Moteur Thermique : pourquoi ne pas chauffer l'eau en amont ?

[Victor Curie Ismard]

Bonjour à tous et à toutes.
Un moteur fusée thermique réchauffe un liquide, généralement de l'eau, pour l'éjecter sous pression à l'aide d'une tuyère ce qui créé une poussée.
Ma question est : Pourquoi s'embêter à embarquer le matériel nécessaire à réchauffer l'eau dans la fusée alors qu'il serait plus simple s'il on n'emporte que de la vapeur d'eau à un maximum de pression dans un réservoir ?
Ainsi, un moteur fusée au rendement digne du moteur NERVA développer par la NASA entre 1960 et 1972 pourrais se passer d'un réacteur nucléaire, puisque l'eau est chauffé en amont. On évite donc toutes les contraintes que ce dispositif engendre ?
Mais je sais que les ingénieurs de l'astronautique ne sont pas stupide et donc il y a une raison à cela, j'aimerai savoir quoi.
Merci à ceux et celles qui me répondrons !
-----

[jiherve]

bonsoir
depuis quand un moteur fusée chauffe t il de l'eau ?
Comme ce n'est pas le cas la question est nulle et non avenue.
JR

[Dakitess]

Sérieusement x)

ARCA a apparemment réussi à faire tourner quelques têtes ^^

Taquinerie mise à part, comme le dit le voisin du dessus, on n'utilise pas d'eau comme masse à éjecter dans les fusées. Genre, globalement aucune en dehors de celles d'ARCA aux performances désastreuses (quand elles voleront).

[titijoy3]

https://www.lejdd.fr/Societe/Science...espace-3952653

question :avec quelle énergie remplis t'on les batteries ? bilan carbone ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[titijoy3]

Bonjour à tous et à toutes.
Un moteur fusée thermique réchauffe un liquide, généralement de l'eau, pour l'éjecter sous pression à l'aide d'une tuyère ce qui créé une poussée.
Ma question est : Pourquoi s'embêter à embarquer le matériel nécessaire à réchauffer l'eau dans la fusée alors qu'il serait plus simple s'il on n'emporte que de la vapeur d'eau à un maximum de pression dans un réservoir ?
Ainsi, un moteur fusée au rendement digne du moteur NERVA développer par la NASA entre 1960 et 1972 pourrais se passer d'un réacteur nucléaire, puisque l'eau est chauffé en amont. On évite donc toutes les contraintes que ce dispositif engendre ?
Mais je sais que les ingénieurs de l'astronautique ne sont pas stupide et donc il y a une raison à cela, j'aimerai savoir quoi.
Merci à ceux et celles qui me répondrons !

1) la vapeur refroidira et donc perdra en pression
2) dans la vapeur i y a l'énergie stockée grâce à la chauffe, dans l'eau il y a l'énergie à produire grâce à la chauffe et au changement de phase

[saint.112]

Ton idée est basée sur une méconnaissance du fonctionnement d’un moteur-fusée. Parmi les différents types il y a les moteurs à ergols liquides, un des sous-types étant le moteur cryotechnique comme le Vulcain qui équipe Ariane 5 et fonctionnent à l'oxygène et à l'hydrogène liquides.
Le principe ne consiste pas à réchauffer de l’eau mais comme pour tous les moteurs fusées à produire un gaz de combustion à haute température qui est éjecté pour générer la poussée. Dans ce cas c’est de la vapeur d’eau mais dans le cas des moteurs fonctionnant au kérosène, un hydrocarbure, ce qui sort est un mélange de H₂O et de CO₂. Les moteurs à combustibles solides (dits à poudre) produisent un mélange assez crade de composés divers.
On ne pourrait pas stocker de la vapeur à la même température, plusieurs milliers de degré, et à la même pression.

