Le Monde du 22/05/02:

Limitée dans ses ambitions d'exploration du système solaire par les performances des moteurs à propulsion chimique, la NASA songe à recourir à la fission des atomes pour aller plus vite et plus loin. Elle vient de proposer un programme de recherche de 1 milliard de dollars sur ce thème.

L'idée était déjà dans toutes les têtes mais personne n'osait vraiment franchir le Rubicon. Néanmoins, depuis le début de l'année, la NASA a reçu le feu vert pour enfin prononcer ce que les Anglo-Saxons appellent "the N word", "n" comme nucléaire. Dans un discours prononcé le 12 avril à l'université de Syracuse (New York), Sean O'Keefe, le nouvel administrateur de l'agence spatiale américaine, a expliqué que, dans le cadre de la recherche de la vie extraterrestre, il était nécessaire "de trouver de nouvelles façons d'explorer la galaxie. Les fusées et le carburant conventionnels sont inutilisables pour nous enfoncer plus avant dans le cosmos. C'est pourquoi nous lançons une initiative destinée à explorer l'utilisation de la propulsion nucléaire. Un des obstacles majeurs au voyage dans l'espace lointain est qu'il faut trouver des moyens rapides et efficaces de se déplacer... pour aller n'importe où. Les vaisseaux spatiaux d'aujourd'hui voyagent à des vitesses à peine supérieures au vaisseau Friendship 7, qu'emprunta John Glenn [le premier Américain dans l'espace]il y a quarante ans."

La conception, le développement et les avantages des moteurs nucléaires ont donc alimenté bien des débats lors du 6e Symposium international sur la propulsion spatiale, qui s'est tenu à Versailles du 14 au 17 mai. Comme le résume Richard Heidmann, ancien directeur de l'orientation et de l'évaluation de la recherche et de la technologie à la Snecma - qui fabrique notamment les moteurs de la fusée Ariane -, "pendant longtemps, le nucléaire dans l'espace, c'était tabou. Mais il s'agit du seul moyen pour faire du travail sérieux dans l'espace lointain".

L'accès à cette source d'énergie est indispensable dès que l'on souhaite sortir de notre petit coin d'Univers. Ainsi que l'explique Roger Lenard, consultant pour la NASA sur les problèmes liés à l'énergie atomique, "le projet sur les systèmes nucléaires de la NASA va jouer un rôle-clé dans le futur, car seule cette technologie lui permettra de mener à bien ses programmes d'exploration du système solaire et de recherche d'une vie extraterrestre. L'électricité produite par le nucléaire, ce sera d'abord le moyen de réduire les temps de voyage."

"Comme l'a dit l'administrateur de la NASA, dont la priorité numéro un est la propulsion, "nous allons conquérir le temps et l'espace par la vitesse". Mais ce sera aussi de l'énergie pour se déplacer à la surface des corps où nous nous poserons, de l'énergie pour une plus longue durée de vie des instruments scientifiques, pour une transmission des données plus abondante, la possibilité de s'affranchir de l'énergie solaire, et donc d'atterrir à n'importe quelle latitude de Mars et non plus seulement dans la bande équatoriale, la possibilité de travailler lors de la nuit lunaire - qui dure quatorze jours - sans s'embarrasser d'énormes batteries."

Pour son projet, soutenue par l'administration Bush, la NASA va tenter d'obtenir un budget de 1,06 milliard d'euros sur cinq ans, commençant en 2003 avec une enveloppe de 132 millions d'euros. Dans un premier temps, les chercheurs compareront la faisabilité et les avantages des deux types de propulsion nucléaire : la thermique et l'électrique.

"Dans le nucléaire thermique, explique Richard Heidmann, l'idée est la même que dans la propulsion classique actuelle, qui consiste à éjecter un gaz chauffé. Mais, au lieu de le chauffer par une réaction chimique, on le fait grâce à la chaleur d'un réacteur nucléaire, situé juste avant la tuyère. Pour une même poussée, on consomme deux fois moins de carburant avec un moteur nucléaire thermique qu'avec un moteur cryogénique." Cependant, ce gain de "productivité" est en parti perdu en raison de l'augmentation de la masse du vaisseau ainsi nucléarisé : le moteur est plus lourd et un blindage de deux ou trois tonnes est nécessaire pour protéger l'équipage. Les premiers comparatifs entre une propulsion nucléaire thermique et un moteur chimique classique donnent un avantage certain mais relativement limité à la première. Pour cette raison, les ingénieurs songent au nucléaire électrique, qui consiste à fabriquer une mini centrale nucléaire au sein de laquelle un circuit de fluide prenant la chaleur dans le coeur du réacteur passe ensuite dans une turbine, qui actionne un alternateur. L'électricité ainsi produite alimente ensuite un moteur ionique ou un moteur à plasma. Tout l'enjeu technologique de cette seconde option consiste à obtenir une puissance de quelques dizaines de mégawatts nécessaire, par exemple, à la propulsion d'un vaisseau spatial de 50 tonnes en partance pour Mars.

