Pour débuter avec les fusées à eau
Avant d'aborder les différentes techniques, commençons par réaliser une
première fusée et lançons la avec un minimum de travail.
Une fusée à eau, c'est quoi ?
Brièvement, puisque tout ceci sera repris dans d'autres pages de ce site.
On prend une bouteille de boisson gazeuse (eau minérale ou soda) que l'on remplit d'un tiers d'eau environ. Puis, par un dispositif qui sera étudié plus loin, on met cette bouteille en pression à l'aide d'une pompe à vélo. Quand on va libérer la bouteille, l'air sous pression va éjecter l'eau et ainsi propulser la bouteille (vous en apprendrez plus sur la page "Propulsion" ). Cependant, comme lorsqu'on gonfle un ballon de baudruche et qu'on le lâche, la bouteille risque de partir un peu dans tous les sens. Pour qu'elle ait un vol plus rectiligne, on va faire comme pour les flèches d'un arc, c'est-à-dire effiler et lester l'avant puis mettre un empennage à l'arrière.
Il est d'ailleurs très intéressant de faire l'expérience de lancer une bouteille sans ailerons, puis avec ailerons. Le résultat est assez spectaculaire, surtout s'il y a un petit peu de vent.
Donc pour débuter, nous nous proposons de réaliser la fusée ci-dessous
Le matériel nécessaire
Tout le matériel de base nécessaire à la construction d'une fusée à eau est simple à se procurer :
- Une pompe (un modèle à pied est conseillé pour le confort et, si possible, avec un manomètre) ;
- Un cutter ;
- Du ruban adhésif solide ;
- De la colle néoprène.
- Vous aurez aussi besoin d'une valve de vélo, d'un bouchon de liège, d'une planchette de bois et 4 grandes vis pour faire un système simple de mise sous pression.
Enfin, n'oubliez pas d'apporter toute votre imagination.
Les matériaux nécessaires
L'élément vraiment indispensable pour concevoir une fusée à eau est son réservoir principal : une bouteille de boisson gazeuse en PET (Polyéthylène Tetraphtalate). Veillez à ne prendre que des bouteilles non abimées, tout au moins pour le réservoir, en effet ces bouteilles sont prévues pour tenir de fortes pression (10 bars), mais si elle sont rayées ou cabosées, leur tenue en pression se dégrade beaucoup et il y a alors risque d'explosion, même à faible pression.
Les matériaux couramment utilisés pour réaliser des ailerons sont le balsa (bois léger exotique utilisé en modélisme), le carton fort, les panneaux plastiques (Akylux) ou le PET.
Pour l'ogive, le haut d'une seconde bouteille conviendra dans un premier temps.
Préparation des différents éléments
Notre engin va donc être constitué :
- d'un réservoir ou corps, soit une bouteille en PET non endommagée, dont le goulot va servir de tuyère à la fusée.
- d'un cône pour une meilleur aérodynamique.
- d'un empennage, constitué lui-même de 3 ou 4 ailerons, pour assurer la stabilité de l'engin.
Pour le réservoir, c'est simple, il n'y a rien à faire.
Pour le cône, il y a beaucoup de solutions pour le faire, mais pour cette première réalisation, nous nous contenterons de prendre le haut d'une autre bouteille (qui peut être un peu endommagée celle-ci). Pour cela, enrouler une feuille de papier autour du corps de la bouteille en veillant à ce que les bords perpendiculaires à l'axe de la bouteille soient bien alignés comme sur la photo ci-dessous.
On a alors un cylindre parfait. Maintenir la feuille enroulée avec du ruban adhésif, on peut alors tracer un trait de coupe sur la bouteille ou couper directement le long de la feuille avec un cutter. Attention, les cutters, ça coupe, et pas seulement les bouteilles. Pour ma part, je fais plusieurs passes, une première pour "faire le sillon" puis je repasse dans ce sillon en appuyant un peu plus fort (mais pas trop quand même) à chaque passage.
Pendant qu'on est dans les découpes, on peut en profiter pour découper dans ce qui reste de la bouteille, un cylindre d'environ 8 cm de haut qui servira de jupe pour les ailerons. En effet, les ailerons doivent être le plus bas possible sur la fusée, donc le plus près du goulot, or c'est souvent la partie la plus arrondie de la bouteille et il est difficile d'y coller des ailerons. Alors on ruse en mettant autour du col de la bouteille un cylindre sur lequel il sera beaucoup plus facile de fixer les ailerons.
