Planète Sciences — Espace

Présentation

Maïeul — 2019-12-24T16:17:20Z

Sommaire

Qu'est-ce qu'une fusée à eau ?

Pour fabriquer une fusée à eau, des ailerons en carton sont collés sur une bouteille de boisson gazeuse. Les ailerons permettront de stabiliser la fusée pendant le vol. La bouteille est ensuite remplie d'un tiers d'eau, et l'eau est mise sous pression grâce à une pompe à vélo et un bouchon adapté. Lorsque la bouteille est libérée, l'air sous pression éjecte l'eau et propulse la fusée en moyenne à 20 mètres du sol. Un moment impressionnant pour petits et grands !

Objectifs du vecteur

La fusée à eau est un support d'initiation extraordinaire à réaliser dès 7 ans ! Utilisée pour son côté ludique, elle permet aussi de mettre en place une démarche scientifique en cherchant la quantité d'eau optimale, la forme et la position des ailerons pour des performances maximum. Pour les plus avancés, il est possible d'embarquer une charge utile de quelques dizaines de grammes, par exemple un parachute ou un altimètre.

Mise en œuvre

L'altitude moyenne d'une fusée à haut à son apogée est d'environs 20 mètres. Il est donc possible de lancer des fusées à eau sur un demi-terrain de football sans danger à la retombée. Bien que le mode de propulsion eau/air comprimé puisse sembler moins dangereux qu'un propulseur à poudre, la fusée à eau reste dangereuse, en particulier au moment du décollage. L'animateur ou l'animatrice devra donc prendre les mesures qui s'imposent pour éviter tout accident.

Vol d'une fusée à eau

Sécurité et habilitation

2016-08-14T16:08:39Z

Cadre de pratique des fusées à eau

Cadre de pratique de l'activité fusée à eau

Le CNES et Planète Sciences ont toujours affirmé leur volonté de promouvoir les activités scientifiques et techniques auprès du plus grand nombre et de favoriser une pratique éducative enrichissante dans les meilleures conditions de sécurité possibles. La fusée à eau doit être utilisée dans cet objectif.

Cependant, au-delà de l'aspect ludique qui fait le succès de cette activité, l'utilisation de bouteilles plastiques sous pression n'est pas sans risque. Ainsi, il nous a paru nécessaire de définir un cadre commun de pratique pédagogique de l'activité en toute sécurité.

Cette note n'a pas pour but de limiter l'activité fusée à eau. Au contraire, elle formalise un cadre minimum pour l'activité « fusée à eau » telle qu'elle est entendue dans le réseau Planète Sciences. Les règles de sécurité préconisées dans cette note sont validées par le CNES dans le cadre de sa politique de soutien des activités spatiales de jeunes.

Libre à chacun ensuite, de réinvestir le principe d'action réaction pour d'autres activités (dragster, véhicule de records de distance, bateau à réaction, …). Dans ce cas, nous ne parlerons pas « de fusée à eau », mais nous conseillons grandement de garder à l'esprit le risque potentiel que peut représenter ce vecteur pédagogique et de prendre les précautions nécessaires (en s'inspirant par exemple des recommandations définies ci-dessous pour les fusées à eau) pour se prémunir de tout incident.

La fusée à eau, pour quoi faire ?

Le potentiel des fusées à eau est immense. Aussi, il est souhaité que les projets développés avec et par les jeunes permettent autant que faire se peut de travailler en équipe et d'expérimenter.

La réalisation de parachutes ou autres systèmes de récupération est fortement conseillée. De même, on pourra mettre à profit les facilités d'études et d'isolement de paramètres que présente l'activité fusée à eau, en particulier dans le domaine de la stabilité de la fusée et de la propulsion.

Enfin, il parait important de prévoir un temps en fin de chaque activité, pour faire une analyse, avec les jeunes, des résultats de leurs expérimentations.

Règles générales de pratique

L'activité fusée à eau peut être pratiquée avec des enfants de tout âge, et sur tout terrain à condition d'avoir obtenu du propriétaire du terrain l'autorisation de l'utiliser pour cette activité.

L'encadrement par un animateur référant est demandé, tant sur la partie lancement et mise en œuvre que sur la partie réalisation des fusées.

Il est souhaité que les projets développés avec et par les jeunes permettent autant que faire se peut de travailler en équipe et d'expérimenter.

Matériaux de réalisation

La fusée doit être conçue de façon à ce que tous ses éléments restent fixés durant toute la durée du vol. Les matériaux de fabrication devront être choisis pour que la fusée ne puisse pas blesser les personnes en cas d'impact (pas d'angles vifs, d'objets coupants, piquants, etc.).

