La saga de l'astronautique

Cette saga de l'astronautique fait partie d'un triptyque (mesure du temps, aviation et astronautique) qui a été réalisé par des élèves de 4 classes de 3e du collège Georges Pompidou à Orgerus (1997 à 1999) dans le cadre d'une réalisation sur projet encadrée par Solange E. leur professeur de technologie.

 

Introduction

Depuis l'antiquité, l'homme a soif de découvertes et de conquêtes. Mais aujourd'hui, toutes les terres jusqu'alors inconnues ayant été colonisé, on se tourne vers l'univers. Mais comment aller dans l'espace ? Les chercheurs s'appuyèrent alors sur une invention chinoise datant de 3000 ans avant Jésus Christ : le feu d'artifice. C'est ainsi que commença cette passionnante aventure.

Mais comment cette idée est-elle venue ? Quelles ont été les principaux acteurs de cette recherche menée depuis plusieurs millénaires ?

Attention, préparez-vous à un décollage explosif pour partir à la rencontre de cette merveilleuse histoire racontée par les élèves de troisième du collège Georges Pompidou à Orgerus.

Les fusées de l'antiquité jusqu'au XIXe siècle

Dans l'Antiquité, les chinois inventent de multiples potions dont ils recouvrent le corps des défunts pour leur rendre la vie et trouver ainsi le remède pour l'immortalité. Au cours de leurs expériences, ils découvrent qu'un mélange composé de salpêtre et de charbon peut exploser. La légende raconte que, vers 3000 ans av.J.C., un mandarin tente de gagner la lune sur un engin de sa fabrication constitué de 2 cerfs-volants et propulsé par 47 fusées qui devaient être allumées simultanément par 47 esclaves. Une fusée ayant été mal allumée, il périt dans l'incendie de son appareil.

Les chinois trouvent deux utilisations à leur découverte :

- associé à des colorants, ils inventent de magnifiques feux d'artifices.

- associé à une flèche, ils en font une arme redoutable que l'on dirige facilement vers l'ennemi.

Ces flèches comportent près de leur extrémité un tube en papier laqué, scellé à l'avant et ouvert à l'arrière. On rempli ce tube de 10% de charbon de bois, de 75% de salpêtre et de 15% de soufre. Ce mélange est appelé "poudre noire". Les 1ères batailles ne concernent d'abord que les villages voisins : les flèches ainsi lancées mettent le feu aux habitations construites en bambou. Puis cette arme se répand à travers le monde comme une ... traînée de poudre.

Selon l'historien grec Hérodote, les byzantins utilisent ces fusées à la bataille de Platées en 479 av.J.C. Au cours de leur trajectoire aérienne, leurs flammes sont suivies d'une queue lumineuse et d'un long sifflement : on les appelle ainsi "feu grégeois".

Quatre cents ans plus tard, les chinois repoussent une invasion tartare grâce à cette arme.

Au XIe siècle, lors du siège d'Antioche, ces flèches refont leur apparition.

En 1232, les chinois assiégés dans la ville de Kaifeng, repoussent les envahisseurs mongols grâce à ces fusées qui mettent le feu aux tentes et aux fortifications en osier. Antoine Gaubil, un missionnaire français, décrit cette bataille ainsi : "Quand on mettait le feu, cela faisait un bruit semblable à celui du tonnerre. L'endroit où les flèches à feu tombaient se trouvait brûlé, et le feu s'étendait sur plus de deux mille pieds."

10 ans plus tard, les mongols empruntent ce procédé pour envahir l'est de l'Europe, notamment lors de la bataille de Legnica. Puis ce sont les arabes qui attaquent Valence, en Espagne, à la fusée. A la même époque, les habitants de Padoue l'utilisent contre la ville de Mestre,en Italie.

Les italiens baptisent cette arme "rochete", que les français traduiront par "rochette", puis "roquette", qui donnera le mot anglais "rocket".

En 1428, pendant la guerre de 100 ans, c'est au tour des français de l'utiliser, notamment lors de la levée du siège d'Orléans. En 1450, les français libèrent la Normandie en lançant ces fusées contre les chars anglais en bois.

Ces flèches ont la particularité de continuer à brûler sur l'eau. On va donc tout naturellement les utiliser pendant les batailles navales. Elles permettent également de reconstituer les batailles importantes devant la cour du roi, en présentant, par surcroît, de magnifiques spectacles.

Au XVIe siècle, on utilise la poudre noire pour les travaux publics, dans les mines, mais l'artillerie devient plus efficace avec les canons contre les enceintes fortifiées, et les fusées ne sont plus consacrées qu'aux plaisirs des yeux. On ajoute diverses substances pour colorer la flamme.

On obtient ainsi :

- des flammes vertes avec des sels de baryum ou de cuivre,

- des flammes rouges avec des sels de potassium
- des flammes blanches avec de l'antimoine,
- des flammes bleues avec des sels de zinc,
- des flammes jaunes avec des sels marins.

