II- Fonctionnement et utilisation

des moteurs à réaction

    Le principe de réaction est adapté sur deux types de moteurs : les moteurs utilisés dans les fusées, mais aussi les moteurs utilisés pour propulser des avions : les réacteurs.

A) les fusées sorties de l'atmosphère et dans l'espace

    Le principe d'une fusée répond à la loi d'action et de réaction énoncée par Newton : à toute action correspond une réaction égale et opposée. Dans une fusée, l'éjection des gaz constitue l'action, et la pression vers l'avant, ou poussée, la réaction. La loi de Newton étant valable en tout lieu, ce principe peut aussi bien fonctionner dans l'atmosphère terrestre que dans le vide spatial.

    Le principe du moteur d'une fusée est de réaliser la combustion d'un combustible par un oxydant (comburant) dans une chambre de combustion. Cette réaction produit des gaz à très hautes températures qui cherchent à sortir de la chambre, qui ne possède qu'une ouverture  (appelée la tuyère) : les gaz sont donc dirigés et éjectés par la tuyère. Cette éjection est l'action, appelée poussée. Et la réaction fait avancer la fusée dans le sens inverse de celui de l'éjection des gaz.

    Cette réaction se produit à l'intérieur du moteur et ne nécessite aucune présence d'oxydant extérieur, comme l'oxygène contenu dans l'air.

 

    Il est ensuite possible  :

   - soit de disposer le couple combustible-comburant, appelés propergols, dans la chambre de combustion. Dans ce cas, les propergols sont solides.

    - soit d'injecter les propergols séparément qui sont alors stocké dans des réservoirs .

 Dans ce cas, les propergols sont liquides et on parle de moteur à propergol liquide.

 

a) moteur à propergols solides

     Les moteurs à propergols solides sont aussi appelés moteurs à poudre. Le moteur est alors réduit à la chambre de combustion et à la tuyère. Ils sont alors de forme cylindrique, pour contenir les propergols en poudre qu'il suffit ensuite d'allumer au moyen d'un dispositif contrôlé à distance. Les propergols solides ont des performances inférieures à celles des propergols liquides, mais leur facilité de stockage fait qu'ils sont largement utilisés pour les fusées militaires, et les boosters d'appoints des fusées spatiales.

    De plus une fois la combustion initialisée, il est impossible de contrôler la poussée et donc la vitesse de déplacement.

b) moteur à propergols liquides

    Les moteurs à propergols liquides sont de conception plus complexe que les moteurs à poudre. Les propergols sont stockés séparément à l'état liquide,  dans des réservoirs sous pression et à des températures très basses (environ -200°c). Ces moteurs nécessitent des pompes d'alimentation pour injecter les propergols dans la chambre de combustion, une source d'énergie pour faire fonctionner ces pompes, des valves et des canalisations pour la circulation des liquides, une structure pour transmettre les forces de poussée, et des systèmes de contrôle pour l'admission et la régulation des flux de propergols.

    Effectivement les moteurs à propergols liquides peuvent être contrôlés de l'extérieur en régulant l'injection du combustible et du comburant. Ces moteurs utilisent le dioxygène (O₂) liquide comme comburant et le dihydrogène (H₂) liquide comme combustible qui sont respectivement stockés à une température de -253°C et -183°C. La réaction de combustion est la suivante :

         (1/2)O₂ + H₂ = H₂0

Cette combustion a l'immense intérêt d'être non polluante, car le produit de cette réaction n'est rien d'autre que de l'eau.

Les fusées V2 ont été parmi les premières fusées. Ce sont des missiles utilisés par l'armée Allemande durant la seconde guerre pour bombarder l'Angleterre. Ils fonctionnaient à ergols liquides.

Les fusées servent désormais de lanceurs : elles envoient des satellites en orbite. La fusée Ariane 5  possède un moteur principal à ergols liquides, et deux boosters d'appoint à poudre.  

B) les avions volant dans l'atmosphère

    Les avions dits "à réaction" utilisent des moteurs à réaction plus communément appelé réacteurs (ou turboréacteurs). Ils fonctionnent sur le même principe d'action-réaction, mais utilise la poussée de l'air présent dans l'atmosphère.         

    Effectivement, un réacteur accélère l'air entrant dans le moteur en le réchauffant. Plus précisément, l'air extérieure est utilisée comme comburant du kérosène. Lors de la combustion, des gaz sont formés. Ce sont ces gaz qui une fois expulsés par la tuyère, provoque la poussée nécessaire au déplacement de l'avion. Pour augmenter la vitesse d'éjection, des systèmes d'hélices présents à l'intérieur du moteur compressent les gaz d'éjection.

    La compression accompagnée de la combustion crée une poussée nécessaire pour mouvoir un avion de chasse à des vitesses supersoniques.

C) les voitures

    Contrairement à l'opinion courante, des voitures fonctionnant avec des moteurs à réaction existent. Effectivement tous les passionnés de sport automobiles extrêmes connaissent les Dragster. Ces voitures entièrement conçues et réalisées par leur propriétaire pour atteindre des vitesses d'accélération phénoménales, utilisent des moteurs à réaction du même type que ceux utilisés par les avions de chasse. Nous pouvons préciser que le record de vitesse absolu sur terre (plus de 1000 km.h-1)  a été réalisé par une voiture à réaction.  

D) Avantage /intérêt

    * Le moteur à hélices a besoin de la résistance de l'air et une voiture de la résistance du sol. Mais le moteur à réaction crée sa propre force motrice, il se déplace sans avoir besoin d'autre chose. Et donc peut même se déplacer dans le vide.

    * Le moteur à réaction est utilisé dans l'espace car il présent l'avantage de fonctionner sans la présence d'oxygène, et même d'air, donc à de hautes altitudes ou hors de l'atmosphère.

    * Le moteur à réaction permet d'atteindre des vitesses très élevées, et donc fait gagner du temps sur de longs trajets, et de voler plus facilement qu'avec une hélice.

    * Son principal intérêt pour son adaptation à une voiture est d'être non-polluant, car il ne rejette que de l'eau.

          Cependant, le moteur n'est pas utilisé actuellement pour la propulsion de nos voitures personnelles et très peu sur le sol.

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