Le cycle à expandeur est une configuration de moteur-fusée à ergols liquides dans laquelle la turbine de la turbopompe est alimentée par la détente de l'ergol cryotechnique qui circule dans les parois de la chambre de combustion et de la tuyère pour la refroidir et passe de l'état liquide à l'état gazeux^[1]. Ce dispositif remplace le générateur de gaz séparé de la chambre de combustion utilisé pour alimenter la turbine dans un cycle générateur de gaz.

Le cycle à expandeur peut être fermé ou ouvert. Dans le premier cas, les gaz ayant alimenté la turbine de la turbopompe sont réinjectés dans le chambre de combustion. Dans le second cas, ils sont soit éjectés, soit injectés dans la partie basse de la tuyère afin de la refroidir.

Dans le cycle à expandeur ouvert (expander bleed cycle), au lieu de faire passer l'intégralité de l'ergol dans la turbine puis dans la chambre de combustion, seule une partie est utilisée pour alimenter la turbine sans aller ensuite dans la chambre de combustion, mais en étant soit évacuée, soit injectée dans la partie basse de la tuyère pour la refroidir. Cette configuration induit une perte d'efficacité liée à la non utilisation de l'énergie chimique des ergols n'ayant pas été brûlés dans la chambre de combustion. En contrepartie, elle permet d'obtenir une plus grande pression dans la chambre de combustion, de l'ordre de 2 ou 3 fois plus élevée que dans un cycle à expandeur fermé. Le col de la tuyère peut alors être réduit, ce qui augmente le rapport de section du divergent. Cela compense en partie la perte d'efficacité liée à l'ouverture du cycle, tout en permettant d'atteindre des poussées plus élevée^[1].

Les moteurs utilisant un cycle à expandeur ont une impulsion spécifique élevée, mais leur poussée est limitée, souvent de l'ordre de la centaine de kilonewtons. Par conséquent, ils sont utilisés pour propulser les étages supérieurs des lanceurs.

Le RL-10 de Pratt & Whitney propulse ainsi les étages Centaur encore utilisés sur le lanceur Atlas V, ainsi que le second étage DCSS du lanceur Delta IV^[2]. On peut également citer le moteur Vinci qui équipera l'étage supérieur d'Ariane 6, avec une impulsion spécifique de 465 s^[3]. Le moteur chinois YF-75D propulsant l'étage supérieur de la Longue Marche 5 est également un exemple d'utilisation du cycle à expandeur, en l’occurrence fermé^[4].

Tableau comparatif de moteurs-fusées utilisant le cycle à expandeur

Moteur	Pays	Constructeur	Utilisation	Ergols	Type	Poussée (dans le vide)	Isp (dans le vide)	Pression	Premier vol
BE-3U	États-Unis	Blue Origin	New Glenn	LH2 / LOX	ouvert	710 kN			En développement	[5],[6]
BE-7	États-Unis		Blue Moon		double	40 kN			En développement	[7]
LE-5A	Japon	Mitsubishi Heavy Industries	H-II		ouvert	121,5 kN	452 s	3,7 MPa	1994	[8]
LE-5B	Japon		H-IIA		ouvert	137 kN	448 s	3,6 MPa	2001	[9]
LE-9	Japon		H3		ouvert	1 471 kN	426 s	10,0 MPa	2023	[9]
M10	Europe	Avio	Vega E	CH4 / LOX	fermé	98 kN	362 s		En développement	[10],[11]
RD-0146D	Russie	KB Khimautomatiki	Angara	LH2 / LOX	fermé	68,6 kN	470 s	5,9 MPa	En développement	[12]
RL-10B-2	États-Unis	Pratt & Whitney	Delta IV		fermé	110 kN	465,5 s	4,4 MPa	1998	[8]
Vinci	Europe	ArianeGroup	Ariane 6		fermé	180 kN	465 s	6,0 MPa	2024	[3]
YF-75D	Chine	AALPT	Longue Marche 5		fermé		442 s		2016	[4]

• (en) George Paul Sutton et Oscar Biblarz, Rocket Propulsion Elements, 9th Edition, Wiley, 2016, 792 p. (ISBN 978-1-118-75365-1, lire en ligne)

• Cycle générateur de gaz
• Cycle tap-off
• Cycle à combustion étagée

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