D'Ariane 1 à Ariane 5, cette famille de lanceur a assuré à l'Europe trois décennies d'accès indépendant à l’espace. Crédits Esa / Cnes / Arianespace - Service optique CSG

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Ariane 5 : après le 50e tir réussi, retour sur les 30 ans d’Arianespace

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Dans la nuit de vendredi à samedi, la cinquantième Ariane 5, premier tir de l'année 2010, a placé sur orbite les deux satellites qu'elle transportait. Pour cette occasion, revenons, avec Gérard Bréard (Astrium Space Transportation), sur les trois décennies d'une aventure technologique européenne.

Le 24 décembre 1979, Ariane 1 décolle pour la première fois et 6 mois plus tard, l'Europe se dote d'une structure commerciale pour l'exploiter en créant Arianespace. En faisant cela, elle va libéraliser l'accès à l'espace et favoriser l'expansion d'un vaste marché des télécommunications spatiales qui, à son tour, nourri les évolutions du lanceur. Mais avant d'en arriver là, il a fallu apprendre à travailler ensemble, développer de nouveaux moteurs, inventer de nouvelles stratégies et faire évoluer la famille Ariane.

Pour raconter ces 30 ans d'histoire, Futura-Sciences a interrogé Gérard Bréard, directeur technique d'Astrium Space Transportation, « maître d'œuvre unique du lanceur Ariane 5 » depuis le lancement du 22e lanceur de production (V170, mars 2006). A ce titre, la firme européenne est responsable de la fourniture à Arianespace du lanceur complet, testé et intégré au Centre Spatial Guyanais. Astrium gère également « l'ensemble des contrats des industriels » des 12 pays partenaires du programme Ariane et « l'ensemble des éléments d'Ariane 5 », dont les étages fabriqués dans ses établissements des Mureaux (France), de Brème (Allemagne) et de Kourou. Les étages à poudre sont intégrés à Kourou par la société Europropulsion sous contrat Astrium (Guyane française), ainsi que la case à équipements, le programme de vol et les multiples sous-ensembles.

Ariane est née de l'échec du programme Europa qui « ne parvint pas à satelliser la moindre charge en quatre tentatives de 1968 à 1971 ». En cause, une organisation déplorable entre les agences et les industriels. Ce constat contraint les Européens à revoir entièrement leur copie et à « dessiner un nouveau lanceur qui sera développé comme un système intégré et non plus comme une collection d'éléments nationaux ». La première réussite d'Ariane a donc été de mettre en place ce nouveau concept en s'appuyant sur un « architecte industriel qui était le bras séculier du maître d'œuvre ». Cette organisation a permis de régler tous les problèmes d'interface « qu'on n'avait pas su mettre en place avec le programme Europa ».

Décollage du tour premier lanceur Ariane (vol L01), le 24 décembre 1979. « Le coup de génie des créateurs d’Ariane a été de mettre tout le monde autour de la même partition, dirigée par le Cnes. Les entreprises travaillaient avec les mêmes critères, les mêmes normes de qualification et les mêmes interfaces d’utilisateurs ». © Cnes / Esa/CSG Service Optique, 1979

La première Ariane démontre « nos capacités à piloter un lanceur souple ». On « trouve les bonnes lois de pilotage » et on apprend à « gérer correctement les phases transitoires (la séparation entre les étages) ». Avec un troisième étage cryotechnique allongé, Ariane 1 devient Ariane 2, que l'adjonction de deux accélérateurs à poudre transforme en Ariane 3. « Ces deux lanceurs n'ont pas réellement eu de vie opérationnelle » : ils représentent avant tout des étapes préparatoires à Ariane 4 qu'on « avait en tête dès leur mise au point ».

Avec Ariane 4, on a « pu apprécier toutes les marges que nous avions et les transformer en performance ». La grande réussite de ce lanceur aura été « la versatilité dans son utilisation » avec toute la souplesse permise par les différentes versions du lanceur, « six au total, pour répondre aux besoins du marché ». La modularité « entre les boosters solides et liquides » donnait beaucoup de souplesse dans la « maîtrise du pilotage et la qualité de la navigation ».

7 tonnes de poussée et toujours opérationnel, 30 ans après

Le HM7B de Snecma est un moteur cryotechnique, fonctionnant à « l'hydrogène et à l'oxygène liquide et allumable en vol ». Qualifié en 1979 pour le premier vol d'Ariane 1, il a depuis « constamment été amélioré » afin d'augmenter sa poussée, son impulsion spécifique, sa durée de fonctionnement et sa fiabilité. Il a « propulsé le troisième étage de toutes les versions d'Ariane 1 à 4 ». Ce moteur, particulièrement fiable et éprouvé, a été produit à près de 200 exemplaires. Lorsqu'il arrive, « il représente un énorme challenge technologique ». Il introduisait à la fois la « notion de la gestion des ergols et la technologie intrinsèque du moteur ».

