Propulsion par réaction

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Ci-dessus : décollage d'un lanceur
Ariane 5 (Copyrgiht ESA)

Pour avancer, le rameur prend appui sur l’eau, l’oiseau sur l’air, le piéton sur le sol. Mais comment se déplacer dans le vide de l’Espace, sans aucun support ?

C’est le Russe Konstantin Tsiolkovski qui, à la fin du XIX ^ème siècle, a apporté la solution en imaginant le moteur-fusée, capable de créer sa propre force motrice aussi bien dans l’atmosphère que dans le vide spatial.

Son fonctionnement repose sur un phénomène naturel, celui de l’action et de la réaction, découvert par Isaac Newton deux siècles auparavant.

Le principe de l’action et de la réaction selon lequel à toute action correspond une réaction égale et de sens opposé est à l'origine de la propulsion des fusées.

Dans l’Espace, la fusée éjecte des gaz vers l’arrière et se propulse par réaction, sans point d’appui extérieur : au mouvement de la masse de gaz vers l’arrière correspond un mouvement opposé de la fusée vers l’avant. La fusée s’appuie sur les gaz éjectés et fonctionne parfaitement dans le vide.

La propulsion est d’autant plus forte que le débit (masse de gaz éjectés chaque seconde) est important et que la vitesse d’éjection est élevée. Cette force délivrée par un moteur-fusée est appelée la poussée :

F = q.V_e

q : débit massique des gaz propulsifs en kilogrammes par seconde.
V_e : vitesse d’éjection des gaz en mètres par seconde.
Cette force F s’exprime en newtons (N) ou en kilonewtons (kN).

Pour produire les gaz qu'il faut éjecter en grande quantité et à vitesse élevée, chaque étage de la fusée emporte son combustible (qui brûle) et son comburant (qui fournit l’oxygène ou son équivalent nécessaire à la combustion). Combustible et comburant appelés aussi ergols brûlent ensemble dans une chambre de combustion. Les gaz acquièrent ensuite leur vitesse finale d’éjection par détente et accélération dans une tuyère. Cette vitesse est d’autant plus grande que la pression et la température de combustion sont élevées.