L'aventure de la fusée européenne Ariane - 05/09/2007

Ce dossier retrace l'aventure de la fusée européenne Ariane, des premières fusées françaises tirées depuis le Sahara jusqu'aux Ariane V actuelles, au travers de la construction des politiques spatiales française et européenne. Une aventure technique, politique et humaine.

La grande aventure des fusées Ariane commence en 1953. A cette époque, face à la montée en puissance des deux grandes nations de la conquête spatiale, l'U.R.S.S. et les Etats-Unis, la France, sous l'égide de la D.E.F.A., Direction et Etudes et Fabrication d'Armements, se rend compte qu'il est indispensable de se lancer enfin dans la conquête des cieux.

• La fusée Véronique

Il s'agit alors de rattraper le retard pris sur deux états qui sont alors tout près d'accéder à l'espace, avec Spoutnik pour l'U.R.S.S. et Explorer 1 pour les Etats-Unis. Ce sera à une des sections de la D.E.F.A., le L.R.B.A., Laboraoire de Recherches Balistiques et Aérodynamiques de mener à bien le nouveau programme : la fusée Véronique.

Véronique est alors un projet de fusée modeste dont l'objectif premier est d'ammener des appareils de mesure au-delà de l'atmosphère. Mais elle sera aussi l'apprentissage français dans le domaine des fusées, le premier pas.

Une Véronique lancée en 1971 - source : C.N.E.S.

Elles seront lancées depuis la base de Colomb-Béchar, dans le Sahara. Les Véronique fonctionnent bien et, dans le même temps, Spoutnik s'envole... Afin de concentrer et améliorer le programme spatial français, le C.N.E.S. sera fondé en 1961, sous la présidence de Pierre Auger. De 8 personnes au départ, il passe à 80 après seulement 1 an d'existence.

• La fusée Diamant

Alors que Youri Gagarine a déjà rejoint l'espace depuis 4 ans, et que les concurrents du C.N.E.S. bénéficient d'effectifs et de budgets colossaux, la France poursuite ses effort avec une seconde fusée, capable de satelliser une charge : la fusée Diamant.

Une Diamant B - source : C.N.E.S.

Dès le premier vol, il s'agit d'un succès. En effet, le 26 novembre 1965, la première Diamant met en orbite le premier stallite français, le A1, dit Astérix. Ce spoutnik à la française tourne alors à quelques centaines de kilomètres d'altitude, et tournera jusque 2165 ! La réussite est totale, la France est devenue une puissance spatiale : elle est le troisième pays à satelliser un objet artificiel. Peu après Gemini 7 décolle.

• Le centre spatiale de Kourou

Le C.N.E.S. poursuit alors son développement technique et humain, s'implantant par exemple à Toulouse. Et comme le site de Colomb-Béchar, loin de l'équateur, n'était pas très favorable au tir de fusées, on décide de construire le centre spatial de Kourou, en Guyane française. Ce site est largement meilleur que Cap Canaveral, étant 23.5° plus proche de l'équateur : il permet à energie égale d'envoyer 17% de masse en plus en orbite, une différence énorme.

Le site de lancement d'Ariane IV à Kourou - source : Arianespace

Le site de lancement d'Ariane V à Kourou - source : E.A.D.S.

Les derniers tirs depuis l'Algérie ont lieu en 1966, quand deux fusées Diamant lancent, à dix jours d'intervalle, les deux satellites Diadème 1 et 2, destinés à la géodésie. C'est la fin de l'aventure algérienne, puis le premier tir à Kourou, une Véronique, en 1968. Peu de temps après, Neil Armstrong et Edwin Aldrin marchent su la Lune...

• La création de l'E.S.R.O.

