A l'origine de cette réaction, une loi naturelle dite de la conservation de la quantité de mouvement qui peut s'énoncer ainsi: la quantité de mouvement d'un système isolé (produit de la masse de chacun de ces éléments par leur vitesse respective) reste constante quelles que soient les transformations qu'il subit.
Un exemple concret aidera à comprendre.
Soit un chariot sur lequel prend place un passager; près de lui, un tas de brique ( masse unitaire: m), l'ensemble représente une masse M. La quantité de mouvement de ce système immobile ( que pour les besoins de la démonstration on considérera comme isolé, ce qui n'est pas vraiment le cas puisque agit la pesenteur) est nulle.
Supposons que l'occupant lance vers la droite une de ces briques, aussitôt par réaction, le chariot se déplace vers la gauche.
A condition de négliger les frottements et la résistence de l'air, la conservation de la quantité de mouvement s'écrit:
d'ou la valeur de la vitesse de déplacement du chariot:
Pour obtenir une poussée continue, il faudrait entretenir le jet de briques... ce que réalise le moteur-fusée qui éjecte continûment de minuscules projectiles ( des molécules gazeuses) à très grande vitesse.
Quelques chiffres
On peut s'étonner qu'il soit possible de soulever un lanceur de plusieurs centaines de tonnes au moyen de moteurs qui n'éjectent que quelques centaines de kg de gaz par seconde...
C'est oublier que dans la propulsion par réaction la grandeur physique à prendre en considération c'est la quantité de mouvement, ce que - dans le cas d'un moteur-fusée - on appelle la poussée (masse de gaz éjectée par seconde, x vitesse d'éjection). son expression est:
avec q en kg/s et V en m/s on trouve P en newtons (N)
Considérons l'exemple du lanceur Ariane (type Ariane IV). il se compose de trois étages éventuellement complétés, lorsque la mission l'éxige, par deux ou quatre propulseurs d'appoint.
L'ensemble propulsif de son premier étage comprend quatre moteurs viking 5C alimentés par un mélange de peroxyde d'azote et d'un dérivé de l'hydrazine. Chaque moteur consomme 275 kg d'ergols par seconde et, grâce à sa tuyère de détente, éjecte ses gaz à la vitesse de 2500 m/s (2750m/s dans le vide) : sa poussée est donc d'environ 680 000 N au sol (750 000 N dans le vide), l'équivalent de... 70 tonnes forces !
Autrement dit, un moteur Viking 5C développe une poussée qui lui permettrait de soulever plus de 250 fois la masse d'ergols consommée chaque seconde !