Bouclier thermique

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Bouclier thermique de la navette spatiale Discovery.

Un bouclier thermique, dans le domaine de l'astronautique, est un dispositif destiné à protéger une partie d'un engin spatial contre l'échauffement cinétique qu'il subit lorsqu'il pénètre dans l'atmosphère d'une planète à grande vitesse. Il existe deux types de bouclier thermique : les boucliers ablatifs qui éliminent la chaleur en se décomposant couche par couche et les boucliers radiatifs qui renvoient en grande partie la chaleur.

Présentation[modifier | modifier le code]

Le bouclier thermique est utilisé pour protéger les véhicules envoyés dans l'espace (sondes, missiles, navettes spatiales, vaisseaux spatiaux) de la hausse de température qu'ils subissent lors de leur entrée dans l'atmosphère d'une planète. Cette élévation de la température est liée à la vitesse de l'engin (typiquement une dizaine de kilomètres par seconde pour un engin revenant sur Terre) qui engendre un frottement intense pouvant porter la partie la plus exposée à plusieurs milliers de degrés Celsius. Aucun matériau ne peut résister aux températures atteintes et il est nécessaire de prévoir un bouclier ne faisant pas partie de la structure de l'engin pour absorber l'énergie thermique.

Type de bouclier[modifier | modifier le code]

Un bouclier thermique est constitué par un matériau isolant, un matériau ablatif ou la combinaison des deux. Les boucliers thermiques peuvent être ablatifs ou radiatifs. Les premiers éliminent la chaleur en se décomposant couche après couche lorsqu'ils sont soumis à des contraintes d'échauffement, tandis que les seconds renvoient une grande partie de la chaleur reçue (tuiles de la navette spatiale américaine).

Les boucliers ablatifs ont notamment été utilisés sur le vaisseau spatial Apollo. Ce type de bouclier thermique a également été retenu pour le prochain véhicule spatial habité de la NASA, le vaisseau Orion. Cette solution a été préférée au bouclier radiatif car il est plus facile de disposer de marges permettant de faire face à une température plus élevée et une durée d'exposition plus longue : il suffit en effet d'augmenter son épaisseur pour absorber une plus grande quantité de chaleur. Ceci n'est pas possible avec les boucliers radiatifs qui n'acceptent aucune marge d'erreur : lorsque la température maximale pour laquelle il a été conçu est atteinte, le matériau utilisé ne peut plus remplir son rôle de protection.

Unité de mesure[modifier | modifier le code]

On n'utilise que très peu la notion de chaleur reçue dans le cas d'un bouclier thermique, car elle n'est qu'un des paramètres qui joue un rôle dans la résistance du bouclier. La composition chimique de l'atmosphère est par exemple un autre paramètre majeur. On utilisera donc plutôt la notion de flux de chaleur, qui s'exprime en W/m².

Bouclier fixe et amovible[modifier | modifier le code]

Selon les applications, les boucliers thermiques peuvent être fixes ou amovibles.

Par exemple, la navette spatiale américaine comporte un bouclier constitué de tuiles fixes en céramique homogène recouvrant sa face inférieure et le bord d'attaque de ses ailes. Elles sont remplacées lorsqu'elles sont trop dégradées lors d'un retour sur Terre. L'accident de la navette Columbia fit suite à la détérioration d'une petite partie de la protection thermique de l'aile lors du lancement, l'aile n'a pas supporté l'échauffement au retour dans l'atmosphère. Suite à cette catastrophe une méthode a été mise au point afin d'effectuer des réparations dans l'espace avec des sorties extravéhiculaires. La difficulté majeure de telles réparations provient du fait que ces tuiles sont toutes de tailles différentes. Il est envisagé pour l’avenir d'utiliser des boucliers en composite à matrice céramique.

Certaines sondes planétaires comportent un bouclier thermique amovible, qui est largué avant l'atterrissage pour réduire la masse devant arriver intacte au sol, diminuant ainsi la masse à freiner.

Bouclier gonflable[modifier | modifier le code]

Il existe également des boucliers thermiques gonflables. Ils permettent de réduire sensiblement le poids et donc de diminuer la charge à lancer. Pour l'instant ce type de bouclier n'a pas encore fait ses preuves en opération. Un premier essai devait être réalisé avec le lancement de la sonde martienne Mars 96, mais cette dernière fut détruite. En octobre 2005, un autre démonstrateur (IRDT pour Innovative Inflatable Re-entry and Descent Technology), de l'Agence spatiale européenne (ESA) a été lancé par un ancien missile balistique russe, mais le démonstrateur a disparu sans laisser de trace (bien qu'il fut confirmé qu'il s'était bien séparé du missile). Finalement, le 17 août 2009, la NASA réussit un test de bouclier gonflable, nommé IRVE pour Inflatable Reentry Vehicle Experiment[1]. Un deuxième test, IRVE-3, effectué le 23 juillet 2012 est aussi un succès[2].

Notes[modifier | modifier le code]

  1. « NASA Launches New Technology: An Inflatable Heat Shield » (consulté le 26 octobre 2010)
  2. « IRVE-3: Inflatable Heat Shield a Splashing Success » (consulté le 24 septembre 2012)

Référence[modifier | modifier le code]

Droit français : arrêté du 20 février 1995 relatif à la terminologie des sciences et techniques spatiales.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]