Fusées : Comment le bouclier thermique les empêche de brûler au retour sur Terre

Le succès d’une mission spatiale ne se limite pas au décollage de la fusée et à la mise en orbite des capsules. Le retour sur Terre est tout aussi crucial.

Lors de la rentrée atmosphérique, les engins spatiaux traversent l’atmosphère à très grande vitesse, générant des températures extrêmes qui pourraient les détruire sans protection adaptée.

Tous sont donc équipés d’un dispositif essentiel : le bouclier thermique. Il s’agit d’une protection capable d’absorber, de réfléchir et de dissiper la chaleur produite pendant cette phrase critique.

Comment les boucliers thermiques résistent à la chaleur extrême

Le bouclier thermique recouvre les parties de la fusée les plus exposées, empêchant la structure interne d’atteindre des températures dangereuses. Les zones qui subissent le flux thermique maximal se situent généralement à l’avant de l’appareil, sur la face orientée vers le flux d’air ainsi que sur les bords d’attaque, c’est-à-dire les parties qui rencontrent l’air en premier.

Pour résister à ces conditions extrêmes, les boucliers thermiques sont conçus à partir de matériaux spécialement adaptés. Ceux-ci peuvent être isolants, limitant le transfert de chaleur vers l’intérieur de l’appareil, ou ablatifs, se consumant progressivement afin d’évacuer la chaleur.

Lors de la rentrée atmosphérique, le bouclier thermique de la fusée absorbe une partie de la chaleur tandis que les matériaux ablatifs se dégradent progressivement, emportant une partie de l’énergie thermique. Ce processus empêche la chaleur d’atteindre la structure interne de l’engin.

Des boucliers thermiques adaptés à chaque mission

De plus, il faut savoir que les boucliers thermiques sont adaptés en fonction des missions spatiales. Ils peuvent notamment être fixes ou amovibles selon l’engin spatial concerné.

Par exemple, la navette spatiale américaine Space Shuttle, opérationnelle de 1981 à 2011, utilisait un bouclier thermique fixe. Celui-ci était composé de différents types de matériaux, dont des tuiles en céramique et des panneaux en carbone renforcé, qui étaient fixés de manière permanente à la structure de l’appareil. Les tuiles pouvaient toutefois être remplacées individuellement après une mission si elles étaient endommagées.

Le tragique accident de la navette spatiale américaine Columbia en 2003 est d’ailleurs lié à son système de protection thermique. Quelques dizaines de secondes après le décollage, un morceau de mousse isolante s’était détaché du réservoir externe et avait percuté le bord d’attaque de l’aile gauche, endommageant le bouclier thermique.

Lors de la rentrée atmosphérique quelques jours plus tard, la chaleur est entrée dans l’aile par cette zone, ce qui a entraîné la désintégration complète de l’appareil.

Les technologies actuelles pour résister à la rentrée atmosphérique

Aujourd’hui, les boucliers thermiques fixes équipent encore de nombreuses capsules spatiales modernes, comme Crew Dragon de SpaceX, Orion de la NASA ou encore Soyouz, afin de protéger leur structure et les astronautes lors du retour sur Terre.

On retrouve aussi des boucliers thermiques amovibles, notamment sur les sondes spatiales et les atterrisseurs planétaires. Après la phase principale de freinage lors de la rentrée atmosphérique, ces boucliers sont éjectés afin de déployer un parachute et de libérer certains instruments utilisés pour guider l’atterrissage.