Où trouver le gaz pour les moteurs de fusée ?
Si c'est bien du gaz qui sort du moteur, il n'est pas stocké à bord de la fusée, c'est le moteur qui va créer ce gaz. C'est le grand débit de gaz et sa grande vitesse qui va permettre de réaliser la poussée qui va propulser la fusée. Ces gaz sont issus de la combustion de deux produits. La combustion est le fait de brûler deux éléments qu'on appelle des ergols. Les ergols, c'est le terme que nous utilisons pour désigner ce qu'on appellerait communément l'essence, dans une fusée. Il y en a de deux types, un qu'on appelle le carburant et qui est un peu comme l'essence dans une voiture, et un deuxième qui est le comburant. Ce mot est un peu moins connu, mais il désigne le produit qui contient de l'oxygène nécessaire pour qu'il y ait une combustion. En résumé, s'il n'y a pas de comburant, il ne peut pas y avoir de combustion. On a donc besoin du carburant et du comburant.
Ils peuvent être stockés dans le lanceur sous différentes formes. Le terme « lanceur » est celui que nous utilisons pour désigner les fusées. Lanceurs et fusées, c'est la même chose.
Sous quelle forme sont stockés les ergols ?
Il y a deux formes de stockage, soit solide, soit liquide, parce que les liquides ou les solides sont plus denses que les gaz. Dire qu’ils sont plus denses signifie qu'ils prennent beaucoup moins de place que les gaz.
Pour le solide, on stocke le carburant et le comburant dans une sorte de gomme qu'on mélange et qu'on fait brûler. Et c'est cette combustion qui produit le gaz qui sort du moteur. Cette technologie solide est souvent utilisée pour les boosters. Les boosters, ce sont les moteurs qui sont placés parfois sur le côté d'un lanceur pour l'aider au décollage.
Pour les stockages sous forme liquide, le carburant et le comburant sont placés chacun dans des réservoirs. C'est ça qui forme la majeure partie du corps d’un lanceur. Il y a des ergols qui sont liquides à température ambiante, c'est à dire à 20 degrés. On les appelle « stockables » parce qu'ils sont facilement stockables comme de l'eau. C'est le cas par exemple du kérosène. On utilise le kérosène sur les lanceurs un peu comme sur les avions. Les plus intéressants, du point de vue de l'énergie qu'ils vont dégager, sont des liquides à très basse température, comme l'hydrogène.
L'hydrogène est liquide à -250 degrés et l'oxygène, lui, l’est à -180 degrés. Et bizarrement, même s'ils sont très froids, leur combustion va produire des gaz extrêmement chauds à plus de 3000 degrés et des gaz qui sont très légers et qui vont donc nous permettre d'obtenir une très grande vitesse en sortie du moteur. Et ça, c'est très intéressant.
De quelle manière les ergols sont-ils stockés dans une fusée ?
Un lanceur est composé de plusieurs étages et chacun de ces étages peut avoir un couple d'ergols, qui peuvent être différents. Quand on parle de couple, cela signifie qu’il y a du carburant et du comburant. Par exemple, Ariane 5, un des deux lanceurs européens qui sont actuellement utilisés, possède deux boosters solides : le premier étage fonctionne à l'oxygène et à l'hydrogène liquide et le un second étage fonctionne également à l'hydrogène et à l'oxygène liquide. Falcon 9, la fusée américaine de SpaceX, utilise, quant à elle, de l'oxygène et du kérosène.
Comment les ergols sont-ils choisis ?
Ça dépend de nombreux facteurs. Il y a entre autres le coût et la facilité d'utilisation. On imagine bien qu'entre un ergol qui est stocké à très basse température et quelque chose qui est stockable à température ambiante la difficulté n'est pas la même. Il y a aussi la durée de la mission et la performance. Quand on parle de performance, on parle du poids du lanceur ou encore de la vitesse des gaz qu'on peut obtenir grâce à cette combustion. Mais il y a aussi et bien évidemment, l'impact environnemental. Aujourd'hui, on recherche, pour le futur, des ergols qui soit le plus dense possible avec une très haute température de combustion, tout en étant encore plus respectueux de l'environnement, tant au moment de la fabrication de ces ergols que dans les émissions qu'il y a dans les gaz au moment du lancement. C'est évidemment une recherche qui va nous prendre du temps.
C’était Nathalie Girard, experte en propulsion liquide à la direction du transport spatial au CNES.
Ariane 5 | Le site du Centre national d'études spatiales (cnes.fr)
Ariane 6 | Le site du Centre national d'études spatiales (cnes.fr)
cnes | [Lanceurs] Ariane 6 en bonne voie vers son vol inaugural
