Moteur plasma : objectif Mars en… 39 jours !

Publié le dimanche 12 décembre 2010 à 12H00 - Vu 195 fois

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Franklin Chang Diaz, physicien et astronaute costaricain, est aux commandes d'un projet qui fait rêver : un moteur qui pourrait permettre d'aller sur Mars en… 39 jours. A peine plus d'un mois pour parcourir 232 millions de kilomètres ! Et si lui et son équipe de 25 ingénieurs sont actuellement si excités, c'est parce que les derniers résultats laissent penser que leur engin s'annonce comme le meilleur candidat pour le rôle. L'objectif « planète rouge » est dans toutes les têtes, les moyens d'y parvenir manquent cruellement à l'appel. Car avec les moteurs spatiaux actuels, les astronautes sont condamnés à voyager six mois au minimum pour parcourir l'immense distance qui sépare la Terre de Mars.
Des travaux entamés il y a trente ans
Six mois, c'est long. C'est surtout dangereux pour les hommes à bord qui seront exposés durant tout ce temps non seulement à une pluie de radiations cosmiques X et gamma, toxiques pour la santé, mais également à un effet d'apesanteur, source d'ostéoporose.
C'est pour résoudre ce casse-tête « mission lointaine, courte durée » que Franklin Chang Diaz s'est attaqué à la conception d'un nouveau moteur, il y a maintenant trente ans. A l'époque, le Costaricain menait des recherches au MIT sur la fusion nucléaire et sur la physique des plasmas, du nom de cet état ionisé de la matière qui réagit aux champs électriques et magnétiques. C'est là qu'il dessina son tout premier croquis de propulseur.
Depuis, il n'a eu de cesse de résoudre ce défi. Il s'y est même consacré à plein-temps de 1993 à 2005, quand il dirigeait le laboratoire de propulsion spatiale de la Nasa. En parallèle, il a eu la chance, en tant que scientifique, de s'envoler sept fois dans l'espace entre 1986 et 2002, totalisant 1.600 heures de vol. De ces expériences est né son bébé, baptisé Vasimr (« Variable specific impulse magnetoplasma rocket » ou fusée magnétoplasmique à impulsion spécifique variable). Soit un gros moteur qui reprend le principe de fonctionnement des moteurs électriques spatiaux : chauffer un gaz neutre (argon, xénon, hydrogène) pour le transformer en plasma, puis l'accélérer pour engendrer une poussée. Mais, à la différence des moteurs existants où le plasma est confiné par des parois isolantes en céramique, Chang Diaz a décidé de confiner son plasma entre deux miroirs magnétiques. N'étant plus en contact avec les parois et les pièces du moteur, il peut ainsi atteindre des températures de plus d'un million de degrés, sans détériorer le dispositif. Un procédé proche de celui utilisé dans les travaux sur la fusion nucléaire. L'avantage, c'est qu'à très haute température, les particules du plasma vont se déplacer très vite. Et, plus leur vitesse sera élevée, moins le moteur consommera pour fournir une vitesse donnée.
Deuxième atout clé de cette technologie de confinement : Vasimr est prévu pour fonctionner avec une puissance importante (de plusieurs mégawatts), là où les moteurs électriques actuels se montrent limités par la fragilité de leurs matériaux. Enfin, l'ionisation et l'accélération étant réalisées par deux étages distincts, il est possible tour à tour de favoriser la poussée (en injectant plus de gaz, donc en produisant plus d'ions) ou de limiter la consommation de carburant (en chauffant beaucoup le plasma et en l'éjectant très vite). Et en septembre dernier, plusieurs tests en laboratoire ont donné d'un seul coup de la crédibilité à son invention. Un prototype de son moteur, baptisé VX-200, a ainsi réussi à fournir une poussée de 4,2 newtons avec une puissance électrique de 200 kW, un niveau de puissance que les scientifiques comptent tester dans l'espace lors des premiers essais.
Si les premiers essais de Vasmir dans l'espace s'avèrent concluants, Chang Diaz compte s'attaquer à plus long terme à l'objectif ultime : Mars en 39 jours… Le plus gros défi sera de réussir à passer de 200 kW à 200 MW, c'est-à-dire multiplier par mille la puissance obtenue en laboratoire ! D'où la nécessité de recourir à un réacteur nucléaire. Mais pour atteindre une telle valeur, il faudra changer complètement la technologie de conversion de l'énergie des réacteurs, sans quoi le système sera trop lourd pour voler. Et cela nécessite sûrement quarante à cinquante ans de recherche.
Pour tenir les objectifs assignés par Barack Obama, peut-être faudra-t-il que Chang Diaz se contente d'abord d'un moteur de 10 MW. Cela permettra d'aller sur Mars en trois mois, en multipliant la puissance seulement par 50. Un objectif réalisable à une échéance de 2035.
D'après Muriel Valin