Nico

[jiherve]

bonjour,
mais il existe des fusées à eau pour amuser les enfants :https://www.planete-sciences.org/esp...ne-fusee-a-eau.
JR

[saint.112]

bonjour,
mais il existe des fusées à eau pour amuser les enfants :https://www.planete-sciences.org/esp...ne-fusee-a-eau.
JR

J'en ai eu une pour mon anniversaire quand j'étais petit. Ça m'a amusé pendant quelques jours et puis ça m'a lassé.
Nico

[Victor Curie Ismard]

Premièrement : https://www.youtube.com/watch?v=sftB0HAoFKM
Deuxièmement : peut importe que ce soit de l'eau. L'idée étant de stocker une forme d'énergie via un gaz sous pression pour propulser de la matière dans une direction. La seule limite à ce procédé est les matériaux que l'on utilise. En effet, s'il on ne peut pas concevoir un réservoir capable de supporter des températures et des pressions assez intenses pour que 1kg de ce gaz libéré dans une tuyère produise plus de poussée que 1kg du mélange de dihydrogène et d'oxygène (qui est le mélange qu'utilise les moteurs chimiques les plus efficaces), alors, ce n'est pas la peine d'envisager cette solution.

[Victor Curie Ismard]

Et puis, vous avez fait fort. C'est écrit dans le titre pourtant. Je parle ici de moteur à propulsion thermique. Oui, je connais ARCA et ses fusées chelous, les moteurs chimiques (dont les boosters à poudre, les moteurs cryogéniques, ceux au kérozène comme le F1), la propulsion ionique dont l'ISP peut atteindre jusqu'à 2000 secondes, le système envisagé pour envoyer des mini sondes via des lasers jusqu'à Proxima Centauri. Voilà. J'ai jamais dis qu'un moteur fusée fonctionnait avec de l'eau. Relisez-moi si vous en doutez.

[Tawahi-Kiwi]

Salut,

La seule limite à ce procédé est les matériaux que l'on utilise

Tout a fait, la raison pour laquelle on amene de l'hydrogene et de l'oxygene liquide sous forme cryogenique me semble aller de soit. Entre les quelques bars de pression applique sur ces reservoirs et la pression gigantesque qu'il faudrait pour avoir le meme equivalent energetique en gazeux serait sans doute perdu en poids necessaire pour faire un reservoir capable de resister a une telle pression (ou en taille d'un point de vue aerodynamique).

T-K

[pm42]

'ai jamais dis qu'un moteur fusée fonctionnait avec de l'eau. Relisez-moi si vous en doutez.

En relisant, on trouve dès le début ça :

Un moteur fusée thermique réchauffe un liquide, généralement de l'eau, pour l'éjecter sous pression à l'aide d'une tuyère ce qui créé une poussée.

Donc soit j'ai raté quelque chose, soit il y a un problème quelque part

[mach3]

On comprend très bien dès le départ qu'il ne s'agit pas de moteurs conventionnels ejectant des gaz de combustion. Le premier post autodefini l'appelation "moteur fusée thermique". Pourquoi ne pas simplement répondre à la question plutôt que de prendre le primoposteur pour un idiot ? Moi je n'ai pas assez de connaissances sur le sujet, donc dans ce cadre mon message ne sert à rien, mais les réactions de certains sont limite désagréables et je pense qu'il faut de temps en temps leur faire savoir.

m@ch3

[pm42]

En relisant le fil je me rends compte que Mach3 a raison et cela explique sans doute les réactions agacées du primo-posteur. Je retire donc ma contribution malencontreuse et présente mes excuses.

[RomVi]

Pourquoi ne pas simplement répondre à la question plutôt que de prendre le primoposteur pour un idiot ?

Parce que c'est la norme sur ce forum, surtout quand les intervenants sont incapables de répondre à la question posée.

[saint.112]

J'ai jamais dis qu'un moteur fusée fonctionnait avec de l'eau. Relisez-moi si vous en doutez.

