Pour emporter la charge utile jusqu’à sa position en orbite, Ariane 5 était constituée de deux composites distincts qui prenaient le relais successivement pendant le lancement.

Étage composite inférieur

L’étage inférieur comportait :

• deux Étages d’Accélération à Propulsion solide (EAP), aussi appelés boosters ou propulseurs d’appoint. Chacun mesurait 31,6 mètres de haut et 3 mètres de diamètre, pour 37 tonnes à vide, plus 240 tonnes de propergol solide. Ils délivraient 7 000 kN (700 tonnes) de poussée dans le vide, soit un peu plus de 90 % de la poussée totale du lanceur au décollage. Après 2 minutes et 10 secondes de combustion, ils se séparaient du corps central à 60 km d'altitude, au-dessus de l’Atlantique.
• Un Étage central à Propulsion Cryotechnique (EPC), utilisant des ergols cryotechniques, associant de l'hydrogène et de l’oxygène liquides. Avec ses 30 mètres de haut, il pesait 12,5 tonnes à vide et était rempli de 174 tonnes : 149 tonnes d’oxygène liquide au-dessus, et 25 tonnes d’hydrogène liquide en dessous. Il fonctionnait pendant 9 minutes, jusqu’à sa séparation de l’étage supérieur vers 145 km d’altitude. Le moteur Vulcain qui l’équipait avait été conçu par Snecma Moteurs, et pesait 1 650 kg, tout en étant 20 fois plus puissant que le moteur qui équipait Ariane 4. Le moteur Vulcain 2 était une version améliorée de Vulcain, conçue pour Ariane 5 ECA. Le gain de performance ainsi obtenu était de 20 % supplémentaires, pour 1 390 kN (139 tonnes) de poussée dans le vide.

Étage composite supérieur

Le composite supérieur se séparait de l’étage central vers 145 kilomètres d’altitude, pour donner à la charge utile la vitesse nécessaire à l’injection en orbite de transfert géostationnaire. Il comportait le seul étage à ne pas être allumé lors du décollage, et qui dépendait de la version du lanceur.

Case à équipements : elle contenait l’ordinateur de bord, le cerveau qui assurait le pilotage automatique d’Ariane 5. Elle lui permettait de garder en mémoire toutes les instructions nécessaires au vol : elle contrôlait et adaptait la position du lanceur, commandait l'extinction des moteurs, la séparation des étages, etc. Pour cela, la case à équipements contenait les instruments de télémesure qui surveillaient plus de 1 500 paramètres, y compris les antennes et émetteurs qui servaient à recevoir et émettre vers les stations radio au sol. Au niveau structurel, elle servait également à fixer la coiffe et la structure porteuse SYLDA (ou la structure SPELTRA seule, dans les premières versions).

Étage supérieur :

• pour Ariane 5 ECA, l’Étage Supérieur Cryotechnique (ESC) : le moteur HM-7B, était une évolution des moteurs HM-7 qui ont propulsé les derniers étages de toute la famille Ariane depuis Ariane 1. Il a été développé lors du programme d’évolution Ariane 5 Plus pour la nouvelle version ECA. Comme moteur Vulcain 2 du corps central, il utilisait l’hydrogène et de l’oxygène liquides. Il fonctionnait jusqu’à 15 minutes et 45 secondes pour fournir 67 kN (6,7 tonnes) de poussée dans le vide.
• pour les versions génériques d’Ariane 5 et sa version ES, l’Étage à Propergols Stockables (EPS) : le moteur Aestus développé pour Ariane 5 utilisait la combustion d’un mélange de mono-méthyl-hydrazine et de peroxyde d’azote liquides. Il était beaucoup moins puissant que le HM-7B avec 29 kN (2,9 tonnes) de poussée dans le vide, mais avait la particularité d’être réallumable pour libérer les satellites à différentes orbites et se désorbiter pour retomber sur Terre.

Charge utile

Structure porteuse : lorsque plusieurs satellites étaient installés au sommet d’Ariane 5, plusieurs structures porteuses étaient disponibles pour les maintenir en place jusqu’à leur orbite.

• la première utilisée était SPELTRA (Structure Porteuse Externe pour Lancements Triples Ariane) pour les trois premiers lancements d’Ariane 5. Elle se situait entre la case à équipements et la coiffe. Elle contenait un satellite et une coiffe courte permettait de protéger le satellite supérieur.
• la structure porteuse ensuite employée en était une version allégée appelée SYLDA (SYstème de Lancement Double Ariane) : un satellite était posé dessus, l’autre installé à l’intérieur, et une coiffe longue la recouvrait complètement jusqu’à la case à équipements. Ses dimensions étaient de 4,6 mètres de diamètre pour une hauteur entre 4,9 et 7,0 mètres selon la taille de la charge utile. Pour libérer le satellite qu'elle contenait, le SYLDA était entouré par un cordeau de découpe pyrotechnique, et de ressorts qui la poussaient de façon parfaitement parallèle à la trajectoire.
• dans certains cas, la plateforme ASAP (Ariane Structure for Auxiliary Payloads) pouvaient être utilisée pour embarquer jusqu'à 8 microsatellites. Lorsqu’Ariane 5 ES devait lancer les satellites européens Galileo, elle pouvait être équipée d’un dispenseur encore différent pour pouvoir emporter 4 satellites simultanément.

Coiffe : La coiffe d’Ariane 5 était constituée de 2 demi-coquilles. Son rôle était à la fois protecteur pour la charge utile, et aérodynamique pour le lanceur. Ses dimensions étaient de 5,4 mètres de diamètre pour une hauteur de 12 mètres dans sa version courte, et 17 mètres dans sa version longue. Sa structure était un composite en « sandwich nida », avec une âme en nid d’abeille d’aluminium recouverte de deux peaux de carbone.

L’utilisation de l’extension ACY (Adaptateur CYlindrique) permettait d’obtenir des configurations offrant des volumes plus importants pour les charges utiles (maximum +1,5 mètre).
Après 3 minutes de vol et à environ 120 km d’altitude, l’atmosphère est beaucoup moins dense et permettait de se séparer de la coiffe, dès que possible pour alléger l’étage supérieur de plus de 2 tonnes : la coiffe était séparée en deux par un double système pyrotechnique pour libérer les deux demi-coques et les éloigner de la trajectoire du lanceur.

* Chiffres au 1er octobre 2023
1 - GTO : Geostationary Transfert Orbit, orbite de transfert géostationnaire
2 - EPS : Etage à Propergols Stockables
3 - EAP : Etages d'Accélération à Poudre
 

Pour aller plus loin

Pour une présentation visuelle des caractéristiques d’Ariane 5, consultez le PDF « Ariane 5 en chiffres » téléchargeable depuis la page Ressources.

Vous voulez savoir comment fonctionne une fusée ? Consultez notre dossier :