Fusée à eau
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Une fusée à eau est un objet propulsé par réaction, en utilisant de l'eau et de l'air.
Composée, dans sa version la plus simple, d'une bouteille d'eau, elle permet d'illustrer le principe d'action-réaction, qui est également mis en jeu dans n'importe quelle autre fusée.
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[modifier] Principe
La fusée à eau est basée sur le principe bien connu d'action-réaction. Le même qui permet à la fusée Ariane de se déplacer : une certaine quantité de matière doit être éjectée violemment d'un conteneur, dans le sens opposé au déplacement souhaité.
Dans les versions les plus simples, la matière à éjecter est l'eau, le moyen pour l'éjecter est de l'air sous pression, le conteneur (la fusée proprement dite) une bouteille en plastique.
Konstantin Tsiolkowski a imaginé l'expérience suivante. Vous êtes sur une barque, au milieu d'un lac, et vous n'avez ni moteur, ni rames, ni voile et vous ne pouvez même pas ramer avec les mains. Mais vous n'êtes pas seul, d'autre personnes sont avec vous. Comment faire pour avancer ? Servez-vous du principe d'action-réaction : si la barque éjecte quelque chose (ou quelqu'un) alors elle part dans le sens opposé à l'objet éjecté. Il vous suffit alors de jeter à l'eau tout l'équipage, un par un, mais pas n'importe comment : dans le sens opposé au mouvement désiré, et le plus vite possible. Il est aussi recommandé de jeter les plus lourds, ce sera plus efficace !
De la même manière, il ne suffit pas d'expulser de l'air de la bouteille mais il faut expulser une matière ayant une masse volumique plus importante, selon la troisième loi de Newton.
[modifier] Réalisation
Une bouteille remplie de 30 à 40 % d'eau (généralement, 33 %) est placée goulot vers le bas, sur un support permettant de la bloquer. À l'aide d'une pompe (classiquement une pompe à vélo), on augmente la pression d'air en son sein. Une fois la bouteille relâchée, elle est propulsée en l'air. La bouteille utilisée doit être impérativement celle d'une eau gazeuse ou d'un soda, en PET, afin de résister à la pression (6 à 10 bars).
Une fusée est d'autant plus stable que la masse est placée haut (paradoxe de l'archer). Aussi, une autre façon de concevoir une fusée à eau est de placer le réservoir à eau au dessus du réservoir d'air. C'est le principe de la fusée à flux d'air inversé. On emboîte une bouteille dans une autre et on réalise une liaison pour que les fluides se croisent chacun dans leur tuyau. Cette méthode n'est cependant pas toujours la plus performante car la partie propulsion de la trajectoire est très brève, alors que la partie inertielle est la plus longue (95 % du temps de vol environ avec une bouteille d'1,5 litres et un goulot de 9 mm). Il est cependant indispensable de prévoir des ailerons à l'arrière de la fusée.
[modifier] Fabriquer un lanceur de fusée à eau
La méthode la plus courante pour fabriquer un lanceur (ou base de lancement) consiste à fixer solidement sur un support stable un raccord femelle de tuyau d'arrosage, de type raccord rapide à libération par simple traction, ou mieux, par rotation. La partie mâle est adaptée au goulot de la bouteille de manière étanche. Le plus facile est de percer le bouchon pour y insérer le raccord mâle réduit par limage. Un tuyau de quelques mètres est fixé au raccord femelle, et fermé à son extrémité par une valve de vélo qui permet de brancher la pompe et de conserver la pression. La libération de la fusée se fait par traction d'une ficelle adaptée au raccord.
On peut fabriquer un lanceur beaucoup plus fiable et puissant avec des coudes de gouttière (pour faire le support), un mécanisme d'emboîtage de tuyau de jardin (pour maintenir la bouteille en place durant la mise sous pression), et un frein de vélo (pour déclencher le tir).
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Il existe d'autres modèles de base de lancement. Celui-ci a un gros inconvénient : si pour une raison quelconque, on perd la fusée, on perd aussi la partie mâle.
[modifier] Système de récupération
Lorsqu'une fusée à eau est suffisamment évoluée, le fuséiste veut récupérer sans dommage la fusée et/ou le matériel embarqué. Pour cela on utilise un système de récupération qui a pour rôle de ralentir la vitesse de chute de la fusée. Plus la vitesse de chute est faible, moins le choc sera violent.
Le système le plus utilisé est le parachute bien qu'il existe d'autres techniques assez innovantes. Il est souvent conçu dans une toile de nylon, un sac-poubelle ou dans tout autre matériau. Des ficelles relient le parachute à la fusée.
Il faut aussi un dispositif de déclenchement du parachute, le parachute doit être enfermé dans la fusée pendant la phase ascensionnelle du vol et se déployer durant la chute. La mise en œuvre d'un tel dispositif est parfois difficile et peu fiable.
Il existe différentes méthodes de simplicité et de fiabilité variable :
- la méthode dite « sylapus » (et non pas sylapsus), acronyme de « SYstème de LArgage de Parachute Ultra Simple », elle utilise l'inertie lors du retournement de la fusée à son apogée pour que la coiffe se sépare du corps de la fusée, libérant ainsi le parachute. Cette méthode est simple à réaliser. Elle comporte l'inconvénient de n'être efficace que pour les tirs verticaux.
- avec un retardateur « tomy timer » (mécanisme dans des petits jouets).
- avec un volet plaqué contre la fusée et qui lors de la perte de vitesse de la fusée s'ouvrira libérant ainsi le parachute.
[modifier] Voir aussi
[modifier] Liens internes
- Moteur à eau. Lorsque l'eau est un additif, ou une source d'énergie.
[modifier] Liens externes
- (fr) Portail Techno-Challenge sur les fusées à eau : forums sur les fusées à eau
- (fr) site du «club falcon» : fabrication de fusées à eau et plans de montage.
- (fr) Modélisation du vol des fusées à eaux et validation expérimentale
[pdf] : projet scientifique réalisé par sept élèves-ingénieurs dans le but de modéliser le vol d'une fusée à eau. - (fr) Site de Planète Sciences (ex ANSTJ)
- (fr) fabrication de fusées à eau et plans de montage
- (en) Clifford Heath : simulation du vol en fonction de la pression, du diamètre, de la masse, etc.
- (en) Bienvenue à l'association de disque du monde d'accomplissement de fusée de l'eau
- (en) U.S. Water Rockets : records d'altitudes, photographies aériennes par fusées à eau.