En relisant, on trouve dès le début ça :

Un moteur fusée thermique réchauffe un liquide, généralement de l'eau, pour l'éjecter sous pression à l'aide d'une tuyère ce qui créé une poussée.

Donc soit j'ai raté quelque chose, soit il y a un problème quelque part

Je dirais même plus : à vue de nez il y a comme un problème. Mais j'ai peut-être rate quelque chose.
Nico

[saint.112]

Premièrement : https://www.youtube.com/watch?v=sftB0HAoFKM

En effet ce type de moteur réchauffe bien de l’eau ou un gaz et correspond à ton idée initiale. La fission a l’avantage d’avoir un ratio énergie/masse exceptionnel. Ce serait formidable s’il n’y avait pas les retombées quelque peu désagréables.

Deuxièmement : peut importe que ce soit de l'eau. L'idée étant de stocker une forme d'énergie via un gaz sous pression pour propulser de la matière dans une direction. La seule limite à ce procédé est les matériaux que l'on utilise. En effet, s'il on ne peut pas concevoir un réservoir capable de supporter des températures et des pressions assez intenses pour que 1kg de ce gaz libéré dans une tuyère produise plus de poussée que 1kg du mélange de dihydrogène et d'oxygène (qui est le mélange qu'utilise les moteurs chimiques les plus efficaces), alors, ce n'est pas la peine d'envisager cette solution.

Le problème est que, à la pression atmosphérique, le monoxyde de dihydrogène condense à 100°C et comme un liquide est incompressible il ne peut donc pas stocker de l’énergie sous forme de pression. Il faudrait alors augmenter la température pour éviter qu’il condense avec la pression. Bonjour les difficultés de stocker un gaz à la fois à haute température et à forte pression.
Nico

[papyneo]

Futura sciences a fait un article de ce type de moteur.

https://www.futura-sciences.com/scie...ge-316/page/4/

[papyneo]

La nasa compte avoir une fusée nucleaire thermique à partir de 2025.

https://www.numerama.com/sciences/70...nucleaire.html

[FC05]

Ma question est : Pourquoi s'embêter à embarquer le matériel nécessaire à réchauffer l'eau dans la fusée alors qu'il serait plus simple s'il on n'emporte que de la vapeur d'eau à un maximum de pression dans un réservoir ?

Pour répondre à la question de départ (par une autre question ).

Pour toi quelle est la pression maximale que l'on peut avoir en restant dans des valeurs de température raisonnables (c'est à dire avec des matériaux qui tiennent le coup et qui ne pèsent pas des tonnes) ?

Une petite indication : point critique.

[Anathorn]

Moteur Thermique : pourquoi ne pas chauffer l'eau en amont ?

Réponse facile : parce qu'il n'y a pas d'eau en amont, seulement en aval de la réaction de combustion.
Donc on ne risque pas de chauffer quelque chose qui n'existe pas encore.
Pire : cette eau est produite par des ergols cryogéniques, LH2 (-253°C) + LOX (-183°C) qui DOIVENT être stockés à des températures TRÈS basses (sinon ils ne tiennent pas dans les réservoirs, en volume).

Un moteur fusée thermique réchauffe un liquide, généralement de l'eau, pour l'éjecter sous pression à l'aide d'une tuyère ce qui créé une poussée.

Pas de l'eau, non.
Un moteur thermique de fusée mélange soit du LH2/LOX, soit du kérosène/LOX, soit du méthane/LOX (pour toutes les grosses fusées de plusieurs tonnes de CU).
Voir une poudre (booster) mais ce n'est pas ici le sujet (surtout que c'est plus complexe a décrire vu que ça brule aussi dans le corps même du booster...).