La figure ci-dessous résume les deux découpes à faire.
Pour réaliser les ailerons, là aussi beaucoup de possibilités éxistent, qui seront décrites plus loin, mais nous ne verrons ici que la fabrication à partir de PET. D'abord on va récupérer, à partir d'une bouteille, une feuille de PET. Prendre une bouteille la plus cylindrique possible. Les fabricants de boissons gazeuses ont de plus en plus d'imagination pour nous faire acheter leur produit plutôt que ceux de leur concurrent et ils se croient obligé pour cela de faire des bouteilles tarabiscotées qui sont inutilisables pour les fusées à eau. Donc bien choisir sa bouteille, que l'on va couper, avec la même méthode que ci-dessus, mais aux limites de la partie rectiligne de la bouteille. Nous obtenons alors un cylindre de plastique qu'il suffit de découper selon une génératrice (ligne droite parallèle à l'axe de la bouteille) pour obtenir une feuille rectangulaire de plastique.
Cette feuille étant très incurvée, on va la pliée en deux dans le sens de la longueur pour annuler les effets de ces courbures. Les ailerons seront donc constitués de deux cotés, repliés l'un sur l'autre et maintenu ensemble par de la bande adhésive. On ménagera des deux cotés des petites bandes pliées à 90° dans le sens opposé pour permettre le collage sur la jupe.
La figure ci-dessous montre les étapes de réalisation.
Assemblage des différents éléments
Une fois les ailerons découpés, pliés et assemblés (ruban adhésif sur les bords supérieur et inférieur), il convient de les coller sur la jupe. Dans cet exemple nous avons 4 ailerons, il s'agit de les disposer à 90° l'un par rapport à ses deux voisins. L'assemblage se fera toujours avec du ruban adhésif grace aux deux plis de chaque coté.
La jupe sera alors mise en place et collée également avec de la bande adhésive, puis ce sera au tour du cone à être disposé et fixé par le même moyen.
Réalisation de la base de lancement
Dans un premier temps, nous allons nous contenter d'une base très sommaire. Elle est constituée d'un bouchon en liège ou en caoutchouc perçé en son milieu dans lequel on placera une valve de vélo. Ce bouchon devra être d'un diametre suffisant pour rentrer en force dans le goulot de la bouteille. Le bouchon sera collé sur une planchette en contre plaqué d'environ 20*20 cm. Au 4 coins de cette planchette on disposera 4 vis assez longues qui vont servir de pied à notre "table de lancement". Il faut une longueur suffisante pour pouvoir mettre le raccord de la pompe à vélo dans la valve et permettre de planter les 4 pieds dans le sol pour un minimum de stabilité. L'idéal est de prendre 4 morceaux de tige filetée de 5 ou 6 mm de diametre et de 20 cm de long.
Le schéma ci- dessous décrit cette réalisation minimaliste :
Le premier lancement
Nous avons confectionné une premiere fusée et réalisé une base de lancement, il ne reste plus qu'à lancer la fusée.
Jusque là, l'activité ne présentait pas beaucoup de danger, mais maintenant les choses sérieuses commencent. Les dangers sont nombreux : explosion de la bouteille lors du gonflage, risque de se trouver sur la trajectoire de la fusée soit au décollage, soit à l'attérissage.
Voici donc d'abord quelques règles simples à respecter (et faire respecter) pour limiter les risques :
- Choisir un terrain suffisamment grand et dégagé pour que la retombée de la fusée puisse se faire hors de portée des personnes et des biens.
- incliner légèrement la rampe face au vent (environ 80°)
- Dès que la fusée est prète à être mise en pression, placer toutes les personnes présentes derrière la rampe, à au moins 10m de celle-ci
- Seul le pompeur sera près de la fusée, sans jamais avoir la moindre partie du corps au dessus de la fusée, c'est très, très important, d'autant qu'avec cette base on ne maitrise absolument pas le départ. Quand la pression est suffisante pour vraincre les frottements sur le bouchon, la fusée part sans prévenir.
- Dès le début de la mise en pression, toutes les personnes présentes, doivent être debout et doivent regarder en permanence la fusée pour pouvoir la suivre pendant sa trajectoire et pouvoir s'éloigner rapidement de celle-ci le cas échéant.
Ces recommandations étant faites, la première chose à faire est de choisir un terrain bien dégagé et suffisamment grand. Pour la fusée que nous avons réalisé et sous une pression raisonnable ne dépassant pas les 5 bars, un terrain de la taille d'un stade de football (ou de rugby) est parfait. On s'assurera que le propriétaire des lieux soit d'accord pour laisser faire cette activité.
