Dossier. Chronique d un booster. Tout commence à l'usine de Propergol de

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1 Dossier Propulsion solide. L'extraordinaire poussée donnée au lanceur Ariane 5 pour qu'il s'arrache de sa table de lancement et décolle dans le ciel guyanais est assurée, à 90 %, par deux imposants propulseurs chargés de 237 tonnes de propergol solide chacun. Ces propulseurs sont en partie fabriqués et entièrement assemblés en Guyane, dans la Zone Propulseur de la Base Spatiale. Depuis la coulée de la pâte de propergol, jusqu'à l'intégration de l'étage complet, Latitude 5 retrace, dans ce dossier, le processus de fabrication d'un Etage d'accélération à poudre (EAP) en Guyane. Le théâtre des opérations est situé dans l'usine de propergol de Guyane (UPG), au Bâtiment de stockage étages (BSE) et au Bâtiment d'intégration propulseur (BIP). Les sociétés Regulus, Europropulsion et EADS-ST s'y relaient pour former une chaîne de production unique en son genre. Chronique d un booster Dossier préparé par Anne Bellanova Tout commence à l'usine de Propergol de Guyane (UPG), exploitée par la société franco-italienne Regulus. C'est dans cette usine que sont chargés en propergol les deux principaux segments, S2 et S3, du Moteur à Propergol Solide (MPS). Le premier segment, SI, est, quant à lui, chargé en Italie, à Colleferro et envoyé à l'upg par bateau, en même temps que l'allumeur de l'étage. Pour dérouler le processus de façon chronologique, Regulus reçoit, dans un premier temps, les enveloppes ou structures des segments. Celles-ci sont fabriquées en Allemagne par la société MT Aerospace (ex-man Spatial Technologies) puis envoyées en Italie, chez Avio, pour la pose de la protection thermique interne avant d'être transférées en Guyane. Regulus se charge alors de procéder au nettoyage, ou "avivage" des structures avant le chargement. Celui-ci se déroule en 3 temps : le malaxage, la coulée et les contrôles non-destructifs. Malaxage "Le processus de chargement des segments relève un peu de la cuisine" résume en substance Luciano Gamba, Directeur de Regulus. "Il s'agit de fabriquer une pâte, avec divers ingrédients, que l'on pétrit dans des malaxeurs pour obtenir la pâte la plus homogène possible, avant de la couler dans un moule et de procéder à la cuisson puis au démoulage. C'est exactement comme pour un gâteau." Sauf que les ingrédients, les quantités et les contraintes pyrotechniques ne sont évidemment pas les mêmes. Dans les bâtiments 301 et 302 de l'upg, deux énormes malaxeurs (1800 galons) reçoivent les matières premières : perchlorate d'ammonium et aluminium pour l'essentiel, ainsi qu'une résine qui sert de liant. Pour obtenir l'homogénéité souhaitée, la forme et la disposition des pales du malaxeur sont primordiales. Ainsi, seuls 7 millimètres séparent les pales entre elles ainsi que de la paroi de la cuve de malaxage. Précisions Dans une cuve sont introduits : - le polymère (PBHT) - l'oxydant (perchlorate d'ammonium) - le réducteur (aluminium) - des additifs. Ce mélange après malaxage est appelé Premix. 18 / LATITUDE 5 / N 71 / JANVIER 2006

2 En l'absence de réticulant, le propergol reste liquide ce qui permet de préparer des cuves d'avance. Avant la coulée, un dernier malaxage est nécessaire afin d'introduire et d'homogénéiser le réticulant et des catalyseurs de polymérisation. Les cuves de Propergol sont acheminées au moyen d un engin spécifiquement développé pour ce type de transport. entre le métal et le propergol. Le versement de la pâte de propergol se fait ensuite en trois points de coulée, sous vide et dans un environnement à 50. "Tout le processus de coulée est sous vidéo contrôle" précise Jean-Emmanuel Quebre, Directeur Industriel chez Regulus. "Compte tenu des contraintes pyrotechniques, il ne peut y avoir personne dans le bâtiment durant cette phase, qui dure plusieurs heures. Nous avons donc un système vidéo qui nous permet de maîtriser le processus à distance." Une fois la coulée effectuée, on procède alors à la cuisson de la pâte qui s'effectue à 50 C pendant 10 jours. Le couvercle de puits est ensuite ouvert, et on