L’énergie nucléaire connaît une renaissance sur Terre et dans l’espace. Qu’il s’agisse de bases lunaires ou d’exploration spatiale, le nucléaire pourrait être la clé pour dépasser nos frontières actuelles.
Le 25 août 2012, la sonde spatiale solitaire Voyager 1 a franchi le seuil de l’espace interstellaire. À l’époque, elle se trouvait à 18 milliards de kilomètres du soleil, bien au-delà de toutes les planètes de notre système solaire.
Le Voyager 1 a été lancé en 1977. Près de 50 ans plus tard, il continue à renvoyer des informations et à pénétrer toujours plus profondément dans l’espace. Il peut le faire parce qu’il est alimenté par l’énergie nucléaire.
Longtemps source d’énergie controversée, le nucléaire connaît un regain d’intérêt sur Terre pour alimenter notre lutte contre le changement climatique. Mais en coulisses, le nucléaire est également confronté à une renaissance dans l’espace.
En juillet, la National Aeronautics and Space Administration (NASA) des États-Unis et la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) ont annoncé conjointement qu’elles prévoyaient de lancer un vaisseau spatial à propulsion nucléaire d’ici 2025 ou 2026. L’Agence spatiale européenne (ESA) finance à son tour une série d’études sur l’utilisation de moteurs nucléaires pour l’exploration spatiale. Et l’année dernière, la NASA a attribué un contrat à Westinghouse pour développer un concept de réacteur nucléaire destiné à alimenter une future base lunaire.
“Le nucléaire pour les applications spatiales suscite actuellement beaucoup d’intérêt”, a déclaré le Dr Ramy Mesalam, directeur du programme d’ingénierie des engins spatiaux à l’Université de Leicester. « Plus nous explorons profondément notre système solaire et au-delà, plus le nucléaire deviendra attractif. »
Nuit lunaire
Zeno Power, une start-up américaine fondée en 2018, participe à ce nouveau boom. Une équipe qu’elle dirige a récemment reçu un prix de 15 millions de dollars pour développer ce que l’on appelle des systèmes d’énergie nucléaire à radio-isotopes destinés à être utilisés par la NASA à la surface de la Lune. Ces systèmes électronucléaires petits et légers sont utilisés depuis longtemps dans l’espace et peuvent potentiellement utiliser des déchets nucléaires pour s’alimenter.
La NASA et des partenaires internationaux comme l’Agence spatiale européenne (ESA) souhaitent disposer d’une base lunaire opérationnelle avant la fin de la décennie. Cette base utilisera très probablement en partie des réacteurs nucléaires pour produire de l’électricité et du chauffage.
L’énergie nucléaire est particulièrement intéressante pour une utilisation sur la Lune en raison des conditions difficiles qui règnent à la surface de la Lune. L’obscurité est particulièrement préoccupante pour les missions de longue durée. “La nuit lunaire dure 14 jours terrestres”, a déclaré Tyler Bernstein, co-fondateur et PDG de Zeno Power. « Il existe également des régions ombragées en permanence, comme les cratères. Il est impossible de produire de l’énergie solaire dans l’obscurité et, dans certains endroits, les températures peuvent dépasser les -200 degrés Celsius. »
Bernstein espère que les premiers réacteurs seront prêts d’ici 2025.
Explosion nucléaire
Cependant, les voyages dans l’espace sont une activité intrinsèquement risquée, en particulier avec des matières nucléaires à bord. Les fusées destinées à l’espace explosent régulièrement, propageant potentiellement des débris nucléaires dans l’espace ou même sur Terre. C’est une triste réalité à laquelle est confronté le professeur Dale Thomas de l’Université d’Alabama à Huntsville.
Il travaille sur la propulsion nucléaire. Au lieu de propulser une fusée grâce à une réaction chimique, nous la propulserions grâce à une réaction nucléaire.
Jusqu’à présent, nous avons principalement utilisé des réactions nucléaires pour fournir de l’électricité aux engins spatiaux, mais des chercheurs comme Thomas souhaitent utiliser ces réactions pour les propulser vers l’avant.
Cela recèle un grand potentiel pour nous pousser plus loin dans l’espace, mais nous oblige également à revoir la façon dont nous testons les moteurs de fusée. Habituellement, ces moteurs sont testés au sol, où ils explosent parfois ou subissent des pannes. Cela donne aux ingénieurs des informations clés pour améliorer leurs conceptions. Ce modèle de test et de réparation doit cependant être adapté à la propulsion nucléaire.
« Faire échouer un moteur nucléaire sur le banc d’essai n’est pas une bonne idée », a déclaré Thomas à Al Jazeera. « Ses modes de défaillance sont bien plus catastrophiques que ceux de la propulsion chimique. »
En d’autres termes, construire un moteur nucléaire nécessite que les chercheurs soient plus prudents et s’assurent qu’aucune panne ne se produise. Cela ralentit à son tour le développement.
Une situation similaire est présente dans l’envoi de réacteurs nucléaires dans l’espace pour alimenter des vaisseaux spatiaux et des bases lunaires. Avant cela, ils doivent répondre à des normes de sécurité élevées et même être prêts à résister aux explosions. Heureusement, nous avons compris comment procéder. Le premier réacteur nucléaire a été lancé dans l’espace dès 1965.
“L’aspect sécurité est un défi”, a déclaré Mesalam. «C’est toujours au cœur de la conception d’un système électronucléaire. Mais la bonne nouvelle est que nous avons près de 60 ans d’expérience dans ce domaine en toute sécurité. »
Espèces interplanétaires
À l’avenir, les vaisseaux spatiaux pourraient être propulsés par des moteurs nucléaires. Nous les propulserions probablement sur une orbite autour de la Terre à l’aide de moteurs chimiques, puis allumerions leur propulsion nucléaire pour les pousser dans des missions bien au-delà de notre propre planète.
“La propulsion chimique peut nous faire quitter la Terre, et même nous amener sur la Lune”, a déclaré Thomas. « Mais lorsque vous allez sur Mars et au-delà, cela atteint ses limites. La propulsion atomique sera essentielle pour dépasser cette barrière. »
De plus, la propulsion nucléaire ouvrirait la voie à différentes façons d’explorer l’espace. Aujourd’hui, les vols vers des endroits comme Mars et les planètes au-delà sont limités par des fenêtres horaires. Des organisations spatiales comme la NASA calculent des trajectoires complexes qui propulsent les vaisseaux spatiaux hors des champs de gravité des planètes, afin d’économiser du carburant. Si des moteurs nucléaires de plus grande capacité et plus puissants étaient disponibles, cela ne serait pas une priorité aussi élevée, ce qui nous donnerait plus de flexibilité quant au lancement de ces engins.
“Une Ferrari ira plus vite qu’une Volkswagen car elle a un moteur plus puissant”, a déclaré Thomas. “C’est ce qu’est la propulsion nucléaire par rapport à la propulsion chimique.”
Toutefois, avant de parvenir à la propulsion nucléaire, il nous faudra peut-être un certain temps. Thomas avance que ces engins ne décolleront probablement vraiment que vers 2030.
Une fois que nous les aurons, ils pourraient changer la donne. “L’énergie nucléaire et la propulsion constitueront une technologie fondamentale pour amener les humains sur Mars et au-delà”, a déclaré Bernstein. “Ce sera la clé pour faire de l’humanité une espèce interplanétaire.”
