonctionne une fusée ?

En voilà une bonne question ! Dans cet article, je vais vous expliquer (en simplifiant, on est pas des scientifiques) le principe de fonctionnement d’une fusée.

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Décollage d’une Atlas V 401

En gros, c’est quoi ?

Eh bien, pour faire simple, c’est un gros cylindre rempli d’un mélange hautement explosif, sachant que l’objectif n’est pas de tout faire péter, l’objectif est ici d’envoyer un satellite, une sonde, ou une voiture (chacun son délire) dans l’espace. En contrôlant la combustion du carburant et la richesse du mélange, on arrive à générer une poussée, si cette poussée est supérieure à la masse de la fusée, alors, elle décolle.

Vous suivez ?

Pour mettre un satellite en orbite, il faut donc générer une poussée. Par exemple, la Delta IV heavy a une masse de 733 tonnes. Au décollage, elle génère une poussée de 961 tonnes, ce qui l’arrache du sol. Si elle ne pouvait produire par exemple que 650 tonnes de poussée, elle ne décollerait pas: elle tomberait simplement sur le pas de tir dans une gigantesque explosion (certains reconnaîtront la frustration de voir sa fusée s’écrouler sur le pas de tir sur Kerbal Space Program).

Pourquoi avoir besoin d’étages ?

Tout simplement pour optimiser au maximum son rendement : s’il n’y avait pas d’étages, on devrait rejoindre l’orbite avec des réservoirs vides (imaginez que vous transportez une citerne vide à l’arrière de votre voiture). On préfère donc s’en débarrasser: on sépare l’étage vide avec des boulons explosifs pour laisser place à des moteurs certes moins puissants, mais plus efficaces dans le vide de l’espace grâce à une tuyère rallongée et à des carburants plus rentables comme l’hydrogène liquide. Ces moteurs ont certes une faible puissance comparé aux monstres utilisés au décollage mais à ce stade le lanceur a déjà perdu 80% de sa masse et on est déjà à une vitesse suffisamment élevée, et dans le vide on a plus les contraintes de l’atmosphère : on est donc déjà suffisamment rapide. La fonction de ce moteur est donc généralement de terminer la mise en orbite.

Et ces moteurs, ils marchent comment ?

Pour générer une flamme, nous avons besoin de 3 éléments : un combustible, un comburant et une source de chaleur. Le combustible est dans la plupart des cas un dérivé du kérosène (le RP-1), de l’hydrazine ou de l’hydrogène. Le comburant, c’est l’oxygène liquéfié qui permet d’en emporter plus, et la combustion de ces éléments provoque un forte chaleur. Cette combustion a lieu dans ce que l’on appelle une chambre de combustion. Le carburant est injectée à très haute pression, la chaleur générée dilate le gaz qui est à son tour éjecté par ce que l’on appelle la tuyère. Ce procédé génère une forte poussée qui permet le décollage de la fusée.

Et comment la diriger ?

Tout dépend de type de fusée, pour certaines ce sont des ailerons qui assurent sa stabilité, pour d’autres on installe de petits moteurs verniers qui peuvent s’incliner pour contrôler l’engin, et pour certains modèles comme la Falcon 9 ou l’Ariane 5 c’est directement le moteur principal qui peut pivoter sur son axe. Dans le vide de l’espace les ailerons ne sont d’aucune utilité pour les étages supérieurs ou les satellites, on utilise donc un système appelé RCS (Reaction Control System) : ce sont de petits propulseurs permettant d’effectuer de petites poussées afin de modifier l’orientation d’un vaisseau. On s’en sert également pour l’arrimage entre 2 vaisseaux mais aussi pour tasser le carburant au fond du réservoir lorsque l’on doit rallumer les moteurs en orbite.

Mais, pourquoi aller si vite ?

Pour atteindre l’orbite basse, il faut réussir à atteindre la vitesse de 27 600km/h, sinon on retombe sur Terre. Une orbite c’est comme une chute, mais une chute infinie : imaginez par exemple que vous jetez une pierre, elle décrit une trajectoire parabolique mais elle n’a pas assez de vitesse et finit donc par retomber. Pour une orbite c’est le même principe, sauf que l’on va trop vite et que lors de la chute on rate la Terre, même si on est toujours attiré par cette dernière. On décrit donc un cercle autour d’elle, c’est une orbite. Il y en existe d’ailleurs plusieurs type, mais je vous expliquerai ça dans un autre article dédié aux orbites.

J’espère que ce nouveau format vous plaît, n’hésitez pas à me dire ce que vous en pensez en commentaire et sur Discord !

Article mis à jour le 05/09/2021

Anthony (Tymon)

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