1 - Les bombes V2
V2 sur sa plateforme mobile de lancement
I - Histoire
Contexte
Les bombes V2, développées dès 1938, sont des armes révolutionnaires utilisées par l'Allemagne nazie durant la Seconde Guerre mondiale (1939-1945). Ce sont les premiers missiles balistiques opérationnels de l'Histoire. Les premiers V2 sont tirés avec succès dès octobre 1942. Ils interviennent pour la première fois dans le conflit en étant tirés le 8 septembre 1944 depuis Gouvy, en Belgique, en direction de Paris. L'Allemagne nazie est alors sur la pente descendante et cherche, au moyen des "armes de représailles" ("Vergeltungswaffen" en allemand; d'où les noms de V1 et V2) à se venger des bombardement Alliés et à rameuter ses partisans, en proie au doute, autour d'un régime miracle, capable des plus grandes prouesses.
Réplique d'une fusée V2 à Peenemünde
A - Construction
a- Recherches
On peut considérer que les recherches concernant l'élaboration des fusées V2 se sont déroulées en 3 temps majeurs :
Le temps des pionniers et des rêveurs : une ère pacifique
On peut considérer l'année 1865, date de parution du roman de Jules Verne, De la Terre à la Lune comme l'année qui a fait renaître le rêve du voyage dans l'espace.
Quatre personnages clés se démarquent parmi ces rêveurs : le Russe Tsiolkovski, le Français Esnault-Pelterie, l’Américain Goddard et l’Allemand Oberth. Ces théoriciens sont les instigateurs et les fondateurs, à la fin du XIXe siècle et dans le premier quart du XXe siècle, d'une nouvelle discipline scientifique : l'astronautique, ou le voyage dans l'espace.
Le 5 août 1930 à Reinickendorf. Autour de la fusée « publicitaire » du film « Une femme dans la Lune », quelques membres de la « Société pour la navigation dans l’Espace ». À droite, Hermann Oberth, Klaus Riedel et le jeune Von Braun
Ces éminents chercheurs établissent la possibilité théorique de se déplacer dans l’espace grâce à des fusées à réaction. L'engouement en revanche pour cette nouvelle discipline varie en fonction des pays. C’est en Allemagne, au cours des quelques années de prospérité de la République de Weimar, à la fin des années vingt, que les amateurs de fusées sont les plus nombreux et les plus actifs. En s’appuyant sur les nouveaux produits et matériaux nés de la seconde Révolution industrielle (l’aluminium, l’oxygène liquide, etc.), ils tentent, dès 1930, de passer à la pratique en expérimentant de petits moteurs-fusées. Parmi ces passionnés, une figure se distingue rapidement, celle de Wernher von Braun (né en 1912), jeune étudiant très doué en mathématiques et en physique. Mais ces groupes d’amateurs, qui ne disposent ni du soutien des universités, ni de celui des grands groupes industriels, sont balayés par la crise économique.
Le temps des militaires et des nazis : une ère de transition
A partir de 1929, l’armée allemande – et en particulier l'artillerie – s’intéresse aux fusées à longue portée, susceptibles, selon eux, de contourner les interdictions du traité de Versailles qui empêche l'armée allemande de s'équiper en armes. Or, une fusée peut-elle être, à cette époque, considérée comme une arme?
À Peenemünde, visite officielle du Général Olbricht
Les militaires profitent des difficultés économiques des sociétés d’amateurs de fusées pour embaucher leurs membres les plus compétents ; Von Braun est recruté en 1932. L’arrivée au pouvoir des nazis, en 1933, entraîne le passage au secret des recherches sur les fusées. En outre, les fonds accordés au développement d’armes nouvelles, et donc des fusées, gonflent brutalement.
Le temps des recherches et des innovations militaires : une ère de guerre
En 1936, commencent les travaux, sur une île des côtes de la mer Baltique (Üsedom), d’un gigantesque centre de recherches à la pointe de la technologie: Peenemünde.
