Fusée à eau
Fusée à eau
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Une fusée à eau ou fusée hydropneumatique est une bouteille en PET propulsée par réaction, en utilisant de l'eau et de l'air sous pression. Ces engins peuvent dépasser la vitesse de 100 km/h et les 100 mètres d'altitude[1]. Leur lancement nécessite l'utilisation d'un lanceur de fusée à eau.
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Principe [modifier]
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La propulsion d'une fusée à eau est basée sur le principe bien connu d'action-réaction : de la matière doit être éjectée violemment d'un conteneur, dans le sens opposé au déplacement souhaité. C'est par ce même principe que les fusées telles qu'Ariane sont propulsées. Dans les fusées à eau, la matière à éjecter est de l'eau, le moyen pour l'éjecter est de l'air sous pression et le conteneur (la fusée proprement dite) est une bouteille en PET. L'eau est utilisée comme matière à éjectée car elle offre une masse volumique importante et que cela augmente la force de poussée. Plus la pression de l'air dans la fusée est élevée, plus l'eau sera éjectée rapidement, et donc plus la force de poussée sera grande. La phase de propulsion d'une fusée à eau est en général très courte étant donné la diamètre de la tuyère et la faible quantité de matière à éjecter. Cependant, après avoir fini de se propusler, la fusée à eau continue son ascension grâce à l'énergie cinétique acquise. La fusée remplie de 30% à 40% d'eau est placée sur son lanceur. L'air de la bouteille est alors mise sous pression (généralement entre 3 et 8 bars) à l'aide d'une pompe ou d'un compresseur. Une fois la pression adéquat atteinte, la fusée pourra se propulser. |
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Mesures de sécurité [modifier]
Les fusées à eau sont des engins d'une grande puissance, capable de blesser grièvement quelqu'un si des mesures de sécurité simples ne sont pas respectées.
Il est par conséquent recommandé qu'aucune personne ne se trouve à moins de 10 mètres du pas de tir pendant la mise sous pression et le décollage d'une fusée[2].
Composition d'une fusée à eau [modifier]
Fusée minimale [modifier]
Une simple bouteille en PET constitue en soit une fusée à eau. Sa trajectoire n'étant pas stabilisée, elle n'ira pas très haut.
Il faut donc rajouter des ailerons à la fusée pour la rendre stable. Une fusée de 1.5 litres dotée d'ailerons peut aisément dépasser les 60 mètres d'altitude.
Le réservoir [modifier]
Le réservoir de la fusée à eau est le volume intérne de la bouteille ou de l'ensemble des bouteilles communiquant avec le goulot.
Il est possible d'assembler plusieurs bouteilles entre elles afin d'augmenter le volume du réservoir de la fusée. Cela nécessite un collage empêchant les fuites et les éventrements sous une forte pression. La colle polyuréthane apporte une bonne résistance à la pression et une élasticité pour les chocs violents (atterrissage brutal).
Certaines fusées perfectionnées peuvent avoir plusieurs réservoirs qui se déclenchent chacun lors tour durant les phases de vol. Les contenus des réservoirs ne communiquent pas entre eux, mais un mécanisme provoque la séparation de l'étage le plus bas, lorsqu'il a fini sa phase de propulsion, afin de permettre à l'étage supérieur d'amorcer sa phase de propulsion. Ces fusées sont dites « à étages ».
Les ailerons [modifier]
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Les ailerons ont beaucoup d'influence sur les performances de la fusée. Ils permettent une stabilisation de la trajectoire. Ils doivent être bien dimensionnés et solidement fixés au corps de la fusée. |
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La charge utile [modifier]
La charge utile est l'ensemble des choses que la fusée embarque et qui ne servent pas directement à son fonctionnement. Il peut s'agir d'une petite caméra ou d'un appareil photographique, d'instruments de capture de données (accélération, vitesse, altitude, ...) ou de tout autre chose.
Le système de récupération [modifier]
Lorsqu'une fusée à eau est suffisamment évoluée, le fuséiste veut récupérer sans dommage la fusée et/ou le matériel embarqué. Pour cela on utilise un système de récupération qui a pour rôle de ralentir la vitesse de chute de la fusée. Plus la vitesse de chute est faible, moins le choc sera violent.
Le système le plus utilisé est le parachute bien qu'il existe d'autres techniques assez innovantes. Il est souvent conçu à partir d'une toile de nylon ou d'un sac-poubelle. Des ficelles relient le parachute à la fusée.
Le plus délicat consiste à créer un dispositif de déclenchement du parachute fiable. Le parachute doit être enfermé dans la fusée pendant la phase ascensionnelle du vol et se déployer pendant la chute.
Il existe différentes méthodes répandues de simplicité et de fiabilité variable :
- la méthode dite « sylapus », acronyme de « SYstème de LArgage de Parachute Ultra Simple », elle utilise l'inertie lors du retournement de la fusée à son apogée pour que la coiffe se sépare du corps de la fusée, libérant ainsi le parachute. Cette méthode est simple à réaliser. Elle comporte l'inconvénient de n'être efficace que pour les tirs verticaux.
