Pourquoi les fusées attirent la foudre quand elles décollent

La fusée Soyouz frappée par la foudre le 27 mai 2019. © Roscosmos
À presque 50 ans d’écart, deux fusées ont été frappées par la foudre au décollage. Cette mésaventure, survenue le 27 mai 2019 à une Soyouz russe, s’est terminée sans conséquence. Tout comme Apollo 12, le 14 novembre 1969. Pourtant, cela n’est pas sans danger.

L’événement survenu le 27 mai 2019 sur le cosmodrome de Plessetsk, en Russie, n’est pas commun. À 8 h 23 (heure française), quelques secondes après qu’elle a pris un peu de hauteur dans un ciel nuageux et sous la pluie, la fusée Soyouz 2.1b emportant un satellite Glonass a été frappée par un éclair. La scène saisie en vidéo est impressionnante : on voit le lanceur traversé de haut en bas par un éclair blanc. Et on le voit aussi continuer son ascension, comme si de rien n’était. De fait, il mènera sa mission à bien en déposant son satellite sur l’orbite prévue.

Vidéo du décollage de la fusée Soyouz, le 27 mai 2019. © Roscosmos

Cet épisode en rappelle un autre, similaire mais bien plus ancien. Le 14 novembre 1969 en toute fin de matinée, il pleut sur la Floride. Au centre spatial Kennedy, une fusée Saturne 5 s’élance vers la Lune, avec à son bord l’équipage d’Apollo 12. Soudain, 36 secondes après avoir quitté l’aire de lancement 39A, l’engin est frappé par un éclair. À bord, Pete Conrad, Richard Gordon et Alan Bean sont plongés dans le noir en même temps qu’ils voient toutes les alarmes de leur tableau de bord se mettre au rouge. Pete Conrad a bien vu une lumière blanche par le hublot mais à cet instant personne ne sait ce qui s’est passé. Suivent quelques minutes de flottement avant que le centre de contrôle trouve une solution pour rétablir la situation. 

En fait, l’enquête montrera que c’est la fusée qui a elle-même engendré son propre foudroiement par l’éjection de ses gaz chauds ionisés (ayant une charge électrique), et par la friction avec les gouttes de pluie qui a modifié la répartition des champs électriques dans des nuages qui présentaient a priori peu de chances de produire des éclairs. Tout comme le Soyouz du 27 mai 2019, Apollo 12 parvint à gagner l’orbite sans autre incident.

Le 14 novembre 1969, la foudre atteint Apollo 12 seulement 36 secondes après son décollage. Elle frappe aussi le pas de tir que la fusée venait de quitter, comme en témoigne cette photo signée par l’astronaute Alan Bean. © Nasa

Est-ce à dire que la foudre n’est pas un problème pour les fusées au décollage ? Pas vraiment. Le 26 mars 1987, une Atlas-Centaure décolle de Floride dans les mêmes conditions météo, avec à son bord un satellite de communications militaire. Quarante-neuf secondes après avoir quitté le pas de tir, la foudre frappe la fusée. Mais cette fois, les choses ne se déroulent pas aussi bien. La surcharge électrique produit une erreur dans la mémoire informatique. L’ordinateur de bord envoie une commande erronée d’orientation de la tuyère du moteur, ce qui provoque l’inclinaison puis la destruction de la fusée.

Le danger existe aussi les jours précédant le décollage

Cet exemple fait-il pencher les deux événements sans conséquence d’Apollo 12 et du Soyouz du côté de lancements chanceux ? Pas forcément. Comme l’explique Christophe Bonnal, de la direction des lanceurs du Cnes, cela dépend de la fusée. Ainsi, Ariane 5, en plus de ses étages à carburants liquides, est flanquée de deux énormes propulseurs à poudre (les EAP, pour étages d’accélération à poudre). Là, le risque court surtout sur les jours qui précèdent le vol, notamment pendant le transfert de la fusée sur son aire de lancement. Car si le reste de la fusée est vide de son carburant, ces propulseurs sont eux bien chargés avec leur poudre solide. « Notre crainte majeure sur Ariane 5 est liée à la présence de 500 tonnes de poudre dans les EAP. Si on les allume, on rase la base de lancement, peut-être même la ville de Kourou ! Donc c’est un événement d’une gravité telle que nous ne pouvons lui laisser aucune chance d’occurrence. »

Autour de l’aire de lancement d’Ariane 5, quatre pylônes de 100 m de haut protègent la fusée de la foudre pendant tout le temps où elle stationne avant un décollage. © CNES

En conséquence, les abords du Centre spatial guyanais, d’où décollent Ariane 5, Soyouz et Vega, disposent de moulins à champ (des instruments qui mesurent les champs d’électricité statique) destinés à localiser les cellules orageuses à risque. Et les mesures pour écarter tout scénario catastrophe sur Ariane 5 sont très strictes, selon Christophe Bonnal : « Nous avons trois critères : les risques d’orage à proximité de la base de lancement, la présence de nuages convectifs dans une gamme d’altitude donnée, et la présence de cumulonimbus alentour. Clairement, on ne lance pas s’il y a un risque de foudre, et mieux, on ne transfère même pas le lanceur dans un tel cas (l’opération prend environ 6 heures). »

Pylônes antifoudre sur le pas de tir

Une fois sur son aire de décollage et prête au départ, la fusée est protégée par quatre pylônes anti-foudre de 100 m de haut. En phase de décollage, quel que soit le type de fusée (à poudre ou non), le risque lié à la foudre est moindre. « Il est peu crédible qu’elle mène à l’explosion des réservoirs, détaille Christophe Bonnal. La charge électrique s’écoule le long des parois métalliques des réservoirs. Pas à l’intérieur. De toute façon, il faudrait un mélange préalable des deux ergols pour risquer une explosion. Et en général, les lanceurs sont recouverts d’une fine couche de peinture électrostatique qui garantit que les charges s’écoulent bien le long de l’engin. C’est pour cela qu’il est normal de voir la foudre s’écouler vers le bas (ou vers le haut) suivant la direction du lanceur, qui agit comme paratonnerre. »

En août 1983, la foudre touche le pas de tir de la navette Challenger, heureusement sans conséquence sur ses énormes boosters à poudre. © Nasa

Mais le danger n’est pas nul, comme le rappelle la destruction de la fusée Atlas-Centaure en 1987. Christophe Bonnal précise : « L’événement redouté concerne les équipements électriques et pyrotechniques. Sur Ariane, on a démontré que notre pyrotechnie était insensible aux niveaux vus en cas de coup de foudre ; ça ne peut pas l’allumer. En revanche, toute notre électronique peut tomber en rade, ou plutôt faire n’importe quoi, si la charge est mal placée. » C’est pour cela que des parades ont été mises en place. « En général, tous nos équipements sensibles sont redondants, poursuit Christophe Bonnal. Par exemple, si l’ordinateur de bord OBC 1 devait être foudroyé, l’OBC 2 continuerait la mission nominalement et redémarrerait même l’OBC 1. On peut perdre tout ou partie du GNC [NDLR : contrôle du guidage et de la navigation], mais le reboot est très rapide, quelques dixièmes de secondes. Dans ce laps de temps, on ne risque pas de perdre un lanceur. » Le 27 mai 2019, le Soyouz a visiblement surmonté cette épreuve.

 

Article paru dans le Ciel & espace 566, août-septembre

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