Les moteurs à LH2/LOX, effectivement, éjectent de l'eau à la sortie, mais cette eau n'existe pas avant : elle n'existe qu'après la transformation chimique liant l'hydrogène à l'oxygène, qui ne se produit que dans la tuyère de l'engin.
C'est cette transformation qui émet de la chaleur et de la pression, et ce n'est pas la "pression de l'eau" qui donne la poussée, mais la pression due la réaction de transformation => la liaison de l'hydrogène avec l'oxygène pour former l'eau.
Rappelons que si les moteur LH2 ont les meilleures performances (Isp), ils sont en voie d'extinction, principalement à cause de la densité très faible du LH2 qui oblige à faire des grosses fusées, et à cause du LH2 plus compliqué et cher à produire, impossible à stocker longtemps. Le LH2 est un cauchemar logistique.
Le méthane a des performances significativement moindre (plus d'un tiers de moins en Isp), mais simplifie considérablement la chaine logistique globale.
En résumé, avec le méthane, on fait des fusées un peu plus lourdes, mais bien plus petites, avec des installations au sol bien moins couteuses et plus faciles à utiliser. Des fusées qui, elles, ne rejettent qu'une partie en H2O (et le reste en cacabeurk CO2, entre autre).

On peut dire ce qu'on veut, mais la question résulte en fait d'une méconnaissance caractérisée du fonctionnement d'un moteur fusée, comme l'a parfaitement expliqué Saint112 dans sa première réponse.
Même les moteur NERVA dont il est discuté après ne "chauffe pas de l'eau" mais de l'hydrogène qui, seul, ne risque pas de produire du H2O...

L'idée étant de stocker une forme d'énergie via un gaz sous pression pour propulser de la matière dans une direction

En fait, c'est là que le bât blesse :
Une fusée, n'est pas un ballon de baudruche rempli chauffé et comprimé duquel on laisserait s'échapper le contenu par un trou (tuyère).
C'est un double réservoir avec un four (la tuyère) qui produit une réaction chimique calorifique intense avec les deux composants, réaction qui les lie afin de produire de la pression (la chaleur étant un "défaut" du procédé contre lequel on s’efforce de lutter, et non pas un avantage du processus !).
Je t’incites a regarder comment est fait un Tsiolkoski, 1903) avant de pouvoir le réaliser (V2 de von Braun, 1944, première fusée digne de ce nom).

Parce que c'est la norme sur ce forum, surtout quand les intervenants sont incapables de répondre à la question posée.

Pourquoi tu y reviens alors ?
Et toi tu réponds quoi à cette question finalement très mal posée ?

[Anathorn]

j'ai eu un problème a l'édition juste au dessus et je n'ai pas pu corriger :

Je t’incite à regarder comment est fait un moteur fusée, c'est considérablement plus complexe que tu ne sembles imaginer.
Regardes bien tous ces petits détails essentiels (et TRÈS ingénieux) qui composent le refroidissement de ces motorisations infernales.
Ce n'est pas pour rien qu'il a fallu attendre plus de 40 ans après avoir théorisé ce mode de propulsion (Tsiolkoski, 1903) avant de pouvoir le réaliser (V2 de von Braun, 1944, première fusée digne de ce nom).

[mach3]

@Anathorn : bien, mais hors sujet. Comme déjà dit le sujet n'est pas sur les moteurs conventionnels.

m@ch3

[RomVi]

Pourquoi tu y reviens alors ?
Et toi tu réponds quoi à cette question finalement très mal posée ?

J'y reviens parce que ce forum n'est heureusement pas peuplé uniquement par cette catégorie d'intervenants. Par ailleurs pour quelqu'un qui s’intéresse à la psychologie sociale ce forum est un formidable champ d'étude.
Et pour la question je n'ai rien à répondre parce que je ne sais pas (ma seule source sur le sujet est un livre écrit par A Clarke), mais ce n'est pas pour autant que je vais répondre à coté de la plaque comme tu l'a fait.

[Victor Curie Ismard]

On peut dire ce qu'on veut, mais la question résulte en fait d'une méconnaissance caractérisée du fonctionnement d'un moteur fusée, comme l'a parfaitement expliqué Saint112 dans sa première réponse.