Propulsion

La propulsion d'une fusée à eau provient de l'éjection d'une masse d'eau par un volume d'air comprimé.

Il est possible de remplacer l'eau par un autre fluide dans la mesure où celui-ci respecte l'environnement et la sécurité des personnes. On évitera donc le recours à tout produit polluant ou combustible.
On prendra soin de vérifier la pression maximale supportable par les bouteilles utilisées.

N'utiliser que des bouteilles de boissons gazeuses plastiques intactes (ni cabossées, ni rayées...), lesquelles sont généralement prévues pour supporter une pression de 10 bars.

Les pompes à énergie musculaire (pompes à pied ou à mains) seront préférées aux
compresseurs électriques (ne permettant pas la même maîtrise de la pression et nécessitant une source de courant proche qui en présence d'eau impose des contraintes sécuritaires supplémentaires).

Une pompe à manomètre intégré est fortement conseillée. On veillera à ce que la pression ne dépasse pas 5 bars (surtout en présence d'enfants). Dans le cadre de lancements de fusées plus sophistiquées, où une pression plus forte peut être souhaitée, nous recommandons de ne pas dépasser 8 bars et d'utiliser une base de lancements disposant d'un manomètre et d'un dispositif de dépressurisation commandé à distance (souvent possible par simple déboîtement de l'embout de la pompe, lorsque des valves ne sont pas interposées sur le circuit).

En cas de non départ, si un système de dépressurisation n'a pas fait retomber à zéro la pression dans la fusée, c'est l'animateur responsable qui devra s'approcher de la base de lancements et prendre les mesures qui s'imposent.

Aire de lancements

Il faut s'assurer que le lancement ne risque pas de porter atteinte aux personnes et aux biens.

Il est interdit de lancer des fusées à eau en direction de personnes, constructions, routes, lignes électriques ou tout autre obstacle naturel ou artificiel. L'ensemble de l'aire de lancements doit être visible par la personne responsable des lancements.

En fonction de la pression dans la bouteille, et du type de fusée lancée, on veillera à s'imposer une distance de sécurité adéquate. Un terrain de foot semble correspondre aux besoins les plus courants.

Les lancements de nuit sont tolérés dans la mesure où toutes les garanties nécessaires ont été prises (en particulier : l'éclairage suffisant de l'aire de lancements ou l'auto éclairage de la fusée et la certitude d'un terrain dégagé).

Vent

Les lancements doivent être effectués avec un vent nul ou faible (< 5 m/s). Et en cas de présence de vent, la fusée sera orientée face au vent et le public placé sur le côté (pas dans l'axe du vent).

Lancements

Le déclenchement du départ de la fusée doit pouvoir être effectué sans risquer de coucher la rampe ou d'orienter la fusée vers les spectateurs. Au besoin, la base de lancements devra donc être solidement ancrée au sol (ou lestée dans le cas de terrain trop dur par exemple) de façon à pouvoir tirer fortement (d'un coup sec) sur la ficelle de déclenchement sans risquer de changer l'inclinaison. Des systèmes à déclenchement aisés (sans à-coup) seront également préférés.

Le guidage de l'engin lors de son décollage (lors des premiers 30 ou 40 cm) est conseillé. La base de lancements doit permettre un pompage et un déclenchement à une distance minimale de 5 m.

L'angle de lancements doit être compris entre 60 et 85 degrés par rapport à l'horizontale. Pour des concours de portée balistique par exemple, on pourra tolérer une inclinaison proche de 45° à condition d'adapter les distances de sécurité.

Le processus de départ de la fusée doit à tout moment pouvoir être interrompu et remis en route par l'animateur responsable des lancements. Cependant, la mise en oeuvre de ces consignes d'interruption ou de reprise du compte à rebours peut très bien être effectuée par un jeune sous contrôle de l'animateur.

Distances de sécurité et public

Le déclenchement de la fusée et le pompage doivent se faire à une distance minimale de 5 mètres (distance entre la fusée et la personne qui déclenche et celle qui pompe).

Les spectateurs doivent être à plus de 10 mètres derrière la rampe de lancements. A l'exception des personnes à mobilité réduite (personnes âgées ou handicapées en fauteuil) qui devront être assistées de personnes valides et vaillantes, les spectateurs doivent se tenir debout et suivre des yeux la fusée afin de pouvoir faire le pas de côté qui leur permettra d'éviter l'impact éventuel d'une fusée revenant au sol après un vol normal ou anormal.

