Grande Encyclopédie Larousse 1971-1976Éd. 1971-1976
P

propergol (suite)

Propergols solides

Leur constitution chimique ne diffère pas fondamentalement de celle des poudres propulsives.


Propergols hybrides

Ils sont constitués par l’association d’un ergol solide et d’un ergol liquide.

À ces trois classes de propergols correspondent trois types distincts de moteurs-fusées, puisque les propergols liquides exigent la présence d’un ou de deux réservoirs et d’un système pour leur injection dans la chambre de réaction, appelée aussi chambre de combustion du moteur-fusée, tandis que les propergols solides sont placés, à l’avance, dans cette chambre.


Caractéristiques énergétiques

C’est l’énergie libérée par la réaction chimique dont un propergol est le siège qui permet la propulsion des fusées. Toutefois, cette énergie, qui peut s’exprimer en kilojoules par kilogramme de propergol, n’est pas le paramètre caractérisant le mieux l’effet que peut produire un propergol ; dans un moteur-fusée, la nature des gaz émis par la réaction a une influence considérable sur la poussée que peuvent produire ces gaz : cette poussée est d’autant plus importante que les gaz produits ont une masse molaire plus faible. C’est pourquoi les substances riches en hydrogène, comme les hydrocarbures gazeux ou l’hydrazine, sont d’un emploi fréquent dans la composition des ergols.

On caractérise la valeur d’un propergol, en tant qu’agent moteur, par son impulsion spécifique, quotient de la poussée qu’il produit par le débit en masse des produits de sa réaction. Cette grandeur, qui a la dimension d’un temps, est toujours exprimée en secondes. Elle caractérise un propergol employé dans des conditions données de pression dans la chambre de combustion et de pression des gaz dans la section de sortie de la tuyère : pour comparer entre eux des propergols destinés à l’alimentation d’un moteur-fusée fonctionnant dans l’atmosphère, on considère une tuyère adaptée, c’est-à-dire une tuyère assurant un écoulement des produits de combustion parallèlement à son axe, la pression étant de 1,013 bar dans la section de sortie et la chambre de combustion fonctionnant sous une pression de 70,9 bar ; on définit ainsi ce qu’on appelle l’impulsion spécifique standard. L’impulsion spécifique effectivement obtenue au moyen d’un propergol donné est inférieure à l’impulsion spécifique standard parce que, d’une part, la pression dans la chambre de réaction est souvent moindre que la pression de 70 bar envisagée ci-dessus, d’autre part la réaction chimique peut être incomplète et les conditions de détente différentes des conditions optimales qui caractérisent une tuyère adaptée.

Si importantes que soient les caractéristiques énergétiques des propergols, elles ne sont pas les seules à prendre en considération dans l’étude d’un moteur-fusée. Dans le choix d’un propergol, on doit tenir compte de diverses propriétés physiques. C’est ainsi que les liquides de faibles densités exigent des réservoirs de grande dimension, ce qui accroît le poids mort de l’engin sur lequel est monté le moteur-fusée. De même, la chaleur spécifique et la viscosité des liquides interviennent dans la fixation des caractéristiques géométriques des tuyauteries et des divers organes que traversent ces liquides.


Les monergols

Beaucoup de monergols sont des composés définis qui, grâce à l’amorçage auquel on les soumet dès le début de leur injection dans la chambre de réaction, subissent une décomposition qui se poursuit ensuite d’elle-même en fournissant des gaz chauds. L’amorçage peut être réalisé par une étincelle, par une étoupille ou, dans certains cas, par une action catalytique : c’est ainsi que la décomposition du peroxyde d’hydrogène peut être produite par une toile métallique en fils d’argent. Certains monergols sont des gaz liquéfiés pouvant subir une dissociation exothermique ; tel est le cas du méthylacétylène (ou propyne), C3H4, dont la décomposition donne un mélange d’hydrogène et de méthane avec des particules de carbone libre, ces produits de dissociation étant à une température de 1 700 °C environ. L’oxyde d’éthylène C2H4O se dissocie de même en un mélange de méthane et d’oxyde de carbone. Le peroxyde d’hydrogène, ou eau oxygénée, employé sous forme de solution aqueuse à 90 p. 100, se décompose en vapeur d’eau et oxygène, portés à 750 °C environ. L’hydrazine, soit sous forme anhydre N2H4, soit sous forme d’hydrate N2H4, H2O, se dissocie en azote, en ammoniac et en hydrogène — et en vapeur d’eau dans le cas de l’hydrate. Des monergols dont la molécule est constituée par un groupe comburant NO2 ou NO3 lié à un radical combustible hydrocarboné ont aussi été utilisés. Le nitrométhane CH3NO2, liquide bouillant à 101 °C, et le nitrate d’isopropyle, C3H7NO3, dont le point d’ébullition est 102 °C, sont plus faciles à manier et à stocker que les précédents. Des monergols peuvent être constitués par des mélanges, comme celui d’alcool méthylique (ou éthylique), de peroxyde d’hydrogène et d’eau ; la composition d’un tel mélange ne doit pas sortir d’un domaine étroit, car certains d’entre eux détoneraient au lieu de déflagrer dans la chambre de réaction.

Ayant une vitesse de réaction chimique moindre que celle des diergols, les monergols exigent une chambre de combustion plus longue que celle qui convient à ces derniers.

Les avantages théoriques des monergols, comme celui d’être utilisables dans des moteurs-fusées de type plus simple, sont compensés par divers inconvénients. En particulier, leur impulsion spécifique est généralement moindre que celle que peuvent atteindre les diergols ; c’est pourquoi à l’heure actuelle les moteurs-fusées dans lesquels ils sont employés sont surtout des moteurs auxiliaires servant aux corrections de trajectoires de vol des grosses fusées. Mais les monergols se montrent très utiles dans un domaine voisin de celui des moteurs-fusées : celui de la mise en mouvement de petites turbines productrices d’énergie, en particulier à bord des véhicules spatiaux.