Sommaire
- 1 Introduction
- 2 Étape 1 - Réunir le matériel
- 3 Étape 2 - Assembler les différents éléments
- 4 Étape 3 - Décoration et personnalisation
- 5 Étape 4 - Essai de lancement
- 6 Étape 5 - Améliorations, critères et mesure
- 7 Étape 6 - Déclinaisons et augmentations
- 8 Comment ça marche ?
- 9 Éléments pédagogiques
- 10 Commentaires
Introduction
Comment faire décoller une bouteille comme une fusée ?
Ce type de fusée utilise l'eau comme masse de réaction. L'eau est expulsée par de l'air comprimé. Comme tous les moteurs de fusée, elle fonctionne selon la troisième loi du mouvement de Newton, le principe d'action-réaction.
Cet article présente la fabrication de fusées à eau, ou roquettes hydropneumatiques, à l'aide de plusieurs bouteilles de boisson gazeuse en plastique.
- Matériel et outils
Étape 1 - Réunir le matériel
Pour fabriquer une fusée, il va vous falloir :
- Des bouteilles. Le réservoir qui contiendra de l’eau et sera mis sous pression doit être réalisée avec une bouteille qui résiste à la pression. L’ogive, le haut de la fusée, peut être réalisée à l’aide de n’importe quelle bouteille ou autre élément.
Les bouteilles de boisson gazeuse commencent à se déformer vers 8 bars, ce qui pourrait provoquer la séparation des différents éléments. Elles peuvent exploser à partir de 12 bars ou moins si elles sont usées, cabossées ou ont étés gonflées plusieurs fois.
- Des morceaux de matière fine, légère et rigide pouvant être découpés facilement pour réaliser les ailerons, ou empennage. Cela peut être du carton (emballage, pochette...), des feuilles de plastiques (morceau de bouteille, pochette, PLV de magasin…)
- Du scotch ou de la colle afin d’assembler les différents éléments (réservoir, ogive, ailerons)
- Des marqueurs, de la peinture, des autocollants (pourquoi pas découpés à l’aide d’une découpe vinyle ou aux ciseaux dans les chutes générées par l’utilisation de cette machine) pour personnaliser, décorer la fusée.
Étape 2 - Assembler les différents éléments
L’ogive, réalisée avec une bouteille ou autre, doit s’adapter, s’en-boiter, facilement sur le fin de la bouteille servant de réservoir. Si vous ne voulez pas utiliser de cutter, qui nécessite un apprentissage et quelques précautions, il est possible de couper des bouteilles à l’aide de ciseaux.
L’ogive est fixée sur le fond de la bouteille à l’aide de scotch. De la colle peut être utilisée, mais il faudra prévoir un temps de séchage. La colle à chaud, le fameux pistocolle, risque de faire fondre et de percer ou de fragiliser la bouteille.
Les ailerons découpés à la forme que vous voulez seront également fixés à l’aide de scotch, ou de colle.
Les matériaux choisis, leur forme et mode d’assemblage ne doivent pas être source de blessures (pas de bords coupants, d’angle pointus...)
Étape 3 - Décoration et personnalisation
Laissez libre court à la créativité !
En farfouillant sur Internet vous trouverez de multiples exemples de fusées décorées et/ou imitant des modèles réels ou de fiction. Cela nécessite parfois l’ajout de volume et d’extensions.
L’esthétique peut comme la hauteur être un critère d’appréciation des fusées réalisées.
Étape 4 - Essai de lancement
Pour lancer vos fusées vous aurez besoin d’une base de lancement. Cette base peut être très simple, un bouchon en liège et une pompe à vélo, ou très sophistiquée.
Vous trouverez des informations et des modèles à ce propos sur cette page : https://www.wikidebrouillard.org/wiki/Fabriquer_une_base_de_lancement_pour_des_fus%C3%A9es_%C3%A0_eau
Le premier essai peut être réalisé en remplissant 1/3 du réservoir de la fusée avec de l'eau.
Une pression de 5 bars peut être testée.
Les consignes de sécurité sont présentées dans le document joint.
Étape 5 - Améliorations, critères et mesure
Ce premier lancement réalisé donne envie de recommencer et pourquoi pas d’améliorer la fusée ou d’en construire d’autres. Il est possible de débuter les lancements avec simplement une bouteille sans ogive et ailerons.
Que peut-on modifier ?
- Les bouteilles utilisées (petites, grandes, formes)
- Les ailerons (formes, tailles, nombres, emplacements) pour améliorer la stabilité
- L’ogive (avec ou sans ? Ronde, pointue, avec du lest…) pour améliorer l’aérodynamique et la stabilité
- La quantité d’eau pour augmenter ou diminuer la masse d’appui et/ou le volume d’air comprimé.
- La pression. En restant sous les 8 bars par mesure de sécurité.
Vous trouverez dans les liens suivants des informations et explications sur ces éléments.
Quels sont les critères d’appréciations ?
- Esthétique
- Matériaux (réemploi, frugalité, poids…)
- Hauteur
- Distance
- Trajectoire
- ...
Comment mesurer ces paramètres ?