Les ingénieurs devront donc réussir le pari de concevoir un moteur à la fois léger et endurant car, contrairement à la propulsion chimique - qui consiste à donner un bon coup d'accélérateur au début puis à se laisser glisser dans l'espace sur sa lancée -, un des atouts du nucléaire réside dans la possibilité de faire tourner la machine à plein rendement pendant tout le voyage, ce afin de le raccourcir au maximum.

 Dans cette configuration, remarque Richard Heidmann, "on risque de se trouver confronté à des problèmes de durée de vie de la turbine, qui ne sera pas lubrifiée. Or une panne peut mener à la perte de l'équipage, car, dans l'espace, on ne trouve pas de dépanneur et on ne peut pas s'arrêter pour réparer."

Même si la technologie de la fission nucléaire est maîtrisée, que ce soit dans les centrales électriques ou dans les sous-marins, la transposer dans l'espace n'est pas sans risques. Au-delà des problèmes technologiques qu'elle pose, un de ses handicaps tient à la mauvaise image que ce type d'énergie a dans le public. Roger Lenard est catégorique : "Pour que le public l'accepte, il faudra un grand effort d'explication. S'il a l'impression qu'on lui cache quelque chose, cela ne marchera pas."

Richard Heidmann, quant à lui, insiste sur le fait que "tant que le réacteur n'a pas démarré, il n'est pas radioactif. La réglementation n'autorise sa mise en route qu'à partir d'une certaine altitude. Par conséquent, un vaisseau spatial à propulsion nucléaire sera mis en orbite avec une fusée classique et ce n'est qu'à partir de ce moment-là qu'il pourra fonctionner." Si les agences spatiales parviennent à leurs fins, la première sonde équipée d'un moteur utilisant l'énergie libérée par la fission atomique pourrait voir le jour dans une décennie.

Pierre Barthélémy

En insérant dans son projet de budget 2003 un chapitre relatif au développement de la propulsion spatiale par des voies nucléaires, la NASA ne fait que plonger dans le passé. En effet, dès 1946, North American Aviation et Douglas Aircraft ont rédigé pour l'US Air Force des rapports secrets relatifs au développement d'un moteur de fusée nucléaire capable de propulser un missile intercontinental. C'était trop tôt. Ce projet, comme d'autres, sombrèrent en raison des problèmes techniques qu'ils soulevaient.

Ce n'était que partie remise. Au début des années 1950, Robert W. Bussard, du Oak Ridge National Laboratory, dépendant de la US Atomic Energy Commission, rouvrait le dossier et affirmait que la propulsion nucléaire pouvait, dans le domaine spatial, concurrencer durablement la propulsion chimique. La suite a montré que le chimique avait la vie dure et qu'il pouvait aujourd'hui encore faire le bonheur et le succès commercial d'un lanceur moderne comme Ariane. Mais cela n'a pas empêché les Américains de prospecter activement, dans les années 50, la propulsion nucléaire et de lancer nombre de recherches sur ce thème.

L'une des plus spectaculaires, né en 1955 de l'imagination de Stanislas Ulam et de Cornelius Everett, deux ingénieurs du centre d'études nucléaire de Los Alamos à l'origine des bombes atomiques du projet Manhattan, consistait à concevoir un moteur de fusée dont l'énergie de propulsion était assurée par l'explosion... de minibombes atomiques. Pour mener à bien cet ambitieux et délicat programme baptisé Orion, un industriel fut désigné en 1958, General Dynamics, et un ancien du projet Manhattan, Theodore Taylor, fut nommé à sa tête. Mais, dix ans plus tard, en janvier 1965, après avoir dépensé 50 millions de dollars, la militarisation du programme Orion, les moratoires sur l'arrêt des essais nucléaires, l'attitude peu positive des scientifiques et l'intérêt modéré de la NASA pour ce moteur à explosion nucléaire eurent raison d'Orion.