En 1961, c'est au tour de l'Europe de se lancer dans l'aventure spatiale. Cette démarche débute avec la création du futur C.E.R.S., Conseil Européen de Recherches Spatiales (E.S.R.O. en Anglais). Douze pays adhèrent alors à ce conseil. En 1962, la future E.S.R.O. publie son livre bleu, dans lequel est détaillé un projet de programme spatial. L'E.S.R.O. est officialisée en 1964, l'Europe spatiale est née !

Tout naturellement, l'E.S.R.O. se tourne vers la France, seul pays européen à posséder des fusées. Mais il manque un troisième étage aux Véronique pour remplir leurs futures missions. Les évolutions qui ont alors lieu sont plus politiques que techniques : création de l'E.L.D.O., complémentaire de l'E.S.R.O., puis de l'E.S.A., destinée à les remplacer tous les deux, mais pas encore de fusées...

• Le programme Europa

L'E.S.R.O. avait conçu le projet Europa 1, fusée europèenne. L'E.L.D.O., à sa création, transforma le projet en Europa 2, dotée d'un budget plus conséquent. Mais ce budget (toujours insuffisant) et à l'origine de l'échec qui suivit. Le premier et dernier lanceur Europa 2 fut tiré le 5 novembre 1971 et a offert à ses spectateurs, après 2 minutes en demi de vol, un magnifique feu d'artifice. Le projet fut mal bâti; le résultat catastrophique. L'abandon du projet qui s'en suivit priva l'Europe d'un lanceur puissant.

La fusée Europa 2 - source : C.N.E.S.

Cette absence de fusée puissante a une conséquence directe pour l'Europe : elle dit se soumettre aux Etats-Unis pour lancer ses propres satellites. L'Europe est donc dépendante, la réaction est nécessaire. L'avènement d'Ariane est proche.

Ce fut principalement la France qui s'investit dans le programme Ariane. D'un coût estimé en 1975 à 3,05 milliards de francs, la France prit en charge près des deux tiers (63.9 %). L'Allemagne finançait quant à elle le programme à hauteur de 20.1 %.

• La qualification

Le premier modèle conçu fut Ariane I. D'une masse au décollage de 210 tonnes (l'équivalent d'un gros avion de ligne), elle devait être capable de placer 1 850 kg en orbite GTO (orbite de transfert elliptique, d'altitude basse de 200 km et d'altitude haute 36 000 km). Par ailleurs, ces 1 850 kg devaient pouvoir être répartis sur 2 satellites, grâce au SY.L.D.A., SYstème de Lancement Double d'Ariane.

Le premier vol d'Ariane, le 24 décembre 1979 - source : E.A.D.S.

Le premier vol, L-01, eu lieu le 24 décembre 1979 après un report de 6 mois dû à un système au sol défectueux. Ce vol, le premier d'un série de 4 vols qualificatifs, fut parfait. Le second, L-02 eu lieu 5 mois après. Après 108 secondes de vol, le lanceur explosa en détruisant ses deux satellites, un satellite scientifique et un relais radio-amateur. Les moteurs du premier étage fut récupérés puis incriminés, victimes d'un petit défaut aux grosses conséquences.

• L'exploitation commerciale d'Ariane I

La leçon fut apprise et L-03, le 19 juin 1981, fut un nouveau succès. De plus, trois satellites furent mis à poste avec un seul tir. L-04 fut aussi un succès et Ariane I fut qualifiée pour une utilisation commerciale. Deux satellites furent tirés lors du L-5 (la suppression du 0 indique que la fusée est qualifiée) mais le lanceur echoua après 7 minutes d'un vol parfait. Une turbopompe était responsable d'une perte de 79 millions de dollars.

Après ce coup dur, une revue de programme fut effectuée, permettant de corriger des erreurs qui auraient pu à leur tour devenir fatales. Les missions reprirent ensuite, avec réussite à chaque fois.

Au final, Ariane I sera lancée onze fois entre 1979 et 1986, avec les seuls deux échecs que nous avons vu.