Photographie de reconnaissance de la Royal Air Force des bases de lancement-tests de Peenemünde en 1943
Deux équipes s'y installent et y commencent leurs recherches :
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La Luftwaffe (l’armée de l’Air) développe des avions à réaction et, à partir de 1942, la bombe volante Fi 103 (V1).
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La Heer (armée de Terre), sous la direction de Von Braun, qui se consacre à la mise au point d’une grande fusée stratégique, la A4 appelée plus tard par le gouvernement hitlérien "Vergeltungswaffe 2", ou V2.
Celle-ci est conçue comme une arme destinée à frapper des populations civiles, et celle de Londres en particulier. À partir de 1942, alors que le cours de la guerre est en train de s’inverser en faveur des Alliés, la fusée A4 (V2) devient, aux yeux des dirigeants nazis, une « arme miracle ». Un premier tir de prototype, parfaitement réussi, a lieu le 3 octobre à Peenemünde, et la fabrication en série est lancée, alors que l’engin est loin d’être au point et que les échecs se succèdent durant les essais. Le programme bénéficie d’énormes moyens en hommes et en capitaux. Un parallèle peut être établi avec le « programme Manhattan », qui cherche à créer une bombe atomique, entrepris aux États-Unis. La Luftwaffe développe rapidement sa bombe volante Fi 103 (V1), beaucoup plus simple et beaucoup moins coûteuse à fabriquer que la A4 (V2). Dans ce cas aussi, la production en série commence avant l’achèvement du développement…
La Royal Air Force a pris connaissance du développement d'armes secrètes à Peenemünde suite aux nombreux renseignements qui ont afflués dans ses services secrets, dès la veille de la guerre . Mais c'est grâce à la perspicacité de Reginald V. JONES et de l'un de ses officiers, Miss Constance Badington Smith , qui ont découvert un indice sur la production d'armes nouvelles sur l'une des photos (cf photo précédente, "Trailer with vertical object"), que le gouvernement britannique a pris conscience de la gravité et de l'urgence de la situation. Des renseignements arrivés de France et transmis par un français, le colonel Michel Hollard , les informe également d'importants travaux effectués par les allemands sur les côtes de la Manche, ce sont les futurs pas de tir des fusées V2. Décision est prise de bombarder Peenemünde et plus précisément la cité qui abrite les scientifiques (Siedlung), estimant qu'il faudrait plus de temps pour remplacer ces spécialistes que pour reconstruire les bâtiments du site. Les autres objectifs fixés aux bombardiers sont : l'usine de développement (Entwicklungswerk) et l'usine d'essais en série (Versuchsserienwerk). Le Bomber Command fixe la date à une nuit de pleine lune, les 17 et 18 août 1943, nom de l'opération : opération HYDRA. Malheureusement, les bombardier se trompent de cible en bombardant les camps de prisonniers, où ils font entre 600 et 732 morts, et n'endommagent que superficiellement leur objectif, ne tuant que 120 des 4000 chercheurs résidant.
Photographie aérienne de Peenemünde avant et après le bombardement
b-Production
Au printemps 1943, pour répondre à une pénurie de main-d’œuvre non qualifiée en vue de la fabrication en série de la A4 (V2), les dirigeants du programme des fusées (Von Braun, Dornberger) font appel à la SS. Un premier groupe de détenus de camps de concentration (des Allemands et des Soviétiques) arrive à Peenemünde en provenance de Buchenwald, le 17 juin. Le 11 juillet, 400 déportés – presque tous Français – sont affectés à l’usine-pilote. À la même époque, d’autres détenus sont envoyés sur divers sites liés au programme A4 (V2) : à Wiener-Neustadt (à partir de Mauthausen) et à l’usine Zeppelin de Friedrichshafen.
Reportage de propagande - par Walter Frentz, photographe officiel d'Hitler
L’attaque contre Peenemünde provoque la panique chez les dirigeants nazis, et une série de décisions importantes est prise dans les derniers jours d’août 1943.
