Propergol

Un propergol est une masse expulsée ou dilatée de manière à créer une poussée ou une autre force motrice, conformément à la troisième loi de Newton , et à propulser un véhicule, un projectile ou une charge utile fluide . Dans les véhicules, le moteur qui expulse le propergol est appelé moteur à réaction . Bien que, techniquement, le propergol soit la masse de réaction utilisée pour créer la poussée, le terme « propergol » est souvent employé pour désigner une substance contenant à la fois la masse de réaction et le carburant qui contient l'énergie nécessaire à son accélération. Par exemple, dans la conception des fusées chimiques , le terme « propergol » est fréquemment utilisé pour désigner un mélange carburant/propergol, sans toutefois confondre les propergols avec le carburant utilisé par un moteur pour produire l'énergie nécessaire à leur expulsion. Même si les sous-produits des substances utilisées comme carburant servent également souvent de masse de réaction pour créer la poussée, comme dans le cas d'un moteur-fusée chimique, propergol et carburant restent deux concepts distincts.

Les véhicules peuvent utiliser des propergols pour se déplacer : l'éjection d'un propergol vers l'arrière crée une force opposée qui propulse le véhicule vers l'avant. Les projectiles utilisent des propergols constitués de gaz en expansion qui fournissent la force motrice nécessaire à leur mise en mouvement. Les aérosols utilisent des propergols liquides comprimés. Lorsque le propergol est libéré par l'ouverture d'une valve, l'énergie emmagasinée lors de la compression le propulse hors de l'aérosol, entraînant avec lui la charge utile. Un fluide comprimé peut également servir de propergol simple pour un véhicule : l'énergie potentielle qu'il contient est alors utilisée pour l'expulser. Cette énergie est ajoutée au système lors de la compression du fluide, comme c'est le cas pour l'air comprimé . L'énergie appliquée à la pompe ou au système thermique servant à comprimer l'air est stockée jusqu'à sa libération par la libération du propergol. Un fluide comprimé peut également être utilisé uniquement comme stockage d'énergie, associé à une autre substance servant de propulseur, comme dans le cas d'une fusée à eau , où l'énergie stockée dans l'air comprimé constitue le carburant et l'eau le propulseur.

Dans les engins spatiaux à propulsion électrique , l'électricité sert à accélérer le propergol. Une force électrostatique peut être utilisée pour expulser les ions positifs, ou la force de Lorentz pour expulser les ions négatifs et les électrons. Les moteurs électrothermiques utilisent la force électromagnétique pour chauffer des gaz de faible masse moléculaire (par exemple, l'hydrogène, l'hélium, l'ammoniac) et les transformer en plasma, puis expulser ce plasma comme propergol. Dans le cas d'un moteur- fusée à résistivité , le propergol comprimé est simplement chauffé par effet Joule lors de son expulsion afin de générer une poussée plus importante.

Dans les fusées chimiques et les aéronefs, les carburants servent à produire un gaz énergétique qui, propulsé par une tuyère , génère une poussée. Dans les fusées, la combustion du carburant produit des gaz d'échappement, généralement expulsés sous pression par une tuyère . Ces gaz peuvent être gazeux , liquides , plasma ou solides . Dans les aéronefs à réaction , le propergol est généralement issu de la combustion du carburant avec l'oxygène atmosphérique, ce qui lui confère une masse supérieure à celle du carburant embarqué.

Les fusées à photons proposées utiliseraient l' impulsion relativiste des photons pour générer une poussée. Bien que les photons soient dépourvus de masse, ils peuvent néanmoins servir de propergol car ils se déplacent à une vitesse relativiste, c'est-à-dire la vitesse de la lumière. Dans ce cas, la troisième loi de Newton est inadéquate pour modéliser la physique en jeu et il est nécessaire de recourir à la physique relativiste .

Dans les fusées chimiques, des réactions chimiques produisent de l'énergie qui met en mouvement un fluide. Ce fluide sert à propulser les produits de la réaction (et parfois d'autres substances) sous forme de propergol. Par exemple, dans un moteur hydrogène/oxygène simple, l'hydrogène est brûlé (oxydé) pour produire de l' eau ₍ H₂O ) , et l'énergie libérée par la réaction chimique est utilisée pour expulser l'eau (vapeur) et générer la poussée. Souvent, dans les moteurs de fusées chimiques, une substance de masse moléculaire plus élevée est ajoutée au carburant afin d'augmenter la masse réactionnelle.

Le propergol de la fusée peut être expulsé par une tuyère d'expansion sous forme de gaz froid, c'est-à-dire sans mélange ni combustion énergétique, afin de fournir de petits changements de vitesse au vaisseau spatial grâce à l'utilisation de propulseurs à gaz froid , généralement comme propulseurs de manœuvre.

Pour atteindre une densité utile au stockage, la plupart des propergols sont stockés sous forme solide ou liquide.