• Ariane III, 50 % de puissance en plus

Paradoxalement, Ariane III est apparue avant Ariane II. Cette dernière est une version modifiée de la I (principalement l'allongement du troisième étage) alors que Ariane III est une Ariane II avec deux propulseurs d'appoint à poudre.

Les fusées Ariane I, II et III - source : E.S.A.

Le premier vol d'Ariane III a lieu le 4 août 1984, il s'agit du vol V10 (le V remplace désormais le L). C'est une réussite pour ce nouveau lanceur qui permet maintenant de placer 2 700 kg en GTO, soit 50% en plus d'une Ariane I. Ce lanceur fonctionne bien et, sur les onze exemplaires lancés de 1984 à 1989, seul le vol V15 sera un échec.

• L'ère commerciale

Ariane est devenue un produit fiable et efficace. Il convient donc de créer une société qui aura pour rôle de commercialiser les services de la fusée. Cela se fera le 26 mai 1980 : trente-six entreprises aérospatiales européennes, treize banques et le C.N.E.S. créent la première compagnie de transport spatial de l'histoire humaine, Arianespace.

Notons au passage que cette première compagnie est européenne, et non américaine. La navette et les lanceurs américains seront donc concurrencés. On voit ainsi le chemin parcouru par les Européens, qui lançaient leur premier satellite en 1965, 4 ans après le vol de Gagarine et qui, 15 ans après, sont en passe de devenir les leaders du transport spatial.

Le premier vol sont l'égide d'Arianespace est le L-9, qui emporte un satellite de 1 200 kg, SpaceNet. Rapidement, le carnet de commande atteint 1 milliard de dollars et les bénéfices sont pour bientôt. Cette arrivée d'Arianespace est l'aussi l'aboutissement de nombreux efforts, et une source de fierté pour l'Europe, et en particulier pour la France, qui en aura aussi tiré une très vaste expérience technologique.

• Ariane II entre en scène

Comme nous l'avons vu, Ariane II est une Ariane III sans les propulseurs d'appoints. Sa capacité d'emport en GTO est de 2 175 kg. Elle eu une carrière moins importante que les I et III, avec seulement 6 vols, de 1986 à 1989. Le premier de ces six vols fut d'ailleurs le seul échec. Tout comme Ariane III, elle a cédé la place à Ariane IV en 1989, qui eut, elle, une tout autre carrière et qui assuré la place de leader mondial à Arianespace et à l'Europe.

Tout comme ses ancêtres, Ariane IV était une fusée à trois étages. Si elle n'était guère différente des Ariane I à III à première vue, elle était en réalité bien plus puissante et souple d'utilisation. La première différence visible était la présence, sur certaines versions de propulseurs supplémentaires en nombres en types variables. C'était là un des atouts de la fusée.

Ariane 44LP - source : E.A.D.S.

• Six configurations pour une fusée

Ariane IV permettait de lancer un ou deux satellites en GTO dont la masse totale va de 2 070 à 4 900 kg. Une telle gamme de capacité était obtenue grâce à l'architecture modulable du lanceur qui acceptait 0, 2 ou 4 propulseurs supplémentaires, à liquides ou à poudres.

Le corps principal de la fusée était commun à toutes les versions : le premier étage propulsé par 4 Viking, le second propulsé par 1 viking IV et enfin le troisième étage était doté d'un moteur cryogénique HM-7B. S'ajoutaient à celà la case à équipement (le cerveau de la fusée), la coiffe de 4 m de diamètre et, pour les lancements multiples, la S.P.E.L.D.A., Structure Porteuse Externe pouur les Lancements Double d'Ariane.

Les propulseurs ajoutés, qui différenciaient les versions, étaient placés latérallement par rapport au premier étage de la fusée. En augmentant la poussée totale au décollage, ils permettaient de placer sur orbite des charges utiles plus importantess. C'étaient soit des P.A.P., propulseurs à poudres, ou des P.A.L., propulseurs à liquides, plus gros et plus puissants.