Une balance, un mètre, un contenant gradué… plusieurs instruments de mesures communs peuvent être utile. D’autres comme l’inclinomètre, ou clinomètre pourront être fabriqués pour mesurer la hauteur ou un applaudimètre pour mesurer l’appréciation esthétique.
Étape 6 - Déclinaisons et augmentations
Pour éviter que les fusées viennent s’écraser, s’abîmer en touchant le sol, il est possible de réaliser différents systèmes de récupération : parachute, ailes fixe ou déployables.
Des fusées à plusieurs réservoirs, à plusieurs étages sont présentées sur les sites indiqués ci-après.
Un capteur électronique peut aussi être embarqué, pour réaliser des mesures en vol. Des leds peuvent être insérées pour l’esthétique et le suivi de la trajectoire, ou encore une caméra pour réaliser des prises de vues aériennes.
Ce principe de véhicule à action réaction peut également être décliné sous forme de planeur, de voiture, de bateau.
Voici quelques sites sources d’explications et d’inspirations :
Comment ça marche ?
Observations : que voit-on ?
La fusée décolle ! Un jet d'eau s'échappe de la fusée, qui est propulsée dans les airs à plusieurs dizaines de mètres d'altitude.
Mise en garde : qu'est-ce qui pourrait faire rater l'expérience ?
- Une fuite au niveau du bouchon
- Un basculement de la base de lancement
- Des consignes de sécurité non respectées
Explications
Lorsque l'on actionne la pompe, on envoie de l'air dans la bouteille. L'air envoyé dans la bouteille exerce une pression de plus en plus importante sur les parois de la bouteille mais également sur l'eau qu'elle contient.
Lorsque que le bouchon fermant la bouteille est déverrouillé,l'eau est éjectée. Ceci entraîne le décollage de la fusée.
Énoncé de la troisième loi de Newton :
«Tout corps A exerçant une force sur un corps B subit une force d'intensité égale, de même direction mais de sens opposé, exercée par le corps B».
Ici le mouvement exercé par l'eau qui s'échappe violemment de la bouteille vers le bas provoque un mouvement de la bouteille dans le sens opposé, et donc vers le haut.
Plus d'explications
Le principe physique utilisé dans la fusée à eau est le même que celui des vraies fusées telles que la fusée Ariane, c’est-à-dire la troisième loi de Newton, à savoir le principe de l’action/réaction.
Le principe de l’action et de la réaction en vidéo, CEA : https://culturesciencesphysique.ens-lyon.fr/actualites/veille-scientifique/le-principe-de-l2019action-et-de-la-reaction-en-video
Qu'est-ce que le principe d'action / réaction ?, http://www.lumni.fr/video/decollage-d-une-fusee-principe-d-action-et-reaction
Applications : dans la vie de tous les jours
Les principes de propulsion par réaction peuvent être appliqués à d'autres dispositifs, comme des systèmes de nettoyage à haute pression ou des jouets motorisés.
Les jets skis et flyboard utilisent un hydrojet qui expulse de l’eau à haute vitesse pour avancer.
Vous aimerez aussi
Quelques expériences et fabrications :
Voiture ballon https://www.wikidebrouillard.org/wiki/Voiture_propuls%C3%A9e_par_un_ballon
Aéroglisseur https://www.wikidebrouillard.org/wiki/A%C3%A9roglisseur
Ballon à réaction sur un fil https://phymain.unisciel.fr/un-ballon-a-reaction/index.html
Comprimer de l’air et de l’eau : https://phymain.unisciel.fr/compressibilites-comparees-de-lair-et-de-leau/index.html
La propulsion par réaction: https://phymain.unisciel.fr/la-fusee-a-air/index.html
Visualisation de l’air : https://medias.debrouillonet.org/w/7zCjRZAWjNoEhYPcyoKBJq
Pourquoi les fusées sont-elles pointues : https://www.wikidebrouillard.org/wiki/Pourquoi_les_fus%C3%A9es_sont-elles_pointues
D'autres fusées :
Une fusée à air comprimé, pression faible: https://www.wikidebrouillard.org/wiki/Fus%C3%A9e_%C3%A0_air
Une fusée avec du bicarbonate et du vinaigre: https://www.wikidebrouillard.org/wiki/Fus%C3%A9e_Bicarbonate-Vinaigre
Une base et des fusées à air comprimé, pression élevée : à venir
Éléments pédagogiques
Objectifs pédagogiques
- Utiliser des outils
- Choisir son matériel (réemploi, achat, débrouillardise)
- Fabriquer un objet technique
- Réaliser et lancer des engins
- Mener une démarche expérimentale
- Échanger et réfléchir avec les autres
- S’organiser en groupe
- ...
Pistes pour animer l'expérience
Voici une présentation de ce à quoi cela peut ressembler: le « Water Rocket Workshop » https://www.niklasroy.com/workshop/205/RocketScience
Sources et ressources
https://fr.wikipedia.org/wiki/Fus%C3%A9e_%C3%A0_eau
https://rocketsetc.com/altimeter-comparison/
Dernière modification 3/06/2025 par user:Le Moigne.
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