"Projet pluto: la fusée atomique" 52mn en Realvideo 33kb

UN PROJET TUÉ PAR LA CONQUÊTE DE LA LUNE

Parallèlement, un autre programme - connu sous le nom de Rover, et plus tard sous celui de Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application (Nerva), qui en était un des prolongements - vit le jour en 1955. Porté par l'Atomic Energy Commission (AEC) et la NASA, Rover avait pour objectif de développer des réacteurs nucléaires miniaturisés qui, en chauffant de l'hydrogène à haute température permettrait d'obtenir des vitesses d'éjection de gaz très supérieures à celles des moteurs de fusées classiques.

Le centre d'études nucléaires de Los Alamos, les centres de recherche d'Argonne (AEC), de Lewis (NASA) et les industriels Aerojet et Westinghouse furent alors chargés de développer un moteur de fusée nucléaire pour propulser soit des missiles, soit des lanceurs lunaires ou martiens. Rapidement, la partie missile fut abandonnée sans que le programme ralentisse pour autant. Entre 1959 et 1972, pas moins de vingt et une expériences furent menées à la Nuclear Rocket Development Station de Jackass Flats (Nevada), construite à quelque 150 kilomètres de Las Vegas.

S'y succédèrent, les essais des premiers Kiwis, réacteurs nucléaires d'une puissance comprise entre 70 MW et 900 MW qui fonctionnèrent de quelques secondes à quelques minutes. Le premier, le Kiwi-A, donna sa pleine puissance (70 MW) pendant cinq minutes le 1er juillet 1959. Le dernier, le Kiwi-B4E (900 MW), brûla de ses derniers feux le 10 septembre 1964 avant de céder la place à toute une famille de réacteurs - NRX, Pewee, Nuclear Furnace, XE-Prime, etc. - dont le plus performant, le Phoebus-2A, délivra une puissance de... 4200 MW.

Las, en dépit des résultats obtenus, les recherches furent interrompues en 1973 sous la triple pression des écologistes, des politiques - soucieux de budgets spatiaux maîtrisés - et d'une NASA engagée, avec le programme Apollo, dans une conquête de la Lune dispendieuse. Pourtant, 3,9 milliards de dollars avaient déjà été dépensés pour Nerva entre 1961 et 1973. Mais ce programme concernait moins la Lune que Mars, dont la conquête par l'homme avait été abandonnée dès 1969. Nul doute qu'aujourd'hui les ingénieurs puissent trouver matière à leurs nouveaux projets dans ces archives.

Jean-François Augereau

Générateurs au plutonium
Le recours à l'énergie nucléaire dans le domaine spatial n'est pas une nouveauté. Depuis les années 1960, Russes et Américains y ont eu recours. Non pour propulser leurs engins mais pour alimenter durablement des satellites d'observation radar (Cosmos soviétiques), des vaisseaux habités (capsules américaines Apollo) et des sondes d'exploration planétaire (Pioneer, Voyager, Galileo, Cassini-Huygens). Plusieurs de ces générateurs radio-isotopiques fonctionnant à l'uranium enrichi ou au plutonium sont retombés sur terre ou en mer au grand dam des écologistes. Récemment, ces défenseurs de l'environnement se sont émus de la présence d'une trentaine de kilos de plutonium à bord de la sonde Cassini en route pour Saturne et Titan.

Les promesses de l'antimatière
L'équation est à la fois simple et terrible. Un seul gramme d'antimatière, et son annihilation, pourrait raser en une fraction de seconde Paris et sa banlieue. Les militaires ne s'y sont pas trompés, eux qui, dès 1983, se sont interrogés sur les domaines qui pourraient profiter du formidable dégagement de cette énergie qu'on ne sait produire aujourd'hui qu'en quantités infinitésimales. Ainsi la production annuelle d'antimatière du CERN (Laboratoire pour la physique des particules) est si faible qu'elle suffirait à peine à allumer pendant trois secondes une ampoule de 100 watts. N'empêche, outre la fabrication d'armes terrifiantes tout droit sorties de Star Trek, les chercheurs ont imaginé d'utiliser un jour l'antimatière pour la propulsion des fusées. Le centre spatial Marshall, l'université de Pennsylvanie et le Jet Propulsion Laboratory planchent déjà sur deux procédés de propulsion relevant de la fiction : l'Antimatter Catalysed Micro-Fission/Fusion (ACMF) et l'Antimatter Induced Microfusion Power (AIM). Avec la première, un à dix millionièmes de gramme suffirait pour une mission à destination de Jupiter !