En fait pas vraiment. Je sais faire la distinction entre le procédé que j'avais exprimé dans mon premier poste et ceux qu'utilisent les fusées d'aujourd'hui. Je comprends que lorsqu'on ne connais pas les moteurs thermiques, le rapport avec la température qu'ont les moteurs chimiques peuvent créer de la confusion. Maintenant moi, je ne formule pas mes questions de façons à ce que ceux qui ne puissent pas y répondre correctement puissent la comprendre. Mais j'ai visiblement tors. Je ne parlerai pas du fait que Saint122 s'est corrigé et qu'il est étonnant après une si longue discussion de faire encore l'erreur. Tu as été bienveillant et constructif dans ta réponse, contrairement à certains qui se sont limite moqué de moi :c . Au moins pour ça, je te remercie tiens !

Sinon, je remercie tous ceux qui ont compris ma question ou qui ont finis par la comprendre. Et finalement à toi FC05. Le point critique est une notion que je dois avoir vus en 5e je crois, mais je l'avais totalement oublié . Je vais essayer de voir les graphiques pour un maximum de fluides pour voir à quelle point mon idée n'est pas faisable. Je pense tout de même que l'hydrogène est le gaz le plus adapté (ce qui explique que l'on utilisait pour NERVA), si ce n'est pas le cas je m'en rendrais vite compte je pense.

Sur ceux je pense que ma question est répondue, je pense, bien que cela à été laborieux.


EDIT : Je n'avais pas vu vos nouveaux commentaires Mach3 et RomVi. Vzèt des bro

[Tawahi-Kiwi]

Pour toi quelle est la pression maximale que l'on peut avoir en restant dans des valeurs de température raisonnables (c'est à dire avec des matériaux qui tiennent le coup et qui ne pèsent pas des tonnes) ?

Une petite indication : point critique.

Note qu'on peut avoir de l'eau supercritique a haute densite, mais faut y mettre la pression et ca monte vite (environ 1,5 kbar pour retrouver une densite de ~1).... tout ca pour avoir un fluide a moins de 400ºC.... Si on veut le fluide a 1000ºC, il faut compter au moins une dizaine de kilobars, ...compte-tenu des volumes qui seraient a considerer, on peut renommer 'reservoir' en 'bombe' parce que c'est exactement ca

T-K

[FC05]

Oui, mais le fluide super critique est très réactif chimiquement et peut dissoudre pas mal de trucs (même des roches comme tu le sais ).

Donc en clair si on chauffe de l'eau et que l'on veut que ça reste de l'eau liquide, il faut augmenter la pression, puis au dessus du point critique (221 bars et 374°C) on tombe sur ce truc.
Le pompage ne sera pas évident, certains joints ne vont pas résister, certain matériaux seront attaqués, sans parler de la tenue en température et pression.

En plus tout ce qui est chaud à tendance à se refroidir, donc on perdra rapidement de l'énergie.

Je pense que la liste des inconvénients est vraiment trop grande ... mais on ne sais jamais, si on découvre un matériau léger, solide à haute température et bon isolant thermique ...

[Tawahi-Kiwi]

Oui, mais le fluide super critique est très réactif chimiquement et peut dissoudre pas mal de trucs (même des roches comme tu le sais ).

Certainement, mais c'est loin d'etre un solvent universel, meme pour un fluide supercritique de haute densite. Ce n'est pas ce point la qui me semble (le plus) insurmontable. Par contre les autres que tu mentionnes, oui (et la masse supplementaire necessaire pour que tout cela soit possible, qui rend son application probablement impossible en fuseologie).

T-K

[FC05]

Certainement, mais c'est loin d’être un solvant universel, .....
T-K

C'est pour ça que j'ai mis "pas mal de choses" et pas "tout".

De mémoire, les composés ioniques solubles dans l'eau le sont moins ou pas dans le liquide superfluide.