Description
Matériaux composites phénoliques ablatifs

La réalisation de tuyères de propulseurs à poudre nécessite l’utilisation de deux types de matériaux :

• un matériau conducteur de la chaleur au contact des gaz de poudre, permettant de transférer une partie de l’énergie thermique, tout en conservant une bonne tenue mécanique ;

• un matériau isolant thermique derrière le matériau conducteur absorbant l’énergie thermique transférée et protégeant ainsi les parties structurales froides de la tuyère.

Des études [1] ont montré qu’il était possible d’utiliser dans les deux cas des matériaux ablatifs, c’est-à-dire des matériaux se consommant sous l’action conjuguée d’un flux gazeux très chaud et de l’érosion mécanique. En effet, l’énergie nécessaire pour échauffer puis pour pyrolyser le matériau, ajoutée à l’énergie de réaction avec les gaz de tuyère à la paroi, permet d’évacuer une partie importante de l’énergie thermique. Encore faut-il que le résidu de ces réactions soit suffisamment important et suffisamment solide pour que l’intégrité de la tuyère soit assurée jusqu’à la fin du tir du propulseur.

Ce sont ces considérations qui ont conduit à l’utilisation de matériaux composites constitués d’un renfort réfractaire et d’une matrice ablative.

• Le choix du renfort dépend de la conductivité thermique recherchée :

  • pour un matériau, au contact des gaz et qui doit être conducteur, on utilise une fibre de carbone plus ou moins graphitée ;

  • pour un matériau isolant, on utilise une fibre de silice.

• La matrice se doit de posséder un taux de carbone aussi élevé que possible, de façon à lier les fibres du renfort lors de la pyrolyse avec du coke solide. C’est pour cette raison qu’une résine phénolique est en général recommandée.