Cinq des 6 configurations possibles d'Ariane IV - source : E.S.A.

• Les capacités

Voici les caractéristiques des différentes versions. Le nom était donné par le nombre de propulseurs et leur types : P pour P.A.P et L pour P.A.L..

• Une fusée exceptionnelle

Suite aux différents travaux d'amélioration de la fusée, ces données avaient évolué et les capacités étaient de 2 070 à 4 900 kg, pour des masses au décollage de 243 à 480 tonnes !

Ariane 44L, vol 152 - source : E.A.D.S.

Ariane IV était une fusée d'une longévité et d'une fiabilité exceptionnelles : 116 tirs (113 succès et 3 échecs) pour un taux de réussite supérieur à 97,4 %. Malgré celà, et de dès les débuts d'Ariane IV, sa remplaçante, très novatrice, a été mise en chantier. Ce nouveau fleuron est bien sûr Ariane V.

• L'origine du projet

Le programme Ariane V a été décidé lors de la conférence des ministres européens de la Haye en 1987. Ce programme, dirigé par l'E.S.A., a été confié au C.N.E.S. pour sa réalisation, avec un objectif double : accroître à 6 puis 11 tonnes la capacité d'envoi en GTO, tout en réduisant de façon significative coûts et délais de mise en oeuvre. Par ailleurs, la fiabilité d'Ariane V devait être encore meilleure que celle d'Ariane IV.

Ainsi, Ariane pouvait conforter sa place de leader mondial, tout en ajoutant une nouvelle capacité au lanceur : accéder à la station spatiale internationale.

• Une architecture nouvelle

Pour atteindre les différents objectifs du nouveau lanceur une architecture simple et totalement nouvelle a été retenue : un étage principal à un seul moteur cryogénique, le Vulcain (E.P.C., Etage Principal Cryogénique), puis un étage supérieur, à moteur à ergols stockables en sans turbopompe (Eastus), l'E.P.S. S'ajoutent deux boosters à poudre, dits Etage d'Accélération à Poudre, E.A.P.. Ainsi simplifié, le lanceur doit être fiable et compétitif.

Ariane V - source : E.S.A

L'étage principal emporte 160 tonnes de carburant(hydrogène et oxygène liquides) consommés par le Vulcain. Ces deux éléments chimiques sont refroidis : -183°C pour l'oxygène et -255°C pour l'hydrogène,d'où l'appellation "cryogénique".

Le moteur Vulcain - source : E.A.D.S.

Les deux boosters pèsent chacun 270 tonnes (pour respectivement 37 et 10 tonnes pour les P.A.L. et P.A.P. d'Ariane IV !) et ne fonctionnent que deux à trois minutes. Ils consomment de la poudre propulsive.

Enfin, la cage à équipement (cerveau de la fusée) supporte le ou les satellites et la coiffe.

• La qualification et les premiers vols commerciaux

Ariane 501

Le premier tir a eu lieu le 4 juin 1996 à Kourou. Après un bon début, le lanceur a été détruit environ 40 secondes de vol. Alors à 3700 mètres d'altitude, le lanceur s'est incliné, a basculé puis a explosé en se cassant. La déception fut énorme, d'autant que le succès semblait assuré. En effet, Ariane 501 emportait les quatres satellites scientifiques Cluster. On y croyait ; le coup de poker aurait été magnifique, mais cela n'a pas réussi...

Pourquoi cet échec ? Simplement parce qu'un élément récupéré d'Ariane IV, le capteur inertiel, n'a pas été correctement adapté aux nouvelles caractéristiques de vol. L'erreur est petite, mais comme toujours en astronautique, les conséquences sont énormes. Les efforts furent repris pour améliorer la faibilité, et cette fois avec succès.

Ariane 502

Le second vol eut lieu le 30 ocotbre 1997, plus de un an après le premier. Les charges utiles sont cette fois des maquettes. Malgré une réussite globale, les altitudes atteintes sont trop basses, à la fois à cause d'un roulis mal maîtrisé. Par ailleurs, les propulseurs d'appoint qui auraient dû être récupérer pour être réutiliser sont detruits, car mal dimensionnés.