Les fonctions, jusqu’alors regroupées, sont dispersées : les essais ont désormais lieu à Blizna, en Pologne; la production en série est établie dans une usine souterraine à aménager en Thuringe, près de Nordhausen.
En France, le grand bunker de tir prévu pour les fusées, à Éperlecques, ayant été sévèrement endommagé, un nouveau site de tir est entrepris : La Coupole, située près de Saint-Omer.
Mais le fait capital, c’est l’intervention désormais majeure de la SS dans le programme de fusées : c’est elle qui contrôlera les installations d’essais, elle qui assurera la mise en place de la production et fournira la main-d’œuvre concentrationnaire nécessaire.
Le 28 août, un premier groupe de prisonniers de Buchenwald arrive près de Nordhausen, en Thuringe, pour commencer les travaux d’aménagement de l’usine souterraine Mittelwerk. L’ensemble du chantier est placé sous le contrôle direct de la SS. La tâche de ce Kommando, baptisé « Dora », consiste à transformer un stockage souterrain en usine moderne pour la production des fusées à la chaîne.
Pendant six mois, les tunnels de Dora sont un enfer : dans la pagaille et la violence, les détenus doivent achever le percement des galeries et transporter des machines de grande dimension, avec des moyens de levage obsolètes. En outre, les prisonniers doivent dormir sous terre, dans des conditions d’hygiène épouvantables. De 6000 en novembre 1943, l’effectif des détenus employés au « Tunnel » bondit à 12 000 en janvier 1944, quand l’usine commence à produire. La mortalité est considérable : on compte 2 882 décès en six mois (les corps sont brûlés au crématoire de Buchenwald) et 3 000 autres détenus, malades, sont expédiés à Maïdanek et Bergen-Belsen pour y être éliminés.
Prisonniers du camp de Dora - par Walter Frentz, photographe d'Hitler
Durant le printemps 1944, la SS entreprend, dans un rayon de 20 km autour de la Mittelwerk, l’aménagement de nouvelles usines souterraines, destinées à la production aéronautique, qu’il s’agit de mettre à l’abri des bombardements alliés. En octobre, Dora est officiellement détaché de Buchenwald et « élevé » au rang de « camp principal » ; seule différence : il est désormais pourvu d’un crématoire.
La condition des déportés se dégrade brutalement pendant l’hiver 1944-1945, alors qu’affluent, dans un état pitoyable, des milliers de prisonniers évacués des camps situés à l’Est (Auschwitz, Gross Rosen). Les effectifs de l’ensemble concentrationnaire formé par Dora et ses Kommandos passe de 26 000 à 40 000. La famine, les épidémies réapparaissent : la mortalité bondit à nouveau (5 321 décès de décembre 1944 à mars 1945).
La violence des SS se déchaîne contre les prisonniers politiques allemands et contre les Soviétiques (plusieurs dizaines de ceux-ci sont pendus) ; l’horreur de ces derniers mois de Dora a été admirablement rendue par les dessins du peintre-déporté français, Léon Delarbre.
Dessin clandestin de Léon Delarbre, prisonnier de Dora
Fin mars 1945, face à l'avancée des troupes Alliés, la production de l’usine souterraine s’arrête.
Le camp de Dora et ses Kommandos sont évacués dans les premiers jours d’avril, avant l’arrivée ennemie. Des milliers de détenus périssent dans différentes évacuations qui se succédent pendant des jours et des jours au cœur de l’Allemagne centrale.
Le 11 avril, les soldats de la 3e division blindée américaine découvrent Dora
L’usine souterraine et la caserne Bœlcke, située à quelques kilomètres, à Nordhausen sont de véritables mouroirs. Les images tournées dans cette caserne ont été parmi les premières à montrer au public occidental l’horreur des camps nazis.
Cadavres de déportés à la caserne Bœlcke de Nordhausen, peu après l’arrivée des Américains (avril 1945)
B - Déploiement
a- Un déploiement massif pour un résultat nul
C’est le 13 juin 1944, quelques jours seulement après le débarquement allié en Normandie, que commence l’offensive des bombes volantes contre Londres, à partir de rampes de lancement situées entre la Seine et la frontière belge.