Le point remarquable est « sa reconduite sur Ariane 5 ». On l'a adapté moyennant un « complément de qualification relativement simple ». Il propulse l'étage supérieur cryotechnique de « la version la plus puissante du lanceur (ECA) » et délivre une poussée de 6,5 tonnes : « il a fonctionné pour la première fois lors du vol de qualification, le 12 février 2005 (V164) ».

Décollage du lanceur Ariane 401, premier vol d'Ariane 4, le 15 juin 1988 depuis le Centre Spatial Guyanais. « On a eu des cadences énormes avec Ariane 4. Il n’y avait que nous ! Il faut se souvenir qu’à l’époque le mur était toujours là et le marché occidental du lancement de satellites était fermé à l’ex-URSS ». © Cnes/Esa/CSG Service Optique, 1988

Bien que l'on « projette de l'utiliser encore quelques années » avec Vinci, on « se prépare à passer à un autre concept ». A la différence de l'HM7B, Vinci, en cours de développement également chez Snecma, sera plus simple et aura « la capacité d'être réallumable plusieurs fois en vol ».

Le lancement double, « totalement nouveau pour l'époque » est une des grandes réussites d'Arianespace. Cette stratégie originale va imposer Ariane 4 sur le marché. Dès 1984, Arianespace propose le lancement double pour des satellites de 1,2 tonne sur Ariane 3. La barre des 2 tonnes est franchie en 1985, celle des 4 tonnes en 1989, 5 tonnes en 2000 et 6 tonnes en 2005 puis 10 tonnes avec l'actuelle Ariane 5 ECA. Cette capacité devrait est portée à « 12 tonnes avec les prochaines évolutions proposées pour Ariane 5 Me (Vinci) ».

Les raisons d’être d’Ariane 5

Avec une masse moyenne des satellites d'environ 4 tonnes, le lanceur Ariane 4 est retiré du marché en 2003. Il est devenu « moins compétitif », bien qu'il pourrait encore faire « jeu égal avec les 5 tonnes du Proton ».

A l'époque, la question s'est posée de savoir s'il « fallait faire un lifting d'Ariane 4 pour le rendre plus compétitif » ou bien s'orienter vers « un nouveau lanceur ». Avec un domaine de vol « exclusivement ciblé sur des orbites de transfert géostationnaire », des moteurs hyperboliques de sorte que l'on pouvait « difficilement faire plus simple au niveau de la technologie », on va vite se rendre compte que « les évolutions d'Ariane 4 sont relativement limitées ». A cela s'ajoute le coût de sa fabrication. Avec 9 moteurs (4 pour le premier étage, 1 pour le deuxième, 1 pour le troisième et jusqu'à 4 pour les propulseurs d'appoint fixés au premier étage), on atteint les « 20.000 à 25.000 dollars le kilo en orbite »...

Ariane 5 voit le jour en 2002. Avec ce lanceur multitâche, on « change de dimension ». Son domaine de vol « sans commune mesure avec celui d'Ariane 4 » lui permet une plus grande variété de missions « étendues aux orbites basses, polaires, géostationnaires et même planétaires ». Quant aux choix de propulsion, ils reposent sur deux types complémentaires et « certainement porteurs d'avenir pour les lanceurs de nouvelle génération». La propulsion solide permet de s'arracher de la Terre et donner l'impulsion initiale puis la propulsion cryogénique apporte une meilleure « personnalisation de chaque mission et la précision en orbite ».

La famille des lanceurs Ariane. « La création d’Arianespace a permis de maintenir une compétence technologique en Europe et de soutenir le lancement institutionnel qui a profité de la chaîne de production ». Cnes/Ducros David, 2009

Initialement, Ariane 5 devait permettre les vols habités et « lancer l'avion spatial Hermès ». L'abandon de ce programme contraint l'Esa à « le transformer en lanceur commercial » avec au final « pas mal de potentiel de développement ». Vieille conséquence du vol habité, on « s'oblige à allumer le moteur cryogénique avant les moteurs des boosters ».

Concepts originaux

Parmi les concepts originaux qui n'ont pas abouti, ceux liés à la réutilisabilité des étages, voire des lanceurs, vont démontrer que les lanceurs consommables sont « la seule et unique solution viable ». L'idée d'utiliser un avion spatial pour déposer un satellite en orbite qui revient se poser et redécoller le lendemain est intéressante mais « reste une notion plus proche de la science-fiction que de la réalité technologique ». Des études poussées réalisées à la fin des années 1990 et au début 2000 ont démontré que ce type de lanceur réutilisable ne « pouvait pas être concurrentiel ». La remise en état de vol pose encore trop de problèmes. La navette, qui était précurseur en la matière est là pour nous le rappeler.