En 1799, on assiste au retour de la fusée militaire lors du siège de Seringapatam, en Indes. Les anglais, dirigés par le colonel Willliam Congreve, essuient de lourdes pertes face aux 5 000 fuséens de Tipu Sahib. Instruit par l'expérience, William Congreve, de retour en Angleterre, crée, à Wollwich, un atelier de constructions de fusées. Certaines ont une portée exceptionnelle de 3 000 m ! En 1906, les anglais attaquent le port de Boulogne pour neutraliser la flotte de barques que Napoléon a rassemblée en vue d'une invasion de la Grande-Bretagne. L'attaque est couronnée de succès. En 1807, la grande flotte française stationnée dans le port de Copenhague, et la ville elle-même, sont presque entièrement détruites par plusieurs milliers de fusées. Les succès de Congreve continuent ... jusqu'à Waterloo, qui signe la défaite de Napoléon. En 1825, presque tous les pays ont copiés la fusée de Congreve. Les performances ne cessent de s'accroître, tant dans la portée que dans la précision. C'est ainsi, que certains scientifiques imaginent sérieusement l'emploi de fusées pour se propulser dans l'espace. Ils rejoignent le rêve d'écrivains "futuristes", tels Cyrano de Bergerac au XVIIe siècle, ou Jules Vernes, en 1865, dans son roman "De la Terre à la Lune".

		Une fusée se compose d'une chambre à combustion (où l'explosion a lieu) et d'un col ouvert (comme une bouteille) appelé tuyère. La fusée fonctionne selon 2 principes : 1 : le principe de la répartition des forces. Quand une explosion a lieu dans une chambre, toute la puissance produite exerce des forces égales sur chaque parois. Dans le cas de la fusée, les forces exercées sur les côtés s'équilibrent, alors que les forces exercées sur la paroi supérieure n'a pas d'opposition : la fusée part donc du côté opposé au col. 2 : le principe d'action-réaction. Lorsqu'on exerce une force dans une sens, c'est l'action, une force de sens opposée se produit, c'est la réaction. C'est grâce à ce principe que le ballon rebondit. De même, la force due à l'explosion provoque une réaction, poussant la fusée dans le sens opposée : elle décolle !
	Principe de la fusée

 

Les premières fusées du XXe siècle

Konstantin Tsiolkovski, fervent admirateur de Jules Vernes, étudie sérieusement la propulsion des fusées dès 1892. Après de longs calculs mathématiques, il déduit que pour quitter l'atmosphère terrestre, une fusée à trois étages est nécessaire. Le principe en théorie est relativement simple : on allume une 1ère fusée, qui en porte 2 autres. Lorsque le combustible de cette fusée est épuisé, on allume la seconde fusée et on largue la 1ère. La puissance du lancement initial est ainsi retrouvée et le poids diminué : la fusée repart donc, au lieu de redescendre sur Terre. On fait de même avec le troisième étage et l'on sort de l'atmosphère. Mais ce système astucieux ne peut pas fonctionner avec "la poudre noire", il faut un carburant liquide, plus énergétique et plus facilement réglable.

		TSIOLKOVSKI Né en Russie en 1857, il devient sourd à l'âge de 9 ans. Après quelques années difficiles, il se réfugie dans la science et les mathématiques. Considéré comme le père de la recherche spatiale, bien que n'étant que théoricien, un cratère lunaire porte son nom
	Tsiolkovski, un admirateur de Jules Vernes

 

En 1898, il conçoit un moteur fusée révolutionnaire qu'il décrit comme suit : "Imaginons un missile de la façon suivante : un habitacle métallique avec lumière et oxygène, pourvu d'un système d'absorption du gaz carbonique, des impuretés et autres excrétions. Cet habitacle contiendrait non seulement différents instruments de physique, mais aussi un homme chargé des contrôles. La fusée serait propulsée par un propergol d'hydrogène et d'oxygène liquide, et le contrôle de son altitude se ferait au moyen de réacteur et d'une tuyère".

En 1903, il publie la formule permettant de calculer la vitesse qu'il faut donner à une fusée pour placer un satellite en orbite autour de la Terre. Mais ses recherches ne restent que théoriques et les pouvoirs publics russes ne le prennent pas au sérieux.

En 1906, un allemand, Alfred Maul, pense à utiliser la fusée à des fins scientifiques. C'est ainsi qu'après avoir inventé le "gyroscope", matériel servant à stabiliser un engin volant en mesurant les écarts de direction, il photographie son village vue de haut par une fusée.

A partir de 1910, l'américain Goddard étudie les théories de Tsiolkovski et essaye de résoudre les problèmes posés par la réalisation de fusée à propergol liquide. Sans aucun soutient des pouvoirs publics, il travaille seul.

		GODDARD Né aux États-Unis en 1882, il devient à la fois un physicien et un expérimentateur. En 1909, il propose 26 méthodes différentes pour aller dans l'espace. Son génie n'est pas vraiment reconnu par les scientifiques de son époque, et il meurt en 45, sans avoir vu son rêve se réali-ser : concevoir un engin pour filer sur Mars !
	Goddard et sa fusée

En France, à la même période, Esnault-Peltrerie expose ses idées sur la navigation interplanétaire : les milieux scientifiques le rejettent. Le l6 mars 1926, Goddard lance la 1ère fusée à propergol liquide. Elle s'élève à 12 m et parcours 56 m à la vitesse moyenne de 96 km/h. Esnault-Pelterie crée un concours pour récompenser les inventeurs des meilleurs fusées. Les scientifiques daignent alors s'y intéresser, ainsi que les divers Etat Majors.