La propagande nazie a donné à la bombe volante le nom de « V1 » (Vergeltungswaffe eins, « arme de représailles n°1 »). Des milliers de V1 sont tirés depuis la France vers Londres jusqu’au 1er septembre, faisant 6 000 morts. Les Britanniques sont cependant parvenus à briser l’offensive en combinant l’artillerie anti-aérienne et la chasse aérienne. La libération du territoire français, début septembre, fait croire aux Britanniques que tout danger est écarté. Il n’en est rien.
Après l’attentat manqué contre Hitler, l’ensemble du programme des armes nouvelles allemandes passe sous la direction de la SS. L’offensive des fusées V2 commence le 8 septembre 1944 : une première fusée frappe la banlieue de Paris, puis une seconde s’abat sur Londres. Les tirs sont réalisés par des unités mobiles installées dans les Ardennes belges et en Hollande. À partir du 12 octobre, une double offensive des V1 et V2 frappera le port belge d’Anvers, principal point d’entrée de la logistique des Alliés sur le continent. Les derniers tirs de V2 interviendront le 27 mars 1945 : 3 000 engins auront été lancés au total.
Bombe V1 au décollage
Site de lancement de V1 dans le Gers
Spitfire détournant une V1
Double tir de V2 à La Haye
V2 sur le pas de tir durant la campagne de bombardement
Néanmoins, force est de constater que les V1 et les V2 n'ont eu qu'un impact restreint, voir insignifiant sur le cours de la guerre : les V1 ont très rapidement été contrée. Quant au V2, un simple constat peut se faire : il y a eu deux fois plus de morts causés par la production des V2 que par leur utilisation sur Londres (selon le magazine "L'Histoire" n°22 publié en 1998). De plus, la production d'une fusée V2 coûtait plus chère et avait un impact stratégique bien moindre qu'un bombardement classique, que ce soit en charge explosive (moins d'une tonne pour les V2 contre une tonne par avion pour certains bombardiers allemands) ou en précision (une fusée V2 n'a qu'une précision de plusieurs kilomètres). Jamais une V2 n'a, durant la campagne contre Londres, touchée une cible d'importance militaire ou stratégique.
Une anecdote populaire de l'époque prête d'ailleurs ces paroles à Winston Churchill:
"À la place de Hitler, j'aurais fait fusiller l'ingénieur qui m'a fait construire une arme aussi coûteuse et aussi peu efficace."
b- Une arme de propagande contre les Alliés
La fusée A4 et la bombe Fi 103 n'ont qu'un seul point commun : ce sont des armes révolutionnaires. Le gouvernement nazi les voit comme des "armes miracles" ou "Wunderwaffen" capable de changer le cours de la guerre que l'Allemagne est en train de perdre. Hitler les rassemble donc dans le groupe des "armes de représailles" destinées à venger les nazis de leur défaite lors du débarquement en Normandie le 6 juin 1944 et leur donne donc le nom de "Vergeltungswaffen" afin d'en faire une propagande commune contre "l'ennemi de la patrie allemande et du peuple aryen". Le "ministère du Reich à l'éducation du peuple et à la propagande" dirigé par Joseph Goebbels emploi massivement l'image des armes miracles pour désigner ces armes révolutionnaires censées permettre le renversement de la situation militaire catastrophique du Troisième Reich à la fin de la Seconde Guerre mondiale et assurer sa victoire ultime.
Un atout particulier des armes de représailles va permettre aux nazis de prendre l'ascendant psychologique : la surprise : aucun moyen pour les Alliés de prévoir une attaque de V2. En effet, étant un engin spatial, les V2 n'apparaissent pas sur les écrans radars et leur vitesse étant supérieure à celle du son, les V2 se déplacent silencieusement. C'est donc une arme invisible qui tombe sur la tête des londoniens : le premier V2 tombé sur Londres a d'ailleurs laissé croire à une fuite de gaz entrainant une explosion. L'existence d'une nouvelle fusée n'est révélée que par la découverte des restes de tuyères provenant de la fusée dans les décombres.
