Envoyer des scientifiques dans la station spatiale internationale pour qu’ils puissent expérimenter, c’est bien. Mais les ramener intègres sur le plancher des vaches c’est mieux ! Et cela ne serait pas possible sans l’aide de nos chers amis les boucliers thermiques.
Saviez-vous que lorsqu’une capsule – telle que celle représentée ci-dessus – rentre dans l’atmosphère, la « boule de feu » qui semble l’envelopper provient du choc créé à l’avant de celle-ci par sa vitesse d’entrée très élevée (12 km/s pour une rentrée sur Terre) et non à cause de la friction avec l’air ? En effet, à une telle altitude, l’atmosphère n’est pas assez dense pour que de tels effets de frictions puissent avoir lieu.
Mais qu’est-ce qu’un choc alors ? Quand un objet se déplace dans l’atmosphère à des vitesses dites « hypersoniques », c’est-à-dire au moins 5 fois la vitesse du son (~350 m/s), celui-ci va comprimer l’air devant lui engendrant ainsi un saut de pression et de température extrême. Cette discontinuité au niveau des propriétés thermodynamiques est appelée « choc ».
Étant donné que ces températures peuvent monter jusqu’à 4000 °C à la surface du véhicule, il est nécessaire d’avoir un dispositif permettant de le protéger. Et c’est là que les boucliers thermiques entrent en jeu ! Il en existe deux types : les boucliers thermiques dits « réutilisables » et d’autres dits « ablatifs ».
Les boucliers thermiques réutilisables sont composés majoritairement de tuiles en céramique qui offrent une faible conductivité thermique et une grande émissivité. Ce type de bouclier est destiné aux véhicules manœuvrant qui peuvent ajuster leur trajectoire et limiter ainsi les effets extrêmes. Par exemple, la navette spatiale américaine était dotée de ce type de bouclier et comptait en tout 20 548 tuiles sur ses surfaces sensibles. Lorsqu’une tuile est trop endommagée, il suffit de la remplacer et il s’agit d’ailleurs de la dégradation de ce type de bouclier qui a causé l’incident de la mission Columbia en 2003.
Finalement, nous avons les boucliers thermiques ablatifs. Destinés aux véhicules comme les capsules de sondes spatiales par exemple, ils sont composés d’une matrice dans laquelle est disposée une résine. Cette résine absorbe l’énergie lors de sa décomposition tout au long de la rentrée dans l’atmosphère engendrant ainsi un phénomène dit de « blocage ». Ce type de bouclier est donc à usage unique et est souvent éjecté du véhicule lorsque celui-ci a suffisamment ralenti et que le bouclier n’est plus d’aucune utilité.
Sources:
https://spaceandscience.fr/fr/blog/atmospheric-entry