L'Europe progresse dans la recherche sur l'énergie nucléaire spatiale, visant des missions lunaires et martiennes

L'Agence spatiale européenne (ESA) accélère l'évaluation des applications de l'énergie nucléaire dans les missions spatiales profondes, en mettant l'accent sur l'utilisation de petits réacteurs nucléaires pour alimenter les systèmes de propulsion électrique des engins spatiaux, ainsi que sur la fourniture d'une source d'énergie stable pour les futures installations fixes à la surface lunaire et les missions martiennes ultérieures.

Les missions spatiales actuelles dépendent principalement des carburants chimiques et des panneaux solaires. Les premiers sont limités par la quantité d'ergols embarquée, tandis que les seconds voient leur efficacité de production d'électricité diminuer lorsque l'engin s'éloigne du Soleil. L'ESA estime que les systèmes de propulsion nucléaire pourraient combler les lacunes de ces deux approches, en particulier pour les opérations lunaires de longue durée et l'exploration spatiale profonde à plus grande distance.

L'année dernière, l'ESA a achevé une étude sur la propulsion nucléaire thermique. En mars de cette année, l'agence a publié les résultats de ses recherches sur la propulsion nucléaire électrique ; cet été, l'ESA a également annoncé la préparation de la mise en place d'une chaîne d'approvisionnement européenne autonome en plutonium-238. Le plutonium-238 peut être utilisé pour fournir de l'électricité aux sondes et engins spatiaux qui s'éloignent du Soleil et nécessitent un fonctionnement à long terme.

Les premières études ont été proposées avec la participation du groupe ArianeGroup et de Framatome Space. L'idée consiste à utiliser un réacteur à fission pour chauffer de l'hydrogène, puis à l'éjecter à grande vitesse à travers une tuyère pour générer une poussée. Ce type de système de propulsion nucléaire thermique pourrait théoriquement améliorer l'efficacité des engins spatiaux ou des fusées, réduire la durée actuelle du vol vers Mars d'environ neuf mois, tout en augmentant la capacité de charge utile des engins spatiaux.

Récemment, l'ESA a élargi ses priorités de recherche pour inclure le concept de propulsion nucléaire électrique baptisé “RocketRoll”. Ce concept envisage d'utiliser un petit réacteur nucléaire pour produire de l'électricité afin d'alimenter des moteurs de propulsion électrique. Les études associées estiment que ce type de système pourrait fournir une puissance stable sur une longue période, conférant aux engins spatiaux une efficacité accrue, une durée de mission plus longue et une capacité de charge utile renforcée.

Les équipes européennes participant à ce programme comprennent plusieurs consortiums dirigés par le belge Tractebel, le Centre national de la recherche scientifique (CNRS) français et OHB Czech Space. Les recherches couvrent une gamme allant de petites sources d'énergie nucléaire produisant plusieurs centaines de kilowatts à des sources de puissance de l'ordre de plusieurs mégawatts. L'ESA a indiqué que 100 kilowatts est considéré comme le seuil minimal pour qu'un système de propulsion nucléaire électrique ait une utilité pratique, car en dessous de cette puissance, les systèmes solaires pourraient encore offrir un avantage en termes d'efficacité.

Outre la propulsion des engins spatiaux, l'énergie nucléaire est également considérée comme une option énergétique clé pour les futures bases lunaires. La nuit lunaire dure environ 14 jours terrestres, période durant laquelle les panneaux solaires ne peuvent pas produire d'électricité. Pour établir des installations lunaires fonctionnant à long terme, il est nécessaire de recourir à des dispositifs de stockage d'énergie à grande échelle ou d'utiliser des sources d'énergie indépendantes telles que des réacteurs nucléaires. L'ESA estime que les petits réacteurs nucléaires pourraient alimenter en continu les systèmes de communication, les véhicules lunaires, les robots, les installations scientifiques et les modules d'habitation, réduisant ainsi la dépendance aux grandes batteries et aux panneaux solaires.

La question de la sécurité constitue un défi majeur pour les applications de l'énergie nucléaire dans l'espace. L'ESA étudie actuellement des conceptions de réacteurs visant à maintenir le réacteur à l'état inactif pendant la phase de lancement et à ne l'activer qu'une fois en orbite sûre, afin de réduire le risque de fuite de combustible nucléaire en cas d'accident de lancement.

En ce qui concerne l'approvisionnement en combustible nucléaire, l'Europe fait progresser le projet baptisé “Endure”. Ce projet, dirigé par Tractebel et soutenu par le Centre d'étude de l'énergie nucléaire (SCK CEN) belge, vise à établir une chaîne d'approvisionnement européenne autonome en plutonium-238 pour les missions spatiales. Le plutonium-238 n'est généralement pas utilisé dans les réacteurs nucléaires conventionnels, mais il peut être employé dans les générateurs thermoélectriques à radioisotopes, communément appelés “piles nucléaires”, adaptés à l'alimentation électrique des sondes d'exploration spatiale profonde opérant dans des zones à ensoleillement insuffisant.

Les études associées estiment que l'Europe dispose des bases nécessaires pour développer cette chaîne d'approvisionnement, notamment les matières premières telles que le neptunium-237, les installations de réacteurs de recherche ainsi que l'expertise technique accumulée en Belgique, en France et dans d'autres pays. L'ESA a mis en place une équipe dédiée pour poursuivre les recherches sur la propulsion nucléaire spatiale et le système d'approvisionnement en combustible associé.