Ainsi, malgré les efforts du gouvernement britannique pour pallier à la menace et rassurer l'opinion publique, un vent de terreur s'étend sur l'Angleterre qui est en proie au doute quant aux capacités de l'adversaire.
Illustration de Roland Davies d'une V2 tombant dans les rues de Londres, publiée le 20 octobre 1945. L'ascendant psychologique des Allemands est visible lorsque l'auteur parle de la vitesse "terrifiante" des fusées.
II -Fonctionnement
a-Caractéristiques techniques
Dans cette partie tournée vers la physique nous aborderons le fonctionnement de la fusée en général d’une manière simpliste et globale permettant la compréhension de ces inventions d’une extrême complexité.
Le moteur-fusée à ergols liquides, c’est à dire à alcools, transforme l’énergie dégagée par la réaction chimique entre deux ergols (le combustible, et le comburant) en force propulsive permettant ainsi à la fusée de s'élever.
Ces deux corps sont injectés à haute pression dans la chambre de combustion par des injecteurs permettant une bonne distribution en réactif : les moteurs de fusées sont parmi les premiers à être équipés de ce type d’alimentation, les voitures des années 40 étant encore équipées de carburateurs mécaniques. La combustion des réactifs, très vive, produit une importante quantité de gaz à haute température. Accélérés par leur passage au travers de la tuyère, leur éjection à grande vitesse produit la poussée.
Les vitesses d’éjection peuvent être très élevées : 2000 à 3000 m/s
Il existe deux types de moteur de fusées : les moteurs à ergols et les moteurs à poudre. Les moteurs à ergols présentent de nombreux avantages par rapport au second type de moteur :
- Les propergols liquides sont plus énergétiques.
- Leur durée de fonctionnement peut être commandée (sur les fusées modernes mais pas sur les V2).
- Ces moteurs peuvent donc être rallumés en vol.
- On sait concevoir des moteurs à poussée “modulable” grâce aux injecteurs qui peuvent faire varier la quantité de réactifs.
- Avec des chambres refroidies, ils peuvent fonctionner longtemps.
- Ils font preuve d’une meilleur fiabilité.
Cependant ces moteurs, du fait de leur ingéniosité et de leur complexité, présentent quelques inconvénients, nnotamment la nécessité d’injecter les ergols sous haute pression dans la chambre de combustion qui complique la réalisation des moteurs-fusées à ergols liquides.
Le guidage des V2 est également important pour comprendre le fonctionnement de ceux-ci.
Les V2 sont des missiles de type balistique. Un missile balistique est un missile dont une partie de la trajectoire est balistique, c'est-à-dire déterminée uniquement par la gravité et la friction aérodynamique, la traînée. La phase dite balistique est précédée par une phase d'accélération alimentée par un moteur-fusée attribuant à l'engin l'impulsion nécessaire pour atteindre sa cible.
La trajectoire de la fusée est ainsi parabolique et peut être modifié par les ailerons, qui sont commandés. Les V2 ne pouvaient néanmoins pas faire preuve d’une grande précision, leur lieu d’impact était déterminé précédemment seulement par une zone d’action. Il était impossible de déterminer avec grande précision une cible, bien qu'ils fussent radio commandés.
Schéma d'un moteur de fusée
Schéma d'une fusée allemande V2
Traînée d'une fusée V2 photographiée le 6 novembre 1944, lors de son entrée dans la stratosphère. A la gauche de cette trainée, quatre points: les traînées causées par des avions américains . Au premier plan , un bombardier américain.
