Vingt-trois mai 1980. Moins de deux minutes après son décollage, un incendie se déclare dans le moteur d’Ariane 1. Disloquée, la fusée s’abîme en mer. Le suspect est identifié seulement après quelques mois, ce sont les « instabilités de combustion », comme les appellent les spécialistes : dans la chambre de combustion, les flammes, normalement stables, se sont emballées. La température est montée, faisant littéralement fondre les parois. Depuis, l’avarie ne s’est jamais reproduite pour le lanceur européen, mais seulement au prix de tests coûteux.
Mais les choses pourraient bientôt changer. Une équipe du Laboratoire d’Énergétique moléculaire et macroscopique, combustion (EM2C)¹ vient en effet de réaliser une grande percée dans le domaine. « Nous avons réussi pour la première fois à prévoir le phénomène, même si cela concerne pour le moment des cas simples. Je n’en aurais pas rêvé il y a un an encore », confie Sébastien Candel, chercheur à l’EM₂C. À l’origine de la découverte, l’étude minutieuse (avec caméras, lasers et microphones) de la dynamique de flammes produites par un montage expérimental très simple, un brûleur à gaz dont on peut régler la longueur du tube d’alimentation. « Un son, même petit, dans la chambre de combustion, peut faire naître une instabilité, explique le physicien. Excitée par la perturbation, la flamme renvoie à son tour du son. L’acoustique de la chambre lui répond à nouveau et ainsi de suite : la flamme se met alors à osciller, elle émet plus de chaleur et un bruit intense. » Après un long travail d’analyse de leurs données, les chercheurs sont parvenus à déterminer pour quelles fréquences et quelles intensités de sons les dangereuses perturbations se déclenchent.
Munis d’un tel résultat, ils ont pu mettre au point plusieurs méthodes inédites pour empêcher le phénomène d’apparaître. Ouvrant ainsi la voie à de nombreuses applications. « Pour répondre à des normes de plus en plus sévères, il faudra bientôt mélanger l’air au combustible avant de brûler le tout. Ce type de combustion est nettement moins polluant mais aussi plus instable. Notre travail arrive donc à point nommé », se félicite le chercheur. Car aujourd’hui encore, prévoir les instabilités pendant la conception de nouveaux moteurs reste un art très difficile. Et d’ailleurs, les fusées ne sont pas les seules à être touchées par le problème. Turbines des centrales à gaz, chaudières domestiques ou autres panneaux radiants industriels sont ses autres victimes.

Pierre Mira