Comment avancent les fusées?

Assister à un décollage de fusée est un de mes vieux rêves, pas encore réalisé. Le déferlement de puissance canalisé et organisé reste pour moi toujours enthousiasmant à observer, même s'il ne s'agit que d'une vidéo... Mais comment font-elles pour avancer? Prennent-elles leur élan sur le sol, comme les sauteurs en hauteur? Ou "s'appuient-elles" plutôt sur l'air, comme les oiseaux?...

Ni l'un ni l'autre... Il s'agit de la "propulsion par réaction", même si cette expression un peu désuète n'explique en elle-même pas grand chose. Voyons ça de plus près, mais il va falloir parler de forces, tant pis?...

Quand je lance une balle, j'exerce une force sur elle, dans le but de modifier son mouvement (immobile d'abord, en vol ensuite). Mais la balle aussi exerce alors une force sur nous, et en plus, de même intensité... Bon, alors pourquoi est-ce la balle qui part en avant et pas moi en arrière? Simplement parce que je suis un peu plus lourd qu'elle. En effet, une même force mettra facilement en mouvement un objet léger, et difficilement un objet lourd. Donner une petite tape à un moustique lui fera plus d'effet qu'à un éléphant...

Par exemple, testez l'amusante expérience suivante (je vous préviens, amusante pour les spectateurs uniquement...). Grimpez sur une planche à roulette posée sur un sol bien lisse, avec un objet lourd, comme un de ces ballons lestés utilisés dans certaines activités sportives incompréhensibles. Lancez le fortement vers l'arrière. Si vous parvenez à ne pas tomber, ce qui est déjà un exploit, vous serez propulsé vers l'avant. Action: le lancer de ballon; Réaction: vous partez dans l'autre sens... Vous venez d'inventer la planche à roulettes à réaction.

Etape suivante, prenez votre barque et partez au milieu d'un lac, sans courant et sans vent. Vous pourrez utiliser le même principe pour naviguer, à condition d'avoir pensé à embarquer plein d'objets dont voilà l'occasion de vous débarrasser:

Le caillou va vous pousser, car vous l'avez poussé. Bien sûr, il partira plus vite que vous, car il est plus léger que la barque et son passager. Pour améliorer les choses, il faut alors en lancer un autre... etc...

Et voilà une barque à réaction... Enfin, passons à la fusée:

Même principe: mais il s'agit cette fois de pousser le plus vite possible vers l'arrière des tas de petits objets. Leur rôle sera confié aux gaz de combustion produits par une réaction chimique exothermique (qui libère de la chaleur). En effet, les gaz produits, surchauffés, seront alors très rapides, et c'est ça qui compte puisque chaque molécule est malheureusement très légère. La fusée ira d'autant plus vite qu'elle sera de masse faible, et que les gaz seront rapides.

Comme vous l'avez compris, pas besoin d'air dans tout ça, ni même de sol servant de plan d'appui. Et c'est heureux, sinon comment nos astronautes en orbite pourraient revenir sur Terre s'il en était autrement: là-bas, c'est le vide, et il n'y a plus de support matériel...

Au passage, la propulsion à réaction sert aussi à de multiples animaux marins: les poulpes par exemple s'emplissent d'eau et la rejettent vivement vers l'arrière pour fuir l'ennemi. Les coquilles Saint-Jacques ferment brutalement leurs valves, ce qui chasse l'eau dans un sens et fait faire un petit bond au coquillage dans l'autre, ce qui désoriente l'étoile de mer prédatrice et maîtrisant mal la physique aquatique.

Pour finir, je ne résiste pas au plaisir de vous faire part de mes essais astronautiques personnels. Une fusée à eau est très efficacement propulsée par l'éjection de l'eau qu'elle contient, quand elle est bourrée d'air comprimé. Ce qui donne de forts satisfaisants décollages, qui n'ont presque rien à envier à ceux de Cap Kennedy:

Vous pouvez jetter un oeil à la mini vidéo correspondante, visible ici, ou en cliquant sur l'image (96 ko), nécessitant au moins DivX 4.0.