- avec un retardateur mécanique « tomy timer » (mécanisme dans des petits jouets).
- avec un volet plaqué contre la fusée qui s'ouvrira lors de la perte de vitesse de la fusée (par la traction d'un élastique), libérant ainsi le parachute.
- système radio-commandé
- ...
Le vol d'une fusée à eau [modifier]
Les étapes du vol d'une fusée à eau simple (un seul étage) sont les suivantes :
- Propulsion à l'aide du tube de lancement (s'il y en a un)
- Propulsion par éjection de l'eau
- Propulsion par éjection de l'air
- Ascension non propulsée (décélération dûe à la gravité et la traînée)
- Atteinte de l'apogée (altitude maximale, vitesse verticale nulle)
- Chute jusqu'au sol (freinée ou non par un parachute)
La propulsion ne représente qu'une très courte partie du vol[3].
Base de lancement [modifier]
La base de lancement, ou lanceur, est indispensable pour envoyer des fusées. Elle sert à la mise sous pression et à la mise dans la trajectoire au décollage. Il y a deux grandes familles de lanceurs : les lanceurs « plein goulot » et les lanceurs avec « raccord de tuyau de jardin ». Chacun de ces systèmes a son lot d'avantages et d'inconvénients.
Base « raccord de jardin » [modifier]
La méthode la plus courante pour fabriquer un lanceur de type « raccord de tuyau de jardin » consiste à fixer solidement sur un support stable un raccord femelle de tuyau d'arrosage, de type raccord rapide à libération par simple traction, ou mieux, par rotation. La partie mâle est adaptée au goulot de la bouteille de manière étanche. Le plus facile est de percer le bouchon pour y insérer le raccord mâle réduit par limage. Un tuyau de quelques mètres est fixé au raccord femelle, et fermé à son extrémité par une valve de vélo qui permet de brancher la pompe et de conserver la pression. La libération de la fusée se fait par traction d'une ficelle adaptée au raccord.
On peut fabriquer un lanceur beaucoup plus fiable et puissant avec des coudes de gouttière (pour faire le support), un mécanisme d'emboîtage de tuyau de jardin (pour maintenir la bouteille en place durant la mise sous pression), et un frein de vélo (pour déclencher le tir).
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Ce type de lanceur a un inconvénient : si pour une raison quelconque, on perd la fusée, on perd aussi la partie mâle.
Base « plein goulot » [modifier]
Sur ce type de lanceur, le goulot de la bouteille sert directement de tuyère. Cela offre une poussée plus forte, mais aussi plus courte que les systèmes « raccord de jardin », grâce à son plus grand diamètre.
Sur ce type de lanceur, il est possible et souvent souhaitable, de créer un système de retenue qui maintient la fusée sur le lanceur pendant la mise sous pression et jusqu'à ce que l'utilisateur actionne le mécanisme de libération de la fusée. Cela permet d'atteindre des pressions élevées (supérieures à 4 ou 5 bars) et donne une maîtrise du moment de décollage.
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Tube de lancement [modifier]
Un tube de lancement, aussi appelé « launch tube » (de l'anglais), est un tube rajouté sur le lanceur, qui se trouve au dessus du goulot lorsque la fusée est positionnée. Ainsi le tube penêtre dans la fusée.
Ce système offre principalement deux avantages importants :
- Guidage de la fusée en début de trajectoire.
- Propulsion de la fusée au décollage en évitant d'éjecter trop d'eau.
Le diamètre et la longueur du tube conditionnent son efficacité. Plus grandes seront les dimensions, plus efficace le tube sera.
Voir aussi [modifier]
Liens internes [modifier]
- Moteur à eau. Lorsque l'eau est un additif, ou une source d'énergie.
Liens externes [modifier]
- (fr) Portail Techno-Challenge sur les fusées à eau : forums sur les fusées à eau
- (fr) Modélisation du vol des fusées à eaux et validation expérimentale [pdf] : projet scientifique réalisé par sept élèves-ingénieurs dans le but de modéliser le vol d'une fusée à eau.
- (fr) Modélisation et simulation du vol d'une fusée à eau : TIPE d'un élève de classe préparatoire sur la modélisation et la simulation du vol d'une fusée à eau.
- (fr) Site de Planète Sciences (ex ANSTJ)
- (fr) fabrication de fusées à eau et plans de montage
- (fr) La fusée à eau
- (fr) Le site du "Club Falcon" sur les fusées à eau : fabrication de fusées à eau et plans de montage.
- (en) Clifford Heath : simulation du vol en fonction de la pression, du diamètre, de la masse, etc.
- (en) The Water Rocket Achievement World Record Association
Notes et références [modifier]
- ↑ Le record du monde d'altitude au 14 Juin 2007 est de 630.33 mètres. Voir sur WRN.com (en)
- ↑ « Restez toujours à plus de 5m voire 10m d'une fusée à eau et en arrière de la base de lancement ou franchement sur le côté de la trajectoire prévue (au moins 10m). » Voir la page « Sécurité » sur le site Techno-Challenge
- ↑ Pour visualiser quantitavement le vol d'une fusée à eau, rendez-vous sur le simulateur de Dean Wheeler (en)
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