Chimie de la propulsion d'Ariane 5

I. Présentation du lanceur Ariane 5 :
Le lanceur Ariane 5 est composé d'un corps central pourvu d'un étage supérieur contenant les satellites à placer sur orbite et deux accélérateurs à poudre placés sur les cotés.
Crédit : ESA/CNES/Arianespace  

Les éléments de propulsion d'Ariane 5 :

  • Les étages accélérateurs à poudre (EAP), également appelés Boosters, permettent d'arracher les 725 tonnes du lanceur à la table de lancement.
  • L'étage principal cryotechnique (EPC) contient les 26 tonnes de dihydrogène  et les 123 tonnes de dioxygène liquides qui alimentent le moteur Vulcain (moteur principal d'Ariane 5).
  • L'étage à propergols stockables (EPS) contient les 9,7 tonnes de  combustible et de comburant nécessaire au fonctionnement du moteur Aestus qui permet de placer les satellites en orbite géostationnaire.
    •

II. Extrait de la chronologie finale correspondant à un tir d'Ariane 5 :

Date  Action
H -0 La séquence d'allumage du moteur Vulcain est lancée.
H +7,3 s L'ordinateur autorise l'allumage des EAP, ce qui entraine le décollage immédiat.
H +2 min 19 s Les EAP, en fin de combustion, se séparent du corps central et tombent dans l'océan atlantique où ils sont récupérés.
H + 9 min 50 s Extinction de l'EPC qui se sépare six secondes plus tard.
H + 9 min 57 s Allumage de l'EPS
H + 26 min 49 s Extinction de l'EPS

II. Les transformations chimiques dans les EAP :
Les EAP d'Ariane 5 contiennent 68% de perchlorate d'ammonium (les ions ammonium NH4+ servant de combustible et les ions perchlorate servant de comburant), 18% d'aluminium et 14% de polybutadiène qui sert à la fois de liant et de combustible.
Dans un premier temps on observe la réaction d'oxydoréduction entre l'ion ammonium et l'ion perchlorate :

Ajuster les nombres stoechiométriques de l'équation traduisant cette transformation chimique :

NH4ClO4(s) à  N2(g) + H2O(g) + O2(g) + HCl(g)

Puis le dioxygène formé lors de la réaction précédente réagit avec l'aluminium suivant l'équation chimique :

Ajuster les nombres stoechiométriques de l'équation traduisant cette transformation chimique :

Al(s) + O2(g) à  Al2O3(s) 

Cette dernière réaction est très exothermique et permet d'augmenter la température des gaz formés et d'augmenter ainsi la poussée des EAP.

Le polybutadiène (dans lequel sont dispersé le perchlorate d'ammonium et l'aluminium) réagit également avec une partie du dioxygène formé par la première transformation chimique :

 -[CH2-CH=CH-CH2]-n (s)+   11n/2 O2(g) à  4n CO2(g) + 3n H2O(g) 

III. La transformation chimique dans le moteur Vulcain (étage principal cryotechnique) :
Le dihydrogène et le dioxygène stockés dans l'EPC sont acheminé jusqu'au moteur Vulcain où il réagissent créant de l'eau à l'état de gaz suivant l'équation chimique :

Ajuster les nombres stoechiométriques de l'équation traduisant cette transformation chimique :

H2(l) + O2(l) à  H2O(g) 

III. La transformation chimique dans le moteur Aestus (étage à propergols stockables) :
Le moteur de l'EPS utilise comme combustible de la monoéthylhydrazine et comme comburant du peroxyde d'azote. Lors de la transformation chimique, il se forme du diazote, du dioxyde de carbone et de l'eau suivant l'équation chimique suivante :

Ajuster les nombres stoechiométriques de l'équation traduisant cette transformation chimique :

CN2H6(l) + N2O4(l) à  N2(g) + H2O(g) + CO2(g)

 

 

 

 

 

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© Olivier STOCK