sort le noyau avant d'extraire le segment. A ce stade, le propergol est devenu solide. "Lorsque que le segment est sorti de son puits, à l'aide du pont roulant, on procède à la pesée qui nous permet de savoir combien on a coulé de pâte de propergol," explique Luciano Gamba. Quelques chiffres Coulée L'enveloppe du segment est installée dans le puits de coulée. On pose ensuite ce qu'il est convenu d'appeler le "noyau", un cylindre de métal légèrement conique, qui donnera sa forme au propergol. Cette forme conique est nécessaire pour pouvoir ensuite le retirer plus aisément, compte tenu du frottement 1 coulée = 10 pots de 1800 gallons (1 gallon = 3,785 litres) contenance d'1 malaxeur = 1800 gallons Segment S1 = 24 tonnes de propergol Segment S2 = 107 tonnes Segment S3 = 106 tonnes Température de cuisson du propergol = voisine de 50 C Durée de combustion d'un EAP = 135 secondes L'UPG c'est 1/5 des investissements sol d'ariane 5 en Guyane 41 bâtiments sur 300 hectares 18 km de voiries dont 3 km de voiries lourdes 150 segments réalisés au 1 er octobre 2005 soit environ tonnes de propergol fabriqué. 1 coulée = 70 personnes en 3x8 pendant 2 semaines LATITUDE 5 / N 71 / JANVIER 2006 / 19

3 Contrôles En parallèle aux opérations de malaxage et de coulée, 80 kg de pâte sont prélevés dans chaque cuve de malaxage. Ces prélèvements donnent alors lieu à divers contrôles : - contrôles chimiques en laboratoires, - tirs au banc de blocs appelés "Baria" (sortes de mini segments chargés de 7 kg de propergol) - contrôles spécifiques d'éprouvettes pour la tenue mécanique du propergol et les collages. Les segments, une fois pesés, subissent ensuite des contrôles non-destructifs. "Chaque segment est passé aux rayons X pour le contrôle de la masse du segment et des collages" précise Jean- Emmanuel Quèbre. "Nous cherchons, lors de ces contrôles, une éventuelle discontinuité dans le propergol car la vitesse de combustion dépend de cette continuité." Lorsque l'ensemble des contrôles est effectué, les segments sont stockés dans une zone prévue à cet effet et livrés, au coup par coup à Europropulsion. En parallèle à cette production, Regulus reçoit également le segment S1 fabriqué à Colleferro, près de Rome, ainsi que l'allumeur. Ces éléments subissent alors des contrôles aux rayons X pour vérifier que rien n'a été altéré pendant le transport, puis ils rejoignent la zone de stockage. Retournement du segment S3 à l aide du basculeur Au total, une campagne de coulée mobilise près de 70 personnes en 3 X 8 pendant 2 semaines. Intégration, assemblage et livraison Europropulsion, filiale de la société italienne Avio et de la société française Snecma (Groupe Safran), prend le relais de Regulus pour la production du Moteur à Propergol Solide (MPS) puis du Moteur Pressurisé Equipé (MPE). "Le cycle Europropulsion concerne en fait l'assemblage des différents éléments constitutifs de l'étage" résume Salvatore Spinosa, directeur de l'établissement Europropulsion en Guyane. "L'ensemble des activités d'intégration et d'assemblage se déroule dans le Bâtiment d'intégration Propulseur (BIP) qui est divisé en plusieurs cellules distinctes : deux cellules de préparation segment, deux cellules d'intégration, une cellule de basculement et une cellule de préparation des composants pyrotechniques. Le couplage des cellules de préparation et d'intégration nous permet d'assembler deux étages en parallèle." Les segments et l'allumeur sont livrés par Regulus, tandis que la tuyère est envoyée directement, par bateau, à Europropulsion depuis l'établissement Snecma Propulsion Solide du Haillan (près de Bordeaux). Dès lors, le processus d'intégration commence avec le segment S3 qui constitue la partie basse de l'étage. "Il arrive en position antivol, c'est à dire la tête en bas" explique Salvatore Spinosa. "On intègre alors la tuyère, qui est assemblée par une liaison vissée sur le fond du segment. On procède à son retournement à l'aide d'un appareil spécifique, le basculeur." Il s'agit ensuite de procéder aux activités de préparation du segment. Elles consistent, dans un premier temps, à coller les gouttières pour