		ESNAULT-PELTERIE Bourgeois fortuné, né en France en 1881, c'est un pionnier de l'aviation. Il dépose 120 brevets, dont le moteur en étoile et le "manche à balai". Il sacrifie toute sa vie, sa fortune, et trois doigts de sa main gauche à l'allumage de fusées, visant les voyages interplanétaires.
	Esnault-Pelterie

Die vergeltungswaffen

En 1937, Hitler prépare déjà la seconde guerre mondiale. Les ingénieurs allemands promettent au "führer" de mettre à sa disposition une arme mystérieuse, capable de lui permettre d'écraser ses adversaires. Cette terrifiante découverte ne pourra avoir aucune parade, et permettra de détruire Londres et tout le sud de l'Angleterre. La population anglaise sera tellement affolée qu'elle exigera la paix sous n'importe quelle condition. Hitler installe alors un centre de recherches ultra-secret. Il choisit comme emplacement un îlot sablonneux, couvert de pins maritimes, non loin du Danemark, à Peenemünde. Personne ne peut y pénétrer sans un sauf-conduit signé de la main du führer en personne. L'arme portera l'initiale du mot "Vergeltungswaffe" qui signifie "arme de représailles". On le baptise "V1". Deux mille scientifiques sont affectés à ce projet. En 1939, la seconde guerre mondiale éclate alors que cette arme mystérieuse n'est pas opérationnelle. Mais les avions allemands assurent le succès des 1ères batailles. En 1942, la situation dans les airs s'inverse et la bataille d'Angleterre montre la suprématie de la flotte aérienne anglo-américaine sur l'aviation allemande. Hitler presse alors ses techniciens de sortir le V1, mais les anglais bombardent Peenemünde en Août 1943, ce qui retarde encore sa mise au point. Le 6 Juin 1944, les alliés débarquent sur les côtes normandes, alors que l'arme de représailles promis pour 1939 n'est toujours pas sortie. Le 14 juin 1944, à 4h18 du matin, le 1er V1 s'abat sur un jardin anglais. Trois autres tombent dans l'heure qui suit, faisant en tout 6 morts et 9 blessés.

Il s'agit d'un véritable petit avion à réaction, sans pilote, chargé d'explosifs. Mesurant 8 mètres de long sur 60 cm de diamètre, avec une envergure de 5 mètres, il vole à une vitesse de 650 km/h et à une altitude d'environ 850 m. Guidé par gyroscopes, il comporte à l'avant une hélice mesurant la distance parcourue. Lorsque la distance programmée est atteinte, les moteurs se coupent et le V1 plonge sur sa cible.

Mais les nombreux défauts du V1 le rendent vulnérable :

- Son système de mise à feu est tellement compliqué que beaucoup explosent au décollage.

- Son lancement nécessite une rampe de 45 m de long facilement repérable par l'aviation alliée.

- Son système de guidage est très imprécis : un V1 déréglé est tombé à 3 km du poste de commandement d'Hitler !

- Sa vitesse, son altitude et sa trajectoire de vol rectiligne permettent aux radars ennemis de le détecter facilement.

- Son attaque est relativement aisée par les avions de chasse des alliés ou la D.C.A. : on ne craint des V1 ni fuite, ni acrobatie, ni mitrailleuse.

Sa construction est très onéreuse et le coût est d'autant plus élevé que seul la moitié atteint son but !

En 1936, Hitler avait confié à Von Braun la réalisation d'un autre engin de conception très différente : le V2. Il ne s'agit plus d'un petit avion sans pilote, mais d'une fusée stratosphérique fonctionnant au progergol liquide.

Plus besoin de rampe de lancement : il est projeté dans le ciel à partir d'un chariot mobile. Téléguidée par radio au moyen de gyroscopes, cette fusée décolle presque verticalement à une vitesse si grande que l'oeil ne peut la suivre. Au moment choisi par l'opérateur, elle bascule sur sa trajectoire et se dirige vers sa cible à une vitesse de 5 600 km/h.

Le premier V2 tombe sur Londres le 8 septembre 1945. Les alliés ne trouvent aucune parade contre le V2.

Heureusement, l'avancée des alliés ne cesse de progresser, et le front recule vers l'Allemagne. La distance est bientôt trop grande entre l'Angleterre et le front pour que ces missiles atteignent les côtes anglaises et les derniers V1 et V2 tombent sur Londres le 27 mars 1945. En 9 mois, ils auront fait plusieurs dizaines de milliers de morts et de blessés.

A la fin de la guerre, les U.S.A. récupèrent les modèles des V1 et des V2 et confient à Von Braun la direction du centre de recherche sur les fusées. Quant à l' inventeur des V1, il est engagé par les Soviétiques pour leur recherche spatiale.

 

 

 

A suivre...