Quelques caractéristiques techniques du V2 :
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Poids au lancement : 12 508 kg
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Moteur-fusée à propergols liquides
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alcool méthylique (méthanol) (3 810 kg)
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oxygène liquide (4 910 kg)
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Autres fluides : eau oxygénée (130 kg) ; permanganate de sodium (16 kg) ; azote (15 kg)
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Temps de combustion : 65 s
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Vitesse maximale : 5 400 km/h
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Altitude maximale : 96 km
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Portée : 320 km
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Charge explosive : 738 kg avec le problème de l'échauffement lors du vol (jusqu'à 1 200 °C en surface)
b-Propriétés physiques
En parlant de fusées, certaines propriétés physiques nécessites quelques éclaircissements :
Force de poussée :
Il est intéressant de noter ici que la plus grande partie de la puissance que doit fournir la fusée sert à compenser la force de gravitation, c’est a dire la force d’attraction entre la fusée et la terre et entre la terre et la fusée, et qu’une petite partie seulement sert à lui faire gagner de l’altitude à chaque instant.
La poussée exercée par un moteur à réaction type moteur-fusée :
La force de poussée est le résultat de l'éjection des particules qui constituent les gaz éjectés vers l'arrière de la fusée au travers de la tuyère. La poussée est le résultat de la conversion de l'énergie thermique au sein de la chambre de combustion du moteur se transformant en énergie cinétique lors du trajet des gazs tout au long de la tuyère.
Afin de comprendre ce concept il est utile de définir ce qu’est l’énergie cinétique. L'énergie cinétique est l’énergie que possède un corps du fait de son mouvement. L’énergie cinétique d’un corps est égale au travail nécessaire pour faire passer ce corps du repos à son mouvement.
Il existe une relation donnant la valeur de la force de poussée. Celle-ci est la suivante :
F = ve.qm
Dans laquelle :
- F, poussée en newtons (N)
- ve, vitesse d'éjection des gaz en m/s
- qm, débit massique en kg/s
Grâce à cette relation et aux caractéristiques techniques précédente du V2 on peut calculer sa force de poussée.
Pour un V2 :
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8881 Kg de réactifs → combustion 65 s
-
Vitesse d’éjection se situant entre 2000 et 3000 m/s
Donc : débit massique en kg/s = masse de réactifs en kg / temps de combustion des réactifs
= 8881/65
» 136,63
Or : vitesse d’éjéction des gazs comprise entre 2000 et 3000 m/s
F = 136,63*2000 » 272 000 N ou 272 kN
F = 136,63*3000 » 408 000 N ou 408 kN
En appliquant la relation on obtient une force de poussée d’environ 272 à 408 kN. Une fusée moderne type Ariane V développe une force de poussée bien superieure : à peu près 1100 kN.
Centre de gravité et centre de poussée :
Le centre de gravité est le centre de répartition des masses. Physiquement, si on tient un objet par ce point, l'objet est fixe même si on le positionne de différente manière. Par exemple, si l'on définit un objet de forme régulière constitué de matière homogène. Son centre de gravité est alors confondu avec son centre géométrique, s'il est tenu en son centre de gravité, il adoptera toutes les positions sans bouger.
Le centre de gravité de la fusée est un point intéressant, car contrairement aux autres objets, la fusée perd du poids en vol du fait de la consommation des carburants et le centre de gravité change donc de place.
Pour que la fusée soit stable durant le vol, il faut que le centre de gravité soit situé au dessus du centre de pousée.
Le centre de poussée est, quant à lui, le point de la fusée où s'applique la résultante de toutes les forces aérodynamiques qui s’exercent sur la fusée. En d'autres termes, chaque élément de la fusée va, lors du mouvement de la fusée, devenir le point d'appui de l'air alentour et par conséquent recevoir de ce dernier une force aérodynamique qu'il communiquera à la fusée. L'ensemble de ces forces (la résultante) crée donc un effort sur la poussée. Cet effort sera décomposé en deux parties : l'effort longitudinal et l'effort latéral :
Légende:
En biais par rapport à la fusée : la résultante
Parallèlement à la fusée : l'effort longitudinal ou frottement de l’air
Perpendiculairement à la fusée : l'effort latéral