Action-réaction
En 2018, Elon Musk a envoyé une voiture dans l’espace. Pourquoi ? Ça, on ne sait pas trop... Ce qu’on sait en revanche, c’est que si la voiture était électrique, la fusée, elle, carburait à l’oxygène liquide et au kérosène. Comment ça fonctionne une fusée ? Tout simplement sur le principe d’action-réaction. En gros, c'est comme si vous vous amusiez à jeter un gros caillou depuis un skateboard, vous vous déplaceriez dans le sens opposé. La force créée, c’est ce qu’on appelle la poussée. Elle s’exprime en newton du nom du célèbre physicien qui a énoncé le principe au 17e siècle. L’avantage c’est que ça fonctionne dans n’importe quel milieu, y compris dans l’espace… Bon, sauf que le skate dans l’espace ça ne fonctionne pas très bien, on en reparlera à l’occasion…
« Pour les fusées classiques, la poussée est produite par l’éjection de gaz à très grande vitesse. Ces gaz sont obtenus par la combustion de différents produits en fonction des types de moteurs. Le moteur Vulcain de notre Ariane 5, par exemple, "carbure" à l’hydrogène et à l’oxygène liquide. Il produit une poussée énorme de plus d’un million de newton capable d’emporter plusieurs centaines de tonnes d’acier dans l’espace. Aucun moteur électrique n’est capable de produire une poussée aussi forte aujourd’hui. On en est même très loin puisque le plus performant produit seulement 1 petit Newton, de quoi soulever une pomme sur Terre… » explique Christophe Bonnal, expert en fusées, au CNES.
Si vous vous amusiez à jeter un gros caillou depuis un skateboard, vous vous déplaceriez dans le sens opposé, c'est le principe d'action-réaction éoncé par Newton au 17e siècle. Crédits : CNES.
Par contre, le moteur électrique est utilisé sur les satellites et depuis longtemps. Dans l’espace, une poussée très faible suffit pour avancer car il n’y a plus les frottements de l’air, c’est le vide ! La sonde SMART-1 de l’agence spatiale européenne, par exemple, est allée visiter la Lune dès 2004 avec un moteur électrique fabriqué en France.
« Le problème, c’est que la puissance du moteur électrique est actuellement limitée par l’énergie qu’on est capable de lui fournir dans l’espace. Et oui, là-haut, pas de prises de courant… Un des moteurs les plus puissants du marché en France, le PPS-20K, nécessite théoriquement au moins 70 m² de panneaux solaires à lui-seul, difficile donc d’en imaginer plusieurs sur un vaisseau… La solution pourrait se trouver du côté du nucléaire avec ce qu’on appelle les moteurs nucléo-électriques. Comme dans les sous-marins ou les porte-avions, les panneaux solaires sont remplacés par un réacteur nucléaire qui génère de l’électricité » explique Thomas Liénart, expert en propulsion électrique, au CNES.
Un réacteur nucléaire peut délivrer facilement une puissance de 1 MW, c’est 10 fois ce que produisent les 2500 m² de panneaux solaires de la Station spatiale internationale. Il serait capable d’alimenter une cinquantaine de moteurs électriques pouvant ainsi propulser un gros véhicule dans l’espace. Un tel dispositif pourrait facilement être intégré pour propulser l’étage supérieur d’une fusée.
« En plus, on évite tous les problèmes qu'on peut avoir dans la propulsion chimique : les problèmes de thermique, les problèmes de stabilité de combustion... On a beaucoup travaillé par exemple avec les Américains sur le projet JIMO qui était l'exploration des lunes de Jupiter. Nous mêmes dans le dans le contexte européen un projet qui s'appelle DEMOCRITOS, un très gros propulseur nucléo-électrique qui permet de visiter tout le Système solaire... » précise Christophe Bonnal.
Vous l’aurez compris la fusée entièrement électrique, ce n’est pas pour demain… Par contre, la propulsion électrique pourrait se développer dans les années à venir sur les étages supérieurs de fusées. Elle pourrait aussi être utilisée sur les vaisseaux qui emmèneront les 1ers hommes vers Mars, en provenance directe de la lune !
Un réacteur nucléaire peut délivrer facilement une puissance de 1 MW, c’est 10 fois ce que produisent les 2500 m² de panneaux solaires de la Station spatiale internationale. Crédits : CNES.
