LES FUSÉES À
EAU
Construites à partir de bouteilles de boissons gazeuses (bouteilles en P E T,
exactement), les fusées à eau atteignent des altitudes considérables. Nous ne
connaissons pas d’enfants ou d’adultes qui n’aient été surpris par leurs performances.
Elles se propulsent en éjectant vers le bas une certaine masse d’eau embarquée
à leur bord, sous la pression d’un air comprimé également embarqué.
C’est une loi de la physique : lorsque l’on jette quelque chose dans un sens,
on est poussé dans l’autre sens par réaction. Le schéma ci joint donne
une idée du fonctionnement d’une fusée simple.
On peut noter que cette fusée comporte des ailettes d’empennage. Sans ces
ailettes, le lancement se résumerait au spectacle peu réjouissant d’une
bouteille tournoyant dans l’air : sans ailettes, une simple bouteille est en
effet aérodynamiquement instable.
Bien sûr, avant de lancer la fusée il faudra la tenir en place le temps
d’achever ses pleins en eau et en air sous pression : c’est le rôle du pas
de tir (ou table de lancement) qui est, avouons-le, un système
délicat à réaliser individuellement.
FONCTIONNEMENT D’UNE FUSÉE À EAU
Avant le tir la fusée a été chargée d’une certaine quantité d’eau. L’air qui
surmonte cette quantité d’eau a alors été mis en pression à l’aide d’une pompe
à vélo.
Au moment du départ, lorsque la fusée est libérée, l’air comprimé chasse l’eau
de la bouteille, vers le bas. C’est cette projection à grande vitesse de la
masse d’eau vers le bas qui entraîne la fusée, par ‘‘réaction’’, dans la
direction opposée, c'est à dire vers le haut.
La fusée à eau utilise donc bien le même principe que les fusées Ariane : la
projection à grande vitesse de particules de matière.
Dans le cas des fusées de Kourou cependant, ces particules sont des particules
de gaz enflammés. Elles sont, par contre, accélérées beaucoup plus que notre
eau : 14 000 Km / h.
Les physiciens appellent la masse d’eau projetée par la fusée la « masse
d’appui », car c’est bien sur cette masse d’eau que la fusée s’appuie pour
s’élever. La masse d’air comprimé qui surmonte l’eau dans la fusée sert quant à
elle, d’une part, à accumuler de l’énergie (l’énergie dépensée par la personne
qui pompe se retrouve en effet accumulée sous forme de pression dans cet air)
et, d’autre part, à propulser l’eau vers le bas.
Il faut noter que dans le cas d’une fusée à feu (Ariane, Navette, fusées
d’artifice…) la masse de carburant est à la fois masse d’appui et
source d’énergie calorifique.
Si l’on fait l’expérience de tirer une fusée chargée uniquement d’air comprimé,
l’altitude atteinte sera nettement moins importante : quoique beaucoup plus
légère (elle n’emporte pas d’eau) la fusée dispose en effet de nettement moins
de masse d’appui pour se hisser vers le ciel.
D’autres expériences mettant en lumière le principe de l’action et de la
réaction peuvent être pratiquées :
–assis sur un skate board, l’on peut jeter devant soi un objet d’une certaine
masse : on se verra alors reculer ;
–assis sur le même skate board, on peut repousser un partenaire assis lui-même
sur son skate. Dans ce cas précis, si le partenaire pèse le même poids que
vous, vous pourrez constater qu’il est propulsé dans un sens à la même vitesse
que vous dans l’autre sens.
Il est amusant de constater que le fonctionnement des moteurs-fusées de
l’avenir, les moteurs à plasma (ou ioniques) utilisent, comme les fusées à eau,
un fluide neutre comme masse d’appui (non plus de l’eau mais, par
exemple, du xénon).
Bernard de Go Mars !