le cheminement des câbles et cordeaux pyrotechniques. "C'est une opération assez délicate pour laquelle nous utilisons un outillage de collage spécial avec une colle bi-composant. Il faut effectuer ces collages dans un temps imparti en raison de la polymérisation rapide de la colle, tout en respectant les contraintes géométriques." Les techniciens d'europropulsion doivent ensuite procéder à la pose de la protection thermique externe, qui est également collée, à la mise en place des mesures opérationnelles et à l'intégration du dispositif d'accrochage structure (DAS) qui permet d'accrocher l'étage au lanceur. "Une fois le Segment 3 préparé et transféré en zone d'attente, on prépare en parallèle les segments S2 et S1 dans leur cellule respective" poursuit Salvatore Spinosa. "Tout comme le S3, le S2 nécessite d'être retourné en sens vol dès son arrivée et avant d'engager les activités de préparation. Seul le segment S1 est livré en sens vol. On débute alors la préparation des segments S1 et S2 par le collage des lignes gouttières en enchaînant par la mise en place des mesures opérationnelles." 20 / LATITUDE 5 / N 71 / JANVIER 2006

4 S1, segment étoilé Une fois transférée au BIP, la jupe avant (JAV) est équipée de fusées d éloignement Contrairement aux deux autres segments constitutifs du MPS, dont le noyau est conique, le segment S1 a un noyau en étoile. Cette forme particulière est liée à la vitesse de combustion plus importante requise pour ce segment qui va permettre d'allumer les deux autres segments. En effet, sachant que le propergol brûle par couches parallèles, l'évolution de la pression interne suit la forme de la surface de combustion. Intégration de l'allumeur L'allumeur qui permettra de "mettre le feu aux poudres" selon l'expression consacrée, constitue en lui-même un petit propulseur. C'est un appareil de plus de 300 kg pour un mètre de hauteur (ou de longueur selon l'angle sous lequel on le considère). Il est constitué de trois éléments, ou trois charges pyrotechniques, qui s'allument en chaîne jusqu'à l'éjection de gaz de la charge principale sur le segment S1 qui va allumer lui-même les deux autres segments. "L'intégration de l'allumeur est également une opération très délicate à traiter" précise le directeur d'europropulsion. "Au-delà des aspects pyrotechniques spécifiques de cet élément, il est fondamental de l'intégrer avec un centrage parfait dans le SI, ce qui nécessite là encore un outillage spécifique." L intégration de l allumeur nécessite un centrage parfait dans le segment S1 Assemblage Une fois la préparation des trois segments achevée, on achemine le segment S3 en cellule d'intégration avec un transporteur à coussin d'air 200 T et on le pose sur la palette de table qui sera elle-même positionnée sur la table de lancement. On assure alors la jonction du segment S2 sur le segment S3 à l'aide d'une interface mécanique, appelée liaison inter segment, et on procède de la même façon pour poser le segment S1 sur le S2. "Les interfaces mécaniques de jonction des segments sont les choses les plus délicates et précises à traiter" assure Salvatore Spinosa. "Elles doivent être contrôlées au préalable pour s'assurer qu'elles ne présentent aucun défaut de fabrication. Ensuite, c'est un peu comme un puzzle ou un légo, mais en nettement plus complexe." Lorsque les trois segments sont assemblés l'un sur l'autre, nous obtenons ce qu'il est convenu d'appeler un Moteur à Propulsion Solide (MPS). Dès lors, commence le cycle de fabrication du Moteur à Propergol Equipé (MPE). LATITUDE 5 / N 71 / JANVIER 2006 / 21

