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Le blog emploi de l'ESTACA

SPACE PROPULSION 2012 - Part 3

11 Mars 2013, 17:28pm

Publié par Patricia VAUX

Par J.L. Cullerier, S. Henry, C. Perut, D. Valentian | 08.09.2012

3-Green propulsion 

Ce congrès a fait une part particulièrement importante aux aspects environnementaux. Dans le domaine du spatial trois aspects sont considérés :

  1. les débris spatiaux qui encombrent en particulier les orbites situées à environ 800km, cet aspect n’a pas été abordé,
  2. l’éco-conception, qui doit considérer la totalité du cycle de vie du produit, de la fabrication des matières première jusqu’au démantèlement  des installations,
  3. et la « propulsion verte » qui correspond à l’utilisation de propergols liquides moins toxiques que ceux utilisés actuellement, les hydrazines. Ce dernier sujet, qui va être abordé ci-dessous, est parmi ceux qui ont été au cœur des tables rondes et des présentations, ce qui est assez nouveau par rapport aux précédents congrès.

La notion de « propulsion verte »,  et donc la problématique du remplacement des hydrazines par des produits moins toxiques, concerne deux types de propulsion :

  • Moteurs basés sur la décomposition catalytique d’un propergol. Ils sont d’un faible niveau de poussée et sont essentiellement utilisés pour le contrôle d’attitude des satellites. Ils assurent de multiples impulsions de poussée de durée et à intervalles variés.  L’hydrazine a été retenue il y a environ 40 ans et tient depuis un rôle prédominant pour l’application précitée. Un de ses intérêts est de présenter un excellent compromis entre les performances propulsives et une température de décomposition modérée ce qui permet d’utiliser des matériaux classiques. En raison de la très large expérience acquise, cette technologie bénéficie d’une très grande fiabilité et son remplacement ne peut être envisagé qu’à moyen terme. Des travaux sont toujours réalisés pour en améliorer les performances ou mieux connaitre le fonctionnement des moteurs comme l’attestent  cinq présentations de Grande Bretagne, du Japon et d’Israël.

Suite à la réglementation REACH, l’hydrazine risque d’être soumise à des restrictions en raison de sa grande toxicité. Il est également très volatil, ce qui impose des précautions très importantes lors de sa manipulation., . Son remplacement est devenu une priorité, en particulier pour l’ESA. Des études ont été engagées, en particulier en Europe et aux USA, depuis une quinzaine d’années pour trouver un substitut moins toxique. En Europe, la solution la plus avancée est celle de la société suédoise ECPAS qui a mis au point un nouveau produit et un moteur de faible  poussée, 1N. Ce moteur a été implanté sur un satellite expérimental. Ce thème a fait l’objet de quatre présentations qui mettent en évidence une bonne maturité de la technologie. Les développements se poursuivent pour mettre au point des moteurs de plus forte capacité. Toutefois, il parait prématuré de dire si ce produit répond à l’ensemble des exigences pour l’ensemble des applications. Les études sur d’autres propergols se poursuivent et ont fait l’objet de 6 présentations, en particulier de Chine, Japon, Israël et France. Il n’y a pas eu de présentation étasunienne bien que les USA réalisent des travaux dans le domaine. En France, l’entité la plus active est le Laboratoire de Catalyse en Chimie Organique (LACCO) de l’université de Poitiers qui a effectué une présentation.  Herakles aurait la capacité d’innover dans ce domaine en s’appuyant sur son expérience des matériaux énergétiques acquises dans le cadre des études pour les applications militaires, mais n’est jusqu’à présent pas impliqué.

  • Moteurs bi-liquides stockables. Ils assurent également de multiples créneaux ou impulsions de poussée à des intervalles de temps variés. Ils sont utilisés pour les transferts d’orbite et la propulsion des sondes d’exploration spatiale. Ils sont nettement plus complexes mais beaucoup plus performants que les moteurs à hydrazine. Les deux produits utilisés sont, pour le réducteur, la monométhyl hydrazine (MMH) qui est actuellement fabriqué à l’usine Herakles de Toulouse et, pour l’oxydant, le peroxyde d’azote. Ce couple de propergols présente des avantages très importants, stockage de longue durée, plus de 15 ans, densité élevée, réaction spontanée des deux produits lorsqu’ils sont mis en contact ce qui permet un allumage instantané. Les deux produits sont toxiques. L’eau oxygénée est le produit qui est le plus fréquemment cité pour remplacer l’oxydant actuel. Pour le remplacement de la MMH, les études sont moins avancées que pour l’hydrazine. Le Laboratoire des Hydrazines et Composés Energétiques Polyazotés (LHCEP) de Lyon, UMR CNRS/UCBL/CNES/Herakles, a présenté au cours du congrès des travaux sur un nouveau produit qui serait un excellent candidat, performance énergétique similaire à celle de la MMH, moins volatil et moins toxique que la MMH. Sa fabrication devrait être compatible avec les installations Herakles de Toulouse. Sa mise au point nécessite des travaux  de R&D: étude de la synthèse (LHCEP, Herakles), évaluation de la toxicité (Université de Pharmacie de Lyon),  caractérisation du produit (Herakles), étude de combustion (Institut PPrime de Poitiers) et enfin adaptation d’un moteur à ce nouveau propergol.

 

Un premier bénéfice du passage à la «propulsion verte» serait certainement en termes d’image, concept de « Clean Space ». Du coté opérationnel, le gain serait économique, le plus immédiat serait de lever la nécessité d’équiper les opérateurs d’un scaphandre pour assurer le remplissage des réservoirs. Une présentation de la NASA a argumenté pour que la démarche d’éco-conception, intégrant l’ensemble du cycle de vie du produit, soit utilisée pour évaluer le gain qui se révèle alors plus important.

 

Extrait de la revue 2AF - Fin de l'article

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