Ces différents soucis furent rapidement identifiés et leur origines déterminées. L'amélioration sur ces différents points a permis, lors du vol suivant, d'atteindre la perfection.

Ariane 503

Le vol 503 fut le dernier vol de qualification d'Ariane. Il s'est déroulé de façon parfaite, corrigeant tous les défauts précédement constatés. De plus, il emportait, outre une maquette de satellite, un module appelé A.R.D., l'Atmosphéric Reentry Demonstrator, qui est un véhicule (démonstrateur) atmosphérique (de forme simple, semblable aux capsules Apollo, mais à l'électronique moderne).

Ce dernier s'est posé sans encombre à moins de 5 km de son objectif. Ce succès complet du troisième vol de qualification a donc ouvert la voie de l'exploitation commerciale, dès le vol 504.

Les vols commerciaux

Depuis la qualification du lanceur Ariane 5 a effectué de nombreuses missions, démontrant sa capacité à être un lanceur polyvalent.

Ariane V - source : C.N.E.S.

Ariane 506, vol 130, le 14 septembre 2000 - source : E.A.D.S.

Citons aussi le vol 511 qui a mis en orbite le satellite Envisat (orbite polaire et héliosynchrone de 800 km d'altitude) d'observation de la Terre.

• Les évolutions du lanceur

En octobre 1995, il a été décidé de créer plusieurs programmes d'amélioration d'Ariane V. Trois objectifs principaux étaient visés : améliorer les infrastructures au sol, améliorer la qualité de fabrication et enfin améliorer les performances du lanceur.

Ariane 5 Evolution ("Ariane-5 10 tonnes")

L'objectif du programme Ariane 5 Evolution est d'augmenter la capacité de satellisation de 1 400 à 2 000 kg selon le type d'orbite, en améliorant de 20 % la poussée du Vulcain. Le premier vol de cette version a été un échec fin 2002 avec la désintégration en vol quelques instants après son décollage.

Ariane 5 Plus

Ce programme, plus ambitieux encore que Evolution, doit permettre de développer la polyvalence du lanceur, en lui permettant par exemple la mise en orbite de constellations de satellites (ce qui nécessite des manoeuvres orbitales et donc d'un étage supérieur réallumable). Par ailleurs, une capacité de 12 tonnes était visée pour 2006.

Ces objectifs passent par la transformation de l'étage à ergols stockables pour le rendre réallumable (Ariane 5 E-V), le développement d'un étage supérieur cryogénique dérivé du troisième étage d'Ariane IV (Ariane 5 E-CA) et enfin le développement d'un étage supérieur cryogénique nouveau et réallumable, donommé Vinci (Ariane 5 E-CB).

Différentes pistes sont identifiées pour la future remplaçante de la fusée Ariane V. Les objectifs restent globalement les mêmes au niveau qualitatif, tout en étant plus pointus au niveau quantitatif : délai de mise en oeuvre, coût, capacité, polyvalence, fiabilité...

Ariane V est un lanceur de type E.L.V. (Expendable Launch Vehicle), c'est à dire un lanceur consommable. Il apparaît que pour faire mieux qu'Ariane V, il faudra un lanceur réutilisable, de type R.L.V. (Reusable Launch Vehicle). Celà consiste à faire voler plusieurs fois le plus grand nombre possible d'élement du lanceur. On peut ainsi espèrer diviser par 5 le prix d'une mise à poste.

Il faut toutefois nuancer cette baisse du prix d'une mise à poste du fait que les satellites, les assurances et les opérations au sol représentent une partie importante du coût total et que ces éléments ne diminueront pas si l'on retient pour la future Ariane une architecture de type R.L.V..

La grande famille Ariane - source : E.A.D.S.