Impulsion specifique

L' impulsion specifique , generalement notee $I_{\mathrm {sp} }$ , est une grandeur utilisee pour mesurer l'efficacite de moteurs a reaction et des moteurs-fusees . Elle indique la duree pendant laquelle un kilogramme de propergol produit la poussee necessaire pour elever une masse d'un kilogramme dans le champ gravitationnel terrestre.

Dans le domaine de l' astronautique , elle est le quotient de deux grandeurs, dont l'une est la poussee d'un propulseur , et l'autre le produit du debit massique de propergol par la valeur normale de l' acceleration de la pesanteur (ou debit-poids du propergol ejecte). L'impulsion specifique permet de comparer l'efficacite d'un systeme de propulsion : plus elle est grande, plus le systeme est efficace ^[
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Definition [ modifier | modifier le code ]

L'impulsion specifique, homogene a un temps , s'exprime en unites de temps (le plus souvent en secondes ) ^[
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].

Elle indique la duree pendant laquelle un kilogramme de propergol produit la poussee necessaire pour soulever une masse d'un kilogramme dans le champ gravitationnel terrestre (soit une force d'environ 9,81 N ) :

I_{\mathrm {sp} }={\frac {F}{q\,g_{0}}}

ou $F$ designe la poussee (en N ), $q$ le debit massique d'ejection des gaz (en kg/s) et $g_{0}$ l' acceleration de la pesanteur (en m/s ² ou N/kg).

Attention, la quantite de mouvement est divisee par la masse de carburant emporte, les turboreacteurs ont donc une impulsion specifique plus elevee parce qu'ils prennent appui sur une masse exterieure qui n'est pas emportee et leur impulsion specifique n'est plus proportionnelle a la vitesse de sortie des gaz (pour un moteur-fusee il suffit de multiplier l'impulsion specifique par 9,81 pour obtenir la vitesse de sortie).

A poussee egale, plus l'impulsion specifique d'un propulseur est grande, moins il consomme d' ergols .

Le couple dihydrogene liquide ( LH2 )/ dioxygene liquide ( LOX ), utilise sur l'etage principal (EPC) de la fusee Ariane 5 , a une impulsion specifique d'environ 440 s .

Valeur de l'impulsion specifique pour differents types de moteurs a reaction.

Impulsion specifique des moteurs-fusees [ modifier | modifier le code ]

L'impulsion specifique des moteurs-fusees est beaucoup plus faible que celle des moteurs a reaction car la quantite d'energie consommee pour ejecter les gaz est plus forte (leur vitesse est plus elevee) et le moteur-fusee doit embarquer son comburant . En pratique les moteurs-fusees ont une impulsion specifique qui plafonne a environ 500 secondes pour les melanges carburant/comburant les plus efficaces tandis que les moteurs a reaction peuvent atteindre 6 000 secondes.

Pour les moteurs-fusees, la vitesse d'ejection des gaz vaut 9,81 fois l'impulsion specifique ce qui permet d’appliquer facilement l' equation de Tsiolkovski .

Valeurs pour quelques melanges d'ergols [ modifier | modifier le code ]

Mode de propulsion	I _sp (en s)	Commentaires
Propulsion par fusion nucleaire	10 000 ( en:Direct Fusion Drive )	Non operationnelle a ce jour.
Propulsion nucleaire pulsee	1 000 a 100 000 ^{[ref. necessaire]}	Non operationnelle a ce jour.
Propulsion electrique	1 500 a 2 000	Ne permet d'obtenir que des poussees tres faibles. Utilisee pour le controle d'orientation, les petites corrections d'orbite et de maniere semi-experimentale pour la propulsion des sondes spatiales. Usage impossible pour un decollage depuis une planete.
Propulsion nucleaire thermique	~800	Non operationnelle a ce jour.
LF2 / LLI + LH ₂	542	Triergol au fluor . Concept theorique de combustion chimique la plus energetique.
LOX - LH ₂	435	Liquid oxygen - liquid hydrogen , le melange le plus performant en propulsion chimique. Propulseurs couteux a developper, stockage complexe et volume important occupe par l'hydrogene liquide, optimal pour les etages superieurs de lanceurs ; les fortes poussees sont difficiles a obtenir.
LOX - CH ₄ ( Methane )	350	Utilise par les moteurs Raptor de SpaceX
LOX - RP-1 ( kerosene )	270 a 360	Melange relativement performant permettant d'obtenir des poussees importantes avec des propulseurs moins complexes que le melange LOX-LH. Frequemment utilise sur les lanceurs russes.
N ₂O ₄ - UDMH	305	Melange stockable frequemment utilise sur les premiers lanceurs derives de missiles. Utilise pour la propulsion des sondes spatiales car sa conservation est garantie sur de longues durees. Composants toxiques et cancerogenes.

References [ modifier | modifier le code ]

↑ (en) ≪ Specific impulse ≫, sur www.grc.nasa.gov (consulte le 9 octobre 2014 )
↑ ≪ Arrete du 20 fevrier 1995 relatif a la terminologie des sciences et techniques spatiales ≫, sur www.legifrance.gouv.fr , 29 mars 1995 (consulte le 9 octobre 2014 )

Bibliographie [ modifier | modifier le code ]

(en) John D. Clark ( pref. Isaac Asimov ), Ignition! : An Informal History of Liquid Rocket Propellants , Rutgers University Press Classics, 23 mai 2018 , 191 p.

Voir aussi [ modifier | modifier le code ]

Articles connexes [ modifier | modifier le code ]

Liens externes [ modifier | modifier le code ]

http://perso.numericable.fr/fbouquetbe63/gomars/impulsion_specifique.doc

Portail de l’astronautique

[1] (en) ≪ Specific impulse ≫, sur www.grc.nasa.gov (consulte le 9 octobre 2014 )

[2] ≪ Arrete du 20 fevrier 1995 relatif a la terminologie des sciences et techniques spatiales ≫, sur www.legifrance.gouv.fr , 29 mars 1995 (consulte le 9 octobre 2014 )

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