Olivier Faure

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Olivier Faure
PCME 21.3.a UE de projet
(mécanique) :
La fusée Ariane V.
Ariane V au décollage, de la base de Kourou.

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UE de Projet (Mécanique) :
La fusée Ariane V.
Introduction
Présentation, description du projet Ariane et rapide historique des fusées Ariane I à V.
Problématique : Comment fonctionne Ariane V et quels sont les phénomènes physiques,
mécaniques et chimiques mis en jeu lors de sa propulsion ?
I] Ariane V : vue d'ensemble.
1) Description de la fusée, composition, caractéristiques et structure.
a) Le composite supérieur.
b) Le composite inférieur.
2) Le cœur, le moteur Vulcain.
a) Le moteur.
b) Les réservoirs.
II] La propulsion d'Ariane V, énergies et carburants.
1) Etude physique et mécanique de la propulsion.
a) Le principe fondamental de la propulsion astronomique.
b) La poussée et la vitesse d’éjection des gaz.
2) Etude chimique de la propulsion, oxydants et réducteurs.
3) Les propergols.
a) Les propergols liquides.
b) Les propergols solides.
Conclusion
Conclusion et interrogations sur le futur d'Ariane V.
Lexique.
Journal, sources et liens.

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Introduction :
A notre époque, les satellites sont devenus indispensables et servent dans de
nombreuses choses, tels que les télécommunications, la télévision, la radio, la
météorologie, le repérage, etc. Ils deviennent de plus en plus performants, et par la
même occasion de plus en plus complexes, lourds et encombrants.
Les fusées chargées de les mettre en orbite, que l’on appelle des lanceurs, doivent donc
s’adapter à ces progrès technologiques.
C’est dans cette optique de performance, de fiabilité et de rentabilité qu’a été conçue
Ariane V.
Tout d’abord, faisons un rapide historique sur la fusée Ariane :
Le projet Ariane est européen. Il fut proposé par la France dans les années 1970 après
l’échec du programme de lanceurs Europa. Cet échec avait découragé les autres pays
européens mais la France gaulliste souhaitait continuer un programme spatial pour
s’affranchir de la tutelle américaine.
L’Agence Spatiale Européenne (ESA) confie le projet au Centre National d’Etudes
Spatiales (CNES), tandis que la motorisation est confiée à la société française Société
Européenne de Propulsion (SEP) devenue la Société Nationale d'Etude et de
Construction de Moteurs d'Aviation (SECMA) par la suite.
Arianespace lance la première Ariane en 1979. Les premiers modèles d’Ariane II et III
arriveront à partir de 1984, et Ariane IV et 1988.
Ariane V, qui nous intéresse plus particulièrement, est née d’une Europe unie pour
préparer les années 2000 dans lesquelles des complexes orbitaux devaient être
assemblés, dans un souci de puissance, de transports mais aussi de réductions de coûts.
Par rapport à Ariane IV, la structure et la morphologie de la fusée ont du être revus,
ainsi que son moteur.
Son premier lancement de la base de Kourou le 4 juin 1996 fut un échec (à cause d’un
gyroscope provenant d’Ariane IV qui n’avait pas été re-testé …) et le premier vol
réussi eut lieu le 30 octobre 1997.
Ariane V est à l’heure actuelle le lanceur commercial le plus puissant au monde (seule
le Titan IV-B, lanceur militaire américain, est plus puissant) et peut emporter, pour sa
première version, jusqu’à 6,8 tonnes sur orbite de transfert géostationnaire (alors
qu’Ariane IV ne pouvait contenir que 4.4 tonnes), et son moteur Vulcain peut délivrer
une poussée allant jusqu’à 110 tonnes dans l’espace.
Ariane connaît peu de concurrents : le lanceur « Longue Marche » chinois, le H-IIA
japonais et le VSV-30 brésilien.
→ À travers ce mémoire, nous allons nous interroger sur le fonctionnement d’Ariane
V, et étudier les phénomènes mécaniques, physiques et chimiques mis en jeu lors de sa
propulsion.