5 Regulus Filiale commune des sociétés Avio (ex Fiat Avio, société italienne) et du groupe SNPE (société française), Regulus, société de droit français, exploite l'usine de Propergol de Guyane (UPG) depuis sa création, fin Cette usine a été conçue pour réaliser le chargement en propergol des segments centraux S2 et arrière S3 des moteurs à propergol solide d'ariane 5. A partir de 2006, l'entreprise assurera également le chargement en propergol du 1er étage du lanceur Vega, le P80. Aujourd'hui, l'entreprise emploie près de 80 salariés, dont une trentaine de ressortissants italiens. N.B : Le saviez-vous? Regulus en latin signifie "petit roi". C'est une étoile à hélium dont la température superficielle atteint K. Son diamètre vaut 4 fois celui du Soleil dont elle est distante de 85 années-lumière. Regulus appartient à la constellation du Lion. Equipement Le cycle de fabrication des MPE, était jusqu'à présent assuré par la société EADS-ST, en partie au Bâtiment de Préparation Etage (BPE) et en partie au Bâtiment d'intégration Propulseur. Depuis le dernier trimestre 2005, l'ensemble de l'activité intégration étage a été transféré à Europropulsion (Cf. texte "Rencontre" page 24). Dans un premier temps, il s'agit de préparer la Jupe Avant (JAV) c'est à dire la partie haute de l'étage d'accélération à poudre, ainsi que la Jupe Arrière (JAR), partie basse de l'eap. Cette préparation, qui se déroule au BPE, consiste, pour l'essentiel, à intégrer des équipements électroniques dans les jupes. Cette activité est encore, pour l'instant, de responsabilité EADS. Une fois transférées au BIP, ces jupes sont alors équipées des fusées d'éloignement qui permettront à l'étage de se détacher du corps du lanceur en fin de combustion. On intègre également, sur la Jupe arrière, le Groupe d'activation tuyère (GAT) qui va servir, comme son nom l'indique, à manœuvrer la tuyère de l'étage. A noter que la préparation et l'intégration de la JAR sont exécutées avant même l'assemblage des segments, car il n'est pas possible de poser le segment S3 sur sa palette sans la Jupe arrière. La Jupe avant, quant à elle, se voit équipée du DIAS (DIspositif ASsouplisseur), un système à base d'élastomère conçu pour introduire une souplesse localisée entre l'etage principal cryogénique (EPC) et la ferrure mobile du dispositif d'accrochage Europropulsion Filiale commune des sociétés Avio (société italienne) et Snecma, (société française du groupe Safran), Europropulsion est une société anonyme de droit français dont le siège social est implanté à Suresnes. Créée en 1992 pour assurer la maîtrise d'œuvre du développement des moteurs à propergol solide d'ariane 5, la société comptait, à l'origine, une vingtaine de salariés en Guyane. Aujourd'hui, Europropulsion emploie près de cinquante personnes, dont une vingtaine de ressortissants italiens. Contrairement aux deux autres segments, le S1 a un noyau en étoile. avant (DAV). Pour certains lancements où il est prévu de récupérer les EAP en mer à des fins d'analyse, la jupe avant est également équipée d'un système de récupération avec parachutes. Là encore, cette activité reste actuellement sous la responsabilité d'eads. Lorsque les deux jupes sont intégrées au MPS, les techniciens doivent ensuite intégrer les équipements électriques (pose des câbles) et les dispositifs pyrotechniques (pose des cordeaux destructeurs) le long du lanceur. Enfin, c'est la phase de finition, qui se termine par la pose des logos sur le Moteur à Propergol Equipé. "Le passage d'un Moteur à Propergol Equipé (MPE) à un Etage d'accélération à Poudre (EAP) se traduit par divers essais de fonctionnements qui restent, pour l'instant à la charge d'eads-st" conclut Salvatore Spinosa. EADS-ST Filiale à 100% du groupe EADS, la société EADS-ST est l'architecte industriel des lanceurs Ariane. Elle est, à ce titre, responsable de l'ingénierie système des lanceurs (études et essais) et de la gestion technique des programmes et des interfaces. Pour chaque lancement, EADS-ST réalise les analyses de missions, fournit les programmes de vol et effectue les analyse des données après lancement. En tant que maître d'œuvre d'étage et fournisseur industriel, EADS-ST réalise le composite inférieur du lanceur Ariane 5 (étage principal cryotechnique et étages d'accélération à poudre) et fournit les adaptateurs de charges utiles ainsi que de nombreux sous-ensembles. En Guyane, EADST-ST exploite les bâtiments de préparation et de stockage des étages à propergol solide (BPE, BSE et BSP) et réalise l'intégration du lanceur complet au BIL. Elle emploie, pour réaliser ces prestations, une quarantaine de salariés. 22 / LATITUDE 5 / N 71 / JANVIER 2006