Le CNES : utilisation de l'hydrazine pour les fusées
Le 5 avril 2022, Arianespace a signé avec Amazon un contrat de lancements de 18 fusées Ariane 6, pour contribuer à la mise en orbite de sa constellation Kuiper. Ariane 6 est un programme financé à 52% par la France, via le CNES.
Le CNES, Centre National d’Études Spatiales, est toujours à la recherche de plus d’efficacité pour ses engins spatiaux, et moins de dégâts sur l’environnement. Dans l’optique d’un futur plus « propre », le développement de nouveaux ergols (L’ergol est une substance homogène utilisée pour procurer de l'énergie aux engins spatiaux) est envisagé. Des ergols plus denses et énergétiques seraient efficaces pour optimiser les performances des lanceurs. Aujourd’hui, les ergols les plus fréquents sont constitués d’hydrazine.
Qu'est ce que le CNES ?
Le Centre National d'Etudes Spatiales (CNES), a été créé en 1961 par le gouvernement français. C'est un établissement public à caractère industriel et commercial (EPIC) qui est en charge du développement des activités spatiales de la France. Le CNES a pour mission de proposer au gouvernement français les orientations de sa politique spatiale et de mettre en œuvre, avec le concours de ses partenaires de l'industrie, de la recherche et de la défense, les programmes décidés.
C'est aujourd'hui un acteur majeur du domaine spatial. Avec ses quatre centres (deux à Paris, un à Toulouse et un à Kourou, en Guyane), le CNES compte aujourd'hui plus de 2350 hommes et femmes qui travaillent, ensemble, pour l'excellence, dans le souci de répondre aux enjeux de demain.
Le CNES travaille avec une politique RSE très forte, construite autour de 5 axes :
- Agir en employeur responsable
- Promouvoir un espace protecteur et durable
- Créer de la valeur partagée grâce au spatial
- Réduire notre empreinte environnementale
- Accompagner la résilience des territoires
Au CNES, chaque jour est un nouveau défi concernant l'environnement et son avenir.
La situation actuelle
Les satellites et stations spatiales restent généralement en orbite pendant très longtemps. Pendant ce temps, elles répandent des ergols. L’ergol est un combustible servant à procurer de l’énergie aux engins spatiaux. Etant donné que c’est une substance non présente en dehors de l’atmosphère terrestre, l’ergol s’embrase s’il se trouve en présence d’un gaz autre que l’oxygène.
Aujourd’hui, les ergols les plus fréquents sont constitués d’hydrazine. Ce composé chimique d’azote et d’hydrogène est hautement toxique et instable. Généralement, les combustibles constitués d’hydrazine sont tellement dangereux et cancérigènes qu’il faut se vêtir d’un habit adapté pour les manipuler, comme les astronautes. Même si des mesures sont prises pour limiter sa présence dans l’atmosphère, c’est tout de même plus de 10 000 tonnes de combustibles à base d’hydrazine qui sont rejetés chaque année.
Objectif 2040
« L’objectif semble lointain, mais il se prépare dès aujourd’hui. À l’horizon 2040, plusieurs ruptures technologiques devraient permettre de développer des lanceurs radicalement différents avec des ambitions fortes en matière de coût, de performances et d’usages. Le CNES, notamment au travers de l’initiative Ariane Ultimate, s’implique dans l’émergence de ces innovations futures qui concerneront aussi bien les structures des lanceurs que les moteurs et les ergols qui les alimentent. Sur ce dernier point, la réflexion sur le concept avancé d’ergols HEDM (high energy density material) suscite un intérêt particulier. Ces molécules, qui n’existent pas à ce jour, présenteraient l’avantage d’être plus énergétiques (high energy) et plus denses (density material). » CNES
Qu’est-ce que l’hydrazine ?
L’hydrazine est, à température ambiante, un liquide incolore. Son odeur est comparable à celle de l'ammoniac. L'hydrazine est un composé inflammable, corrosif et irritant.
Le secteur de l’aérospatial, dont le CNES, est le plus gros consommateur d’hydrazine pure. En effet, l’hydrazine pure et ses dérivés sont utilisés depuis plus de 50 ans comme propergol, en association avec du tétraoxyde de diazote dans les fusées (notamment Ariane) ; l’hydrazine est utilisée généralement seule comme ergol dans les moteurs à faible poussée (mais grande précision) permettant le positionnement sur orbite des satellites et des sondes spatiales.
Les effets sur l'Homme sont :
- Des inflammations et des brûlures lors d'un contact avec les yeux et l'épiderme.
- L'ingestion, même de courte durée, est susceptible d'attaquer le système nerveux et provoquer la mort.
- Des contacts répétés peuvent occasionner des lésions au foie et aux reins.
Pour en savoir plus, consultez cet article : L'hydrazine, à quoi s'attendre avec l'évolution de la norme ?
Comment fonctionneront les lanceurs à l'avenir ?
> Tout d'abord, savez-vous d’où vient l’énergie permettant à une fusée de s’élever et de gagner l’espace ?
L'énergie est produite par une combustion, celle d'un carburant (ou réducteur) et d'un comburant (ou oxydant). Ces substances sont appelées des ergols. Plusieurs types de carburants liquides existent, mais au CNES, sur les lanceurs Ariane, c’est de l’hydrogène à -250°C qui est utilisé. Pour le comburant, il s’agit le plus souvent d’oxygène liquide.
Sur Ariane 6, ces ergols, mis dans des réservoirs juste avant le lancement, vont alimenter le moteur Vulcain 2.1 de l'étage principal (156 tonnes d'ergols) et le moteur Vinci de l'étage supérieur.
> Et alors, à l'avenir ?
Sur les futurs lanceurs, un nouvel ergol pourrait être utilisé comme carburant en remplacement de l’hydrogène liquide. Il s’agit du méthane liquide, qui présente l’intérêt d’être liquide à une température proche de celle de l’oxygène (-160°C) et d’avoir une masse volumique plus importante (440 kg/m3, à comparer à 70 kg/m3 pour l’hydrogène liquide). Ces caractéristiques le rendraient moins cher et plus simple à utiliser.
Source : cnes.fr
Le matériel utilisé pour les lancements
Analyseur de gaz SPM FLEX
Détecteur monogaz X-AM 5100