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I] Ariane V : vue d'ensemble.
Ariane V est lanceur en deux parties, que l’on appelle composite inférieur et
composite supérieur. Deux boosters sont accolés à l’étage principal et sont
largués en vol après le décollage (on dit ainsi qu’Ariane est un lanceur à « deux
étages et demi »). Au lancement l’étage principal est allumé en même temps que
les boosters pour fournir environ 1340 tonnes de poussée.
Le composite inférieur contient un Etage Central Cryotechnique pourvu de deux
accélérateurs à poudre, il est le même pour chaque mission, alors que le
composite supérieur est adapté en fonction de la mission.
Il existe plusieurs versions d’Ariane V, mais nous allons nous intéresser à la
version de base, Ariane V G (Générique), qui mesure 51,4m et pèse 746 tonnes.
1) Description de la fusée, composition, caractéristiques et structure.
a) Le composite supérieur.
Pour les lancements de satellites, le composite supérieur est fixé sur l’Etage
Principal Cryotechnique. Il est constitué par :
• La coiffe :
C’est le sommet de la fusée. Elle est en forme de cône et composée de deux
coquilles, et elle protège les satellites (ou charges utiles) lors du passage à
travers l’atmosphère. Il y est également entreposé la SYLDA 5, qui est l’un des
deux systèmes de lancement de multiple (voir point suivant). Sur sa face interne,
la coiffe est recouverte d'un matériau dont la structure est destinée à amortir les
vibrations et les perturbations mécaniques diverses qui se manifestent au cours
des premières minutes du vol du lanceur.
La coiffe est larguée environ 200 secondes après le décollage, après avoir quitté
l’atmosphère, à une altitude d’environ 110 km.
Caractéristiques (deux versions possibles) :
Diamètre : 5,4 m.
Diamètre utile intérieur : 4,57 m.
Volume interne : 200m3
Hauteur : 12,7 ou 17 m.
Masse : 2027 ou 2900 kg.

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• La SYLDA 5 :
Comme dit précédemment, la SYLDA 5 est l’un des deux systèmes de
lancement (de satellite), car Ariane V a la possibilité de pouvoir effectuer des
lancements doubles, c'est-à-dire deux satellites en une mission, et elle est placée
sous la coiffe. Elle est moins lourde que l’autre système de lancement et ne
permet pas de transporter des satellites aussi grands.
Caractéristiques :
Première utilisation sur Ariane 5 : 21 mars 2000 sur le Vol 128.
Diamètre utile intérieur : 4 m.
Hauteur : 4,9 m.
Hauteur utile intérieure : 2,9 à 4,4 m.
Masse : 440 kg.
• La SPELTRA :
Ou Structure Porteuse Externe pour Lancement Multiple Ariane, l’autre
système de lancement d’Ariane V en cas d’un lancement double. En forme de
cloche, elle se pose entre la case à équipements et la coiffe (contrairement à la
SYLDA), et est en contact avec l’extérieur.
Caractéristiques :
Première utilisation sur Ariane 5 : 4 juin 1996 sur le Vol 88.
Diamètre utile intérieur : 4,57 m.
Hauteur : 5,5 à 7 m.
Hauteur utile intérieure : 6 m.
Masse : 704 à 820 kg.
• La case à équipements :
C’est le cerveau du lanceur, elle contient tous les instruments de vol. Le système
n’en occupe que la moitié, l’autre moitié étant une copie conforme du système
en cas de problème technique. Ariane V n’est pas pilotée depuis le sol, mais elle
est « téléguidée » par elle-même par la case à équipement qui dispose de
capteurs et calcule la position de la fusée à chaque instant. Elle commande tout,
l’extinction des moteurs, la séparation des étages, le largage de la coiffe ou
même sa destruction, l’orientation et la mise en place des satellites.