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Auteur(s)
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Yves PREL : Ingénieur du Centre d’études supérieures des techniques industrielles - Docteur en Mécanique appliquée et matériaux de l’université de technologie de Compiègne - Ingénieur au département Structures, thermique, matériaux à la Direction des lanceurs du CNES (Centre spatial d’Évry)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Vers le milieu des années soixante-dix, l’Europe ne disposait pas de moyen de lancement lourd pour ses satellites.
En 1973, elle décidait de développer Ariane 1, qui permettait alors d’assurer son autonomie et de fournir des services commerciaux. A cette époque, plus de 70 % des satellites avaient une masse inférieure à 1 300 kg mais, très vite, les masses ne cessant de croître, Ariane 1 devenait insuffisante. Ariane 2 et 3 voyaient leurs performances augmentées par l’ajout de 2 propulseurs d’appoint à poudre et par un accroissement de la poussée des moteurs des étages principaux. Vers le milieu des années quatre-vingt, alors qu’Ariane 4 allait devenir opérationnelle et constituer le « fer de lance » d’Arianespace, la masse des charges utiles à lancer sur orbite allait encore s'accroître, évolution qui continue encore de nos jours.
En 1987, les ministres européens décidèrent alors le développement du lanceur lourd Ariane 5, afin de conserver une capacité de lancement compétitive face à l’augmentation de la masse et du volume des satellites, et pour le lancement d’éléments de vols habités en orbite basse. L’emploi des matériaux composites a fortement participé à l’augmentation des performances des lanceurs Ariane.
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2. Lanceurs du futur et matériaux composites
A moyen terme, il ne devrait pas y avoir d’évolution majeure dans l’emploi des composites, même pour un lanceur nouveau comme Ariane 5, mais que l’on pourrait qualifier de « classique » dans sa conception avec ses 3 étages propulsifs. Les voies d’amélioration faisant appel aux composites pourraient être les suivantes :
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tuyère avec divergent déployable en matériaux thermostructuraux pour des moteurs d’étage supérieur cryotechnique ;
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réalisation de l’enveloppe des boosters par enroulement filamentaire (solution appliquée sur le booster SRMU du Titan) ;
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réalisation de brides en composites.
Les petits lanceurs qui émergent ou qui sont à l’étude font plus largement appel aux composites avec des moteurs à propergol solide de taille réduite et non segmentés pour lesquels la solution « bobinée » se prête plus particulièrement.
Les composites pourraient être également employés pour des véhicules du futur : lanceur mono- ou biétage réutilisable. La performance structurale constitue, dans ce cas, un élément critique pour la faisabilité du concept. Pour cela, il est nécessaire d’étudier (dimensionnement, faisabilité) des réservoirs cryotechniques de grandes dimensions pour lesquels la solution composite devient intéressante malgré des pressions généralement faibles dans le réservoir pour ce type de propulsion. Les composites thermostructuraux tels que les carbone/carbone, carbone/SiC, SiC/SiC sont alors envisageables sur les parties les plus chaudes pour les phases de rentrée.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - CHATAIN (M.) - Matériaux composites : présentation générale. - [AM 5 000], Plastiques et composites (2001).
-
(2) - BARDONNET (P.) - Résines époxydes (EP). Composants et propriétés. - [A 3 465], Plastiques et composites (1992).
-
(3) - LUYCKX (J.) - Fibres de carbone. - [A 2 210], Plastiques et composites (1994).
-
(4) - EYMARD (M.) - Évolution des structures et technologies sur les lanceurs de la famille Ariane. - CNES, Colloque Arcachon, « Ariane 5-Structures et technlogies », 901 p., Cépaduès-Éditions (1993).
-
(5) - MARTY (D.) - Conception des véhicules spatiaux. - Masson (1993).
-
(6) - PANDELLI (A.-M.), PREL (Y.) - L’évolution des matériaux composites dans le domaine des lanceurs spatiaux. - Mécanique...
ANNEXES
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