La taille du terrain est à adapter à différents paramètres (vent, fusée, pression, public, …).

Au Championnat de France de Fusées à Eau 2005, le record de distance parcourue au sol par une fusée de 1,5L lancée à 5 bars a été de 132 m. Ce record fournit une bonne idée de la distance maximale que peut parcourir une fusée…

Chronologie

Les distances de sécurité citées précédemment sont à respecter dès le début de la mise sous pression de la bouteille. Le gonflage peut être effectué par un jeune, mais ne peut débuter que sur accord de l'animateur responsable des lancements.

Un compte à rebours de 5 secondes doit être entendu de toutes les personnes présentes. Il s'effectue donc à haute et intelligible voix. En présence de public, il est préférable de faire démarrer le compte à rebours à partir de 10. Dans le cas de lancements en série, on peut réduire le compte à rebours à 5 afin de ne pas démobiliser le public. Le compte à rebours peut être interrompu et repris à tout moment sur décision du responsable du lancement.

La fusée lancée peut être récupérée une fois au sol et après accord du responsable des lancements qui se sera assuré qu'aucune autre fusée sous pression n'est prête à partir.

Assurances

Il est du ressort du responsable des lancements de vérifier que les risques spécifiques liés à l'activité sont couverts par une assurance.

Dans le respect des conditions indiquées dans ce document, les membres de Planète Sciences, à jour de leur cotisation, profitent de droit de l'assurance contractée par Planète Sciences. Cette assurance couvre également les tiers (personnes et biens) concernés.

Incident

Dans le but d'améliorer les conditions de pratique, tout incident notable (explosion de bouteille, impact avec une personne, …) doit faire l'objet d'une information au secteur espace de Planète Sciences.

Matériel

2009-10-24T20:39:14Z

Sommaire

Éléments constitutifs

Le corps de la fusée est une bouteille de boisson gazeuse (en PET). Cette bouteille constitue le réservoir d'eau et d'air sous pression, ainsi que la tuyère du propulseur.

Pour rendre la trajectoire plus stable, il est possible d'ajouter des ailerons et une ogive . Les ailerons sont généralement en balsa (bois léger), en carton fort ou en plastique. Pour l'ogive, il est possible de découper le haut d'une seconde bouteille (avec un cutter ou de bons ciseaux). Pour apporter une touche personnelle, il est fortement recommandé de décorer la fusée !

Assemblage

Plusieurs solutions permettent de fixer des ailerons sur le corps de la fusée. La plus simple consiste à découper la partie cylindrique de la seconde bouteille, et à la placer à l'arrière de la fusée pour y fixer les ailerons. Sinon, les ailerons doivent suivre la forme du réservoir.

Il ne reste plus qu'à scotcher ou coller (néoprène, pisto-colle), sans abîmer le réservoir - attention à l'emploi de colle chaude !

Bouchon de gonflage

Un système permettant la mise sous pression est ensuite nécéssaire. Un bouchon s'ajustant en force au diamètre de la bouteille, et une valve de vélo que insérée dans le bouchon de manière étanche, constituent le système le plus simple. Pour le bouchon, du liège peut convenir, mais les bouchons tronconiques en caoutchouc utilisés en chimie sont idéaux. Pour la valve, une aiguille de gonflage des ballons peut être facilement insérée dans le bouchon.

Lancement

Pour le lancement de la fusée à eau, il faut :
- Une pompe à vélo (un modèle à pied, avec un manomètre) ;
- Une rampe de lancement (pour contrôler l'instant et la direction du décollage).

Une rampe de lancement simple consiste à mettre en place une tige métallique dans le sol. Un morceau de paille fixée le long du corps de la fusée lui permet de rester en position verticale pendant la phase d'accélération, avant que les ailerons soient efficaces.

Après avoir rempli le réservoir d'un tiers d'eau, inséré le bouchon et mis la fusée sur sa rampe, il ne reste plus qu'à pomper jusqu'à ce que la pression à l'intérieur de la bouteille devienne suffisante pour faire partir le bouchon : la pression est telle que le bouchon est éjecté avec la masse d'eau contenue dans la bouteille. Le manomètre de la pompe permet de se rendre compte de la pression dans la bouteille : les 5 bars sont atteints sans difficulté !

Si l'objectif est de dépasser les 5 bars, il est conseillé de prendre quelques précautions : en effet, l'éclatement d'une bouteille peut se révéler dangereux.

Pour aller plus loin

Les fusées à eau

Note technique Planète Sciences, V2.3, 2010

Fusées à eau lumineuses

Note technique Planète Sciences, V1, 2003