La fusée

---

La fusée est un engin spatial également appelée lanceur puisqu’elle sert au lancement d’objets tels que les satellites ou navettes spatiales par exemple. Pour fonctionner, elle doit emmener à la fois le combustible et le comburant qui sont stockés dans différents étages. Ainsi, la fusée doit posséder plusieurs étages pour optimiser son fonctionnement puisqu’à chaque fois que le combustible et le comburant du moteur d’un étage sont entièrement consommés, celui-ci se détache et un autre est alors utilisé.

L’histoire de la fusée débute en 1903 avec Constantin Tsiolkovski, scientifique russe, qui imagina les fusées à ergols liquides et celles à plusieurs étages. Ce principe va être par la suite réutilisé par Robert Goddard (ingénieur et physicien américain) en 1926 qui lancera pour la première fois une fusée propulsée par un mélange d’essence et d’oxygène liquide. L’engin atteindra 12,50 m et 100 km/h. Cependant, la fusée fera un bond en avant grâce à deux ingénieurs de génis: Von Braun et Korolev. La France est la troisième puissance mondiale à entrer dans la course à l’espace avec le lanceur Diamant, en 1965.

De nos jours, la propulsion de la fusée se fait en partie par expulsion des gaz dits propergols dont le processus est du à une réaction entre les réactifs appelés ergols (qui signifie le carburant en langage spatial). Les fusées dites « à poudre » telles qu’Ariane 5 utilisent des ergols solides comme l’aluminium et perchlorate d’amonium de formule : N H₄ Cl O₄

. La réaction chimique est la suivante :

2 Al _(s) + 2 NH₄ClO_{4 (s)} → Al₂O_{3 (s)} + 2 HCl _(g) + 2 NO + 3 H₂O

Les gaz sont éjectés par les tuyères permettant l’élévation de la fusée.

Voici un petit schéma présentant très rapidement le principe du mélange du comburant et du carburant permettant le décollage de la fusée :

Afin d’expliquer son système de propulsion on peut formuler l’hypothèse que la fusée est un système isolé. C’est à dire dans un système immobile ou de mouvement rectiligne et uniforme. On pourrait donner comme exemple de système isolé un livre sur une table que l’on pourrait schématiser comme ceci :

Le vecteur rose (que l’on va nommer vecteur R) représente la force exercée par le support (ici la table), le vecteur violet (que l’on va nommer vecteur p) représente le vecteur quantité de mouvement tel que p=m*v où m est la masse du livre et sa vitesse.

On remarque qu’ici (et dans tout système isolé) le vecteur R x vecteur p = 0 et donc que ΣFext =0.

• Revenons à la fusée. A l’instant t0, la fusée est immobile, il y a donc la fusée et les gaz qu’elle contient. Ainsi : vecteur v=0 et donc vecteur p t0=0

• A l’instant t1, la fusée décolle donc p fusée= m fusée x v fusée   et  p gaz= m gaz x v gaz  donc p t1= p fusée + p gaz

Rappelons que nous sommes dans un système isolé donc que:

⇀                                                  ⇀        ⇀     ⇀    

p= vecteur constant  et que p(t0)= p(t1)=0

      ⇀        ⇀       ⇀           

=>  p(t1) = pf + pg

     ⇀     ⇀           

=> pf= - pg

L’éjection des gaz vers le bas entraîne donc la propulsion de la fusée vers le haut. Ce phénomène est celui de « l’action-réaction ».

Tout ceci part cependant du principe que la fusée est un système isolé or le véritable fonctionnement de la fusée est bien plus complexe.