Princeton veut doper le moteur à plasma à la fusion nucléaire
— Actualités du 13 juin 2017 —
Le laboratoire américain de Princeton, dans le New Jersey, s’est vu attribuer deux bourses de recherche par la NASA pour financer des recherches sur la conception d’un moteur spatial faisant appel à la fusion nucléaire. La fusion nucléaire c’est un peu le Saint-Graal de la propulsion spatiale. Utilisé dans un générateur électrique, elle pourrait fournir une puissance absolument démesurée pour alimenter des moteurs plasma ou encore sur des propulsions plus hypothétiques.
Mais le concept sur lequel planche le laboratoire de physique des plasmas de Princeton (PPPL) est un peu différent. Les chercheurs qui travaillent sur ce projet ne souhaitent pas utiliser la fusion nucléaire pour produire de l’électricité. Ils pensent au contraire pouvoir créer une poussée et donc un moteur par l’éjection directe du plasma de fusion. Ce moteur pourrait alors atteindre la vitesse démentielle de 30000 km par seconde, soit 10 % de la vitesse de la lumière. Le concept n’est pas nouveau : la base théorique d’un tel moteur est connue depuis les années 60 mais les technologies de l’époque s’avéraient incapables de maintenir un plasma stable.
Les progrès réalisés dans les domaines des supraconducteurs et de la physique des matériaux donne cependant espoir aux chercheurs. Le moteur qu’ils espèrent mettre au point aura un poids de seulement 11 tonnes pour une puissance de 10 mégawatts. Il fonctionnerait grâce à l’utilisation d’une radio basse fréquence pour chauffer un mélange de deutérium et d’hélium 3. Le plasma ainsi formé serait confiné dans une forme d’anneau grâce à des champs magnétiques. Il serait alors possible de faire échapper une petite partie du plasma tournant à grande vitesse pour créer la poussée. Un tel moteur disposerait d’un rendement spectaculaire. Il permettrait à un vaisseau d’accélérer jusqu’à une fraction non-négligeable de la vitesse de la lumière, simplifiant ainsi grandement le voyage dans notre système solaire et ouvrant la porte des systèmes voisins.
Il reste cependant de très nombreux défis technologiques à résoudre avant de voir un tel moteur en action, à commencer par la taille du système. C’est déjà très difficile de maintenir un plasma de fusion en faisant appel à des installations gigantesques, alors difficile d’imaginer un tel système prendre place dans le dernier étage d’une fusée. Cependant, de très nombreuses entreprises et gouvernements financent des recherches sur le développement et la miniaturisation des réacteurs à fusion. Le laboratoire de Princeton, de son côté, espère faire la démonstration de son concept en 2019 ou 2020.
Une équipe berlinoise développe un moteur à plasma
— Actualités du 23 mai 2017 —
Berkant Göksel, chercheur à l’université de Berlin, et son équipe veulent révolutionner le transport aérien spatial grâce à leur nouveau moteur à plasma.
Un moteur à plasma fonctionne à partir d’une source électrique. Un plasma est ionisé puis accéléré grâce à des champs magnétiques pour fournir une poussée. Il existe de très nombreuses techniques pour arriver à ce résultat : le moteur VASIMR ou les moteurs à effet Hall sont des exemples de moteurs à plasma.
Le moteur à plasma de l’équipe de Berkant Göksel utilise des décharges électriques pulsées de l’ordre de la nanoseconde. Les résultats sont édifiants : un moteur plasma traditionnel est très efficace, c’est-à-dire qu’ils consomme très peu de carburant pour fournir une accélération donnée mais sa poussée est aussi très faible. Il mettra donc très longtemps à fournir une accélération. Ce nouveau moteur promet de nous libérer de cette contrainte de faible puissance.
Dans sa forme actuelle, l’équipe allemande a utilisé un moteur de seulement 80mm de long. Ce dernier est capable de fournir une poussée de 8 millinewton à chaque impulsion. Il suffirait donc de faire grimper la fréquence du moteur à 1000 impulsions par seconde pour avoir une efficacité similaire à celui d’un moteur à réaction moderne. C’est une véritable révolution…
L’équipe berlinoise a cependant encore énormément de travail car pour le moment elle n’arrive pas à faire opérer son moteur au delà de 50 impulsions par seconde. Et pour optimiser ce moteur, il faut d’abord pouvoir l’observer correctement. Or les vitesses en jeu sont tellement importantes et impressionnantes que l’équipe a besoin d’une caméra à deux millions d’images par seconde pour étudier correctement les réactions du plasma à l’intérieur du moteur. Un tel moteur aurait aussi besoin d’une source d’électricité puissante et compacte. Il faudra donc attendre d’importantes avancées dans la production et le stockage d’électricité pour pouvoir profiter de tout son potentiel. La fusion nucléaire et les batteries au graphène seront de sérieux candidats.
Image by NASA; stated as being author in image credit line at both PopSci and NASA website [Public domain], via Wikimedia Commons
Sources