Propulseurs au zinc-soufre

[riritota]

Bonjour à tous,

Je viens de lire un article sur les propulseurs utilisés dans les fusées amateur. Il est fait état notamment dune utilisation d'un mélange de zinc et de soufre.
C'est assez étonnant, car la combustion très vive de ce mélange ne produit en théorie aucun gaz... Or habituellement c'est l'éjection de gaz à haute vitesse qui assure la poussée d'un engin.
Peut on considérer que dans le cas du mélange zinc-soufre, c'est le sulfure de zinc produit qui contribue à la réaction ?

Merci.
Cordialement.

[darrigan]

Bonjour,

Bonne remarque ! Je ne vois pas comment le sulfure de zinc pourrait contribuer à la poussée de la fusée... il doit y avoir autre chose...

[cycy]

Bonjour,

Je ne connais absolument pas la réaction mais au vu de son enthalpie de réaction elle est vraiment très très exothermique.

Il est très peu probable que la réaction soit quantitative en ce sens où la température augmente très vite et le soufre a une température d’ébullition de seulement 445°C. Il est donc probable qu'une bonne partie se vaporise. Vu la température et la configuration du "réacteur", une partie de ce soufre gazeux va réagir avec ton zinc suivant la réaction que tu as mentionné mais une autre va très très probablement réagir avec le dioxygène de l'air pour donner SO2 et SO3 (dans des proportions qu'on ne peut pas connaitre facilement d'ailleurs vu les conditions expérimentales). C'est alors une simple combustion du soufre dans l'air qui elle génère pléthore de gaz qui si l'air est humide vont former un brouillard bien acide.

Mais de fait tu as probablement bien génération de gaz brûlants éjectés à haute vitesse qui permettent à la fusée de monter.

Il y a une différence entre la théorie parfaite (conditions expérimentales parfaitement contrôlées) et la réalité : je pense donc qu'on peut approximer que c'est une partie du processus qui permet à ton engin de subir une poussée verticale.

Je reprécise que je ne sais vraiment pas ce qui se passe en réalité : il faudrait faire la manip pour être sûr, mais l'hypothèse me parait assez probante.

Cdlt,

CB

PS : quand la poussée est générée par N2 ou O2 c'est quand même plus cool/safe ^^

[riritota]

Merci pour vos remarques.

Lors de la réaction zinc-soufre, il peut y avoir formation d'oxydes de soufre (SO2, SO3) et d'oxyde de zinc, mais à condition qu'elle se fasse à l'air libre.
Par contre dans une fusée, où tout l'espace réservé à la combustion est occupé par le produit de propulsion (si l'on excepte la présence du canal central), il est plus probable que la réaction produise du sulfure de zinc qui se volatilise à cause de la forte température. Ce seraient donc des vapeurs de ce composé, éjectés à grande vitesse qui assureraient la propulsion...

Une de mes connaissances qui faisait partie d'un groupe de lanceurs de fusées dans les années 60, m'avait affirmé qu'ils utilisaient du mélange zinc-soufre. J'avais cru qu'il racontait n'importe quoi... Hé bien non... Et grace à internet, j'ai enfin découvert la vérité !

Il faut cependant admettre que cette solution n'est pas la meilleure, car la réaction qui est très rapide, produit des taux d'accélération trop importants.

Cordialement.

PS: une petite question aux spécialistes : peut on considérer que la relation 1mole/22 4 litres est valable pour du sulfure de zinc volatilisé ?

[Maurice]

Le sulfure de zinc sublime à 1185°C. Est-ce que cette sublimation suffit à expliquer la poussée considérable que permet cette réaction ? Là est la question.

[cycy]

Hello,

Pour répondre à ta question : absolument pas : une mole de gaz représente un volume d'environ 22.4L/mol à 0°C (dans les CNTP plus précisément).
La loi des gaz parfaits de plus ne s'appliquerait pas à ton sulfure de zinc sublimé, l'erreur commise serait très importante.

Pour finir je disais que le soufre sublimé (donc qui s'échappe de la tuyère) pouvait réagir selon une réaction de combustion avec l'oxygène qu'il rencontre. Rien d'impossible à cela... Comme dit on ne peut faire que des hypothèses

CB

[ecolami]

Bonjour,
sur http://users.skynet.be/bk263249/fr/moteurs/zns/zns.html on trouve des informations , en particulier sur un moteur dont la charge de 1600g de mélange 3part de Zinc pour une de soufren brule en 1/3 de seconde. ce qui s'apparente plus a une explosion qu'autre chose me semble-t-il.

Les performances résumées du SIVRY-X sont dans sa meilleure configuration :

Proportion en masse de Zn – S : 3 – 1
Etat (poudre – fondu) : Fondu
Masse de propergol (kg) : 1.6
Densité (g/cm3) : 4.2
Impulsion totale (N.s): 101.5
Impulsion spécifique (s) : 63.4
Temps de combustion (s) : 0.33
Poussée maximum (N) : 3830

[cycy]

Là on est plus sur de la petite fusée amateur cela dit ^^

[riritota]

Bonjour,

Il est vrai que la réaction est très vive et sans doute peu efficace. Une impulsion spécifique de l'ordre de 60s c'est très bas, et loin de ce que l'on peut obtenir avec des mélanges à base de perchlorate d'ammonium par exemple...
Est ce que le sulfure de zinc porté à haute température peut se décomposer à la sortie de la tuyère, en oxydes de soufre et oxyde de zinc lorsqu'il entre en contact avec l'oxygène de l'air, comme l'indique cycy ? C'est fort possible. Est que la réaction induit une poussée supplémentaire à la fusée ? Comme lors de l'injection de kérosène dans les réacteurs lors des phases de post-combustion ? Là c'est moins sûr, car l'injection de kérosène se fait elle DANS le réacteur...
Dans mes cours de physique de terminale, on avait abordé la notion de quantité de mouvement. Une masse multipliée par une vitesse. Cette notion est primordiale si l'on veut comprendre le fonctionnement des fusées. La masse de gaz expulsés à haute vitesse détermine la poussée...
A la réflexion, c'est peut être ce qui se passe... Une volatilisation du ZnS, une dilatation des gaz compte tenu de la haute température, et une éjection de ceux-ci... Il faudrait faire les calculs... mais là j'aurais un peu de mal...

Cordialement à tous.