Éd. 1971-1976

carburant et comburant (suite)

Propergols pour moteurs-fusées

La fusée est un moteur qui emporte à la fois son comburant et son carburant, l’ensemble de ces deux corps étant alors appelé propergol. On peut les caractériser par un paramètre appelé impulsion spécifique, qui est le rapport de la poussée créée dans un moteur-fusée, exprimée en kilogrammes, à leur consommation spécifique exprimée en kilogrammes par seconde ; l’impulsion spécifique s’exprime donc en secondes, comme un temps. On répartit les propergols en deux catégories principales : les propergols liquides et les propergols solides.

• Avec les propergols liquides, comburant et carburant sont emmagasinés dans des réservoirs séparés et mélangés dans la chambre de combustion. Les principaux comburants sont l’alcool éthylique, l’acide nitrique et surtout l’oxygène liquide et le peroxyde d’azote, qui sont actuellement les plus employés. Les carburants sont beaucoup plus nombreux. On leur demande essentiellement un pouvoir calorifique élevé et une bonne stabilité chimique. Les plus utilisés sont l’hydrogène liquide en combinaison avec l’oxygène liquide, le kérosène et un composé organique, la diméthylhydrazine dissymétrique, ou U. D. M. H. L’hydrogène liquide, s’il est le plus énergétique, présente l’inconvénient d’une faible densité qui entraîne des réservoirs de grand volume. Quant à la diméthylhydrazine dissymétrique, elle forme avec le peroxyde d’azote une combinaison très intéressante, car aucun des deux ergols n’attaque les réservoirs et n’est sujet à une évaporation prématurée ; de tels ergols sont dits « stockables », par opposition aux ergols cryogéniques (oxygène et hydrogène liquides), et présentent de l’intérêt pour les lanceurs spatiaux et les missiles balistiques, que l’on peut remplir un certain temps avant leur utilisation. Si la combinaison oxygène liquide - hydrogène liquide est à l’heure actuelle la combinaison la plus énergétique utilisée opérationnellement, on cherche à employer le fluor liquide, mais sa forte réactivité chimique crée de sérieuses difficultés technologiques.

• Dans les propergols solides dont l’ancêtre est la poudre noire, utilisée depuis fort longtemps, le comburant et le carburant se trouvent intimement associés en un bloc compact. Il existe deux types de propergols solides.
1. Les propergols à double base, dans lesquels comburant et carburant sont unis dans la même molécule, se présentent sous la forme de composés en proportions variables de nitroglycérine et de nitrocellulose, auxquels on ajoute des stabilisants à faible dose. Ils sont surtout utilisés pour les blocs de faibles dimensions, donc de faible poussée.
2. Les propergols composites, dans lesquels les deux ergols forment deux phases distinctes bien qu’étroitement mélangées, utilisent comme comburants des perchlorates ou des nitrates, et comme carburants des résines ou des polyuréthannes. On améliore leurs caractéristiques énergétiques en leur ajoutant des poudres de métaux à forte chaleur d’oxydation, comme l’aluminium et le magnésium.

• Dans les propergols hybrides, utilisés dans quelques moteurs-fusées, le combustible est solide et le comburant liquide. On combine ainsi les avantages respectifs de chacune des deux catégories précédentes, c’est-à-dire la simplicité des moteurs à propergols solides et la valeur énergétique supérieure des propergols liquides.

J. L.

➙ Additif / Cracking / Distillation / Essence / Fuel-oil / Gas-oil / Octane (indice d’) / Pétrole.

J. Weissmann et coll., Carburants et combustibles pour moteurs à combustion interne (Technip, 1970).

carburation

Opération qui a pour but de fournir aux cylindres d’un moteur à explosion un mélange d’air et d’essence, gazeux et homogène, convenablement dosé pour pouvoir être enflammé.
Cette opération est réalisée dans un carburateur par giclage.

Principe du carburateur élémentaire

La combustion d’un mélange d’air et d’essence n’est possible que s’il est composé de 15 g d’air pour 1 g d’essence. Cette proportion peut varier dans des limites assez étroites, 10 p. 100 en plus ou en moins, selon l’usage que l’on fait du moteur. La recherche de la puissance maximale, pour une cylindrée donnée, autorise un dosage à 13,5 g d’air, dit « mélange riche », et celle de l’économie de consommation en carburant, un dosage à 16,5 g d’air, dit « mélange pauvre ». La carburation s’effectue automatiquement dans le carburateur. Celui-ci comprend, en principe, une chambre principale dans laquelle débouche un tube gicleur, alimenté constamment en essence par la cuve à niveau constant et qui contient, en outre, un diffuseur d’air, ou buse, formant un étranglement calibré en deux troncs de cône réunis par leur plus petite base. La chambre principale est en communication, à l’une de ses extrémités, avec la culasse du moteur, par l’intermédiaire d’une tuyauterie d’aspiration et, à l’autre, avec l’air ambiant. À l’intérieur de la chambre, ou corps du carburateur, on place un volet articulé appelé papillon, dont le mouvement est commandé par la pédale d’accélérateur.

Fonctionnement

Au temps d’admission du cycle moteur, la dépression qui règne à l’intérieur du cylindre fait entrer l’air ambiant dans le corps du carburateur. Sa vitesse est accélérée par la buse lorsqu’il arrive au niveau du gicleur, dont il aspire et vaporise l’essence pour former le mélange gazeux carburé qui est conduit au cylindre. L’essence, contenue dans le réservoir situé à l’arrière de la voiture, est envoyée par une pompe mécanique ou électromagnétique dans la cuve à niveau constant, qui comporte un flotteur intérieur portant une tige pointeau. Le gicleur forme avec la cuve deux vases communicants où l’essence s’établit aux mêmes niveaux. Lorsque l’essence jaillit du gicleur, le niveau dans la cuve s’abaisse, entraînant la tige pointeau qui découvre l’orifice d’admission d’essence. La pompe à membrane se remet en marche jusqu’à ce que le niveau normal soit rétabli dans la cuve. Le diffuseur, en accroissant la vitesse de l’air, augmente la valeur de la dépression. On peut réaliser des diffuseurs multiples composés d’une série de buses de dimensions croissantes, chacune d’elles débouchant dans le col de la suivante, ce qui augmente le pouvoir de diffusion. Le papillon, solidaire dans son mouvement de celui de la pédale d’accélérateur, règle le débit en fonction du régime du moteur en obturant plus ou moins le passage du gaz dans le corps du carburateur.