Voici un schéma résumant les caractéristiques souhaitables du terrain :
Après quoi, il faudra installer la base comme indiqué ci-dessus, inclinée face au vent et bien ancrée au sol pour ne pas qu'elle bascule inopinément.
On marquera au sol la limite des spectateurs à 10 m derrière la rampe. Le matériel sera également entreposé dans cette zone.
Près de la rampe on ne devra donc trouvé que la pompe à vélo, la fusée qui aura été remplie d'un tier d'eau au préalable et le pompeur.
Mise en place de la fusée, bien enfoncée dans le bouchon.
A partir de là , tout le monde doit être extrèmement vigilant. Le pompeur peut commancer la mise en pression. Au bout d'un moment, la fusée va partir. Ne jamais laisser quiconque courrir récupérer la fusée avant qu'elle ne soit au sol.
Faites quelques lancement de cette manière, mais, de grace, passez vite à la réalisation d'une base de lancement plus sà»re, en particulier pour maitriser le moment du décollage. Vous trouverez sur ce site pas mal d'indications pour construire une bonne base de lancement sans vous ruiner.
Organisation d'une campagne de lancements
La préparation
Comme nous venons de le voir, une campagne de lancement ne doit pas laisser de place à l'improvisation.
D'abord il faut choisir un lieu qui doit être en rapport avec les performances envisageables des fusées qui seront lancées. Pour des fusées à base de bouteille simple gonflée à 5 bars maximum, un terrain de football (ou de rugby) suffira. Il faudra, bien entendu, obtenir au préalable l'autorisation du propriétaire du terrain (municipalité, agriculteur, particulier). Selon la distance d'accès à ce terrain, il faudra prendre en compte toutes les contraintes de transport (logistique, temps, assurance).
Selon le nombre de participants à cette campagne, il faudra prévoir l'encadrement qu'il convient pour assurer un "service d'ordre" rigoureux, ainsi que le matériel (piquets, bande de chantier, plâtre) permettant de matérialiser les différentes zones de l'aire de lancement. Il faut aussi penser qu'à la fin de la campagne, le terrain doit être rendu à son propriétaire dans le même état qu'à l'arrivée, donc prévoir des sacs poubelle.
Bien entendu, il faut prévoir tout le matériel nécessaire aux lancements à savoir :
L'indispensable :
- Les fusées
- Une (ou mieux plusieurs) base(s) de lancement avec ses piquets de tente pour la fixer solidement au sol et sa ficelle de 10 m pour le largage.
- Une (ou mieux plusieurs) pompes
- De l'eau, s'il n'y en a pas sur place (bidons, bouteilles, entonnoir, dispositif de remplissage sur rampe s'il y a lieu).
Le souhaitable :
- Une caisse de réparation fusée avec cutter, ciseaux, chiffons, ruban adhésif, ailerons, bouteilles vides, lest.
- Une caisse de réparation base de lancement (Clé, tournevis, pinces, tuyaux, colliers)
- De quoi noter pour chaque lancement, l'heure, les conditions (taux de remplissage, pression, angle) et le résultat.
- Une planchette de contre plaqué avec du papier fixé à la planchette par une pince fera l'affaire.
- Une manche à air ou tout dispositif permettant de déterminer la direction du vent.
- Un théodolite pour évaluer l'altitude atteinte.
Le petit plus :
- Un appareil photo.
- Une caméra vidéo
La chronologie
Pour chaque lancement, la chronologie pourrait être la suivante (à adapter évidemment aux circonstances) :
- Désigner un script qui notera toutes les caractéristiques du lancement.
- Mise en place de la fusée sur la base (remplie d'eau ou non selon qu'un dispositif de remplissage sur rampe est prévu ou non)
- Verrouillage de la fusée
- Pliage du parachute et fermeture du cone (s'il y a lieu)
- Remplissage en eau (si ce n'est déjà fait), puis noter la quantité introduite.
- Prendre la photo (facultatif)
- Renvoyer tous les spectateurs dans la zone prévue.
- Raccorder la pompe et procéder à la mise en pression (en annonçant la pression)
- Démarrer le compte à rebours et à zéro, actionner la ficelle
- Suivre la fusée jusqu'à son arrivée au sol puis noter les résultats
- Récupérer et ranger la fusée
