SCIENCE  Ad Astra

OBJECTIF Mars

Propulser des fusées jusqu’à 10 fois plus vite... avec une fraction du carburant. C’est le rêve de l’entreprise Ad Astra, qui veut réinventer le moteur spatial. La Presse s’est rendue à Houston pour voir cet engin qui pourrait nous emmener sur Mars.

UN REPORTAGE DE PHILIPPE MERCURE ET D'EDOUARD PLANTE-FRÉCHETTE

Recréer l’espace derrière un centre commercial

Houston, — Texas — L’entreprise Ad Astra, à Houston, est située derrière un petit centre commercial dans lequel on trouve un comptoir à sushis, une agence de location de voitures et un salon de massage pour les pieds. Impossible de deviner que ce bâtiment quelconque abrite un moteur de fusée unique au monde. Qu’on s’y amuse à générer des températures de plusieurs millions de degrés Celsius. Et que des ingénieurs et des physiciens y ont fabriqué une boîte capable de reproduire… le vide et le froid galactiques.

C’est seulement lorsque le vice-président à la recherche d’Ad Astra, Jared Squire, pousse la porte de l’entrepôt principal qu’on se retrouve plongé dans un autre univers. Un monde situé quelque part entre celui de Star Trek et celui de Jules Verne.

Au milieu de la pièce trône un cylindre d’acier inoxydable de dix mètres de long et quatre mètres de diamètre. Autour se déploie un impressionnant fouillis de tuyaux, de valves, d’échelles, de fils électriques, de machines électroniques et d’ordinateurs. Un bruit mécanique et répétitif remplit le hangar – M. Jared nous explique qu’il est généré par des refroidisseurs.

À l’une des extrémités du cylindre, un couvercle ouvert laisse voir un prisme hexagonal de la taille d’un four qui brille d’un éclat doré, marqué des lettres « Ad Astra ».

« Le moteur qui va nous emmener sur Mars », lance M. Squire en guise de présentations.

Des fusées plus légères et plus rapides

Ad Astra, qui compte 11 employés, veut réinventer le voyage spatial. L’objectif : éliminer les gigantesques réservoirs de carburant qui flanquent les fusées actuelles et qui en font des titans pesant des milliers de tonnes.

« Aujourd’hui, la majorité de la masse d’une fusée n’est pas constituée par la charge utile à transporter, mais par son carburant », dit Jared Squire.

« C’est l’approche “force brute” que continue de suivre Elon Musk, par exemple, avec son Big Falcon Rocket. Si on parle de voyages près de la Terre, ça marche. Mais si on parle d’expéditions vers Mars, c’est une bataille perdue. On se heurte aux limites de la chimie. »

— Jared Squire

Avec une fusée traditionnelle, on prévoit qu’un voyage vers Mars durerait huit mois – un défi pour les astronautes, qui seraient exposés à de dangereuses radiations pendant le voyage. Ad Astra croit pouvoir réduire ce temps de moitié. Pour ce faire, elle mise sur une technologie baptisée VASIMIR, acronyme anglais désognant la « propulsion magnétoplasmique à impulsion spécifique variable ». En gros, l’idée est d’utiliser du courant électrique et des champs magnétiques pour chauffer un gaz à plus d’un million de degrés Celsius et le transformer en plasma, ce quatrième état de la matière dans lequel les électrons se détachent des atomes. Puis d’éjecter cette soupe de particules chargées à des vitesses phénoménales (plus de 100 000 km/h) afin de propulser la fusée (voir onglet suivant pour les détails).

L’autre différence du moteur d’Ad Astra est qu’il pousserait la fusée en continu, au lieu de lui donner une forte impulsion de départ et la laisser filer sur sa lancée comme les moteurs à combustion. Pour un voyage vers Mars, cela permet d’envisager des tracés différents.

Ad Astra estime que dans les conditions optimales, son moteur pourrait aller jusqu’à 10 fois plus vite qu’un moteur conventionnel.

Du MIT à la NASA

Ad Astra a été fondée par l’ex-astronaute de la NASA Franklin Chang Diaz. Les travaux ont débuté dans les années 70 dans un laboratoire du MIT, avant d’être transférés en 1995 au Centre spatial Lyndon B. Johnson, à Houston, sous la responsabilité de la NASA. « Nous étions un petit laboratoire qui roulait avec de petits fonds, raconte Jared Squire. On était des fouilleurs de poubelles, littéralement. Quand ils fabriquaient des parties de la Station spatiale internationale, on ramassait les déchets et on les assemblait. »

En 2005, coup de théâtre. Le président George W. Bush réoriente les fonds de la NASA vers un éventuel retour sur la Lune, laissant sur le carreau ceux qui travaillent sur des technologies de propulsion avancée. « Dans notre communauté, on a appelé ça le lundi noir », lance M. Squire. Les ingénieurs et physiciens qui travaillent déjà à cette époque sur le moteur actuel parviennent à convaincre des investisseurs privés de soutenir le projet et s’installent derrière un centre commercial du boulevard Bay Area, à quelques kilomètres des installations de la NASA.

Recréer l’espace sur Terre

Le moteur d’Ad Astra, aujourd’hui, fonctionne. C’est évidemment une bonne nouvelle, mais ce n’est pas sans causer quelques maux de tête. Dans l’espace, propulser de la matière à des températures et des vitesses extrêmes ne dérange personne. Sur Terre, c’est une autre paire de manches. Jared Squire montre les tôles d’acier recouvertes de graphène qui encaissent les jets de plasma éjectés par le moteur. Elles sont couvertes de marques, et la poussière de carbone qui s’en détache à chaque test recouvre une bonne partie des installations.

« Ce sont des problèmes qu’on aime », lance M. Squire.

« Chaque fois qu’on cause un nouveau problème à nos installations, ça veut dire que le moteur fonctionne mieux. Si on brûle une sonde ou une autre pièce d’équipement, on se dit que le moteur fait ce qu’il a à faire. »

— Jared Squire

Le moteur lui-même occupe un volume d’à peine un mètre cube. Tout le reste de l’immense cylindre est une chambre sous vide conservée à très basse température afin de recréer les conditions dans lesquelles il serait normalement utilisé – une « bouteille Thermos géante », comme le dit M. Squire.

« Simuler l’espace est un grand défi. Une grande partie de nos coûts est de faire fonctionner cette chambre sous vide », dit Jared Squire. Ad Astra a signé un contrat avec la NASA, au terme duquel elle devra montrer que le moteur peut fonctionner avec une puissance de 100 kW pendant 100 heures consécutives. Jusqu’à maintenant, le moteur a accumulé 100 heures de fonctionnement, mais à coups de minutes. La plus longue séquence atteint 20 minutes. « Dès avril, nous prévoyons passer rapidement à des opérations de plusieurs heures », dit Jared Squire.

« Ici, les défis sont très terre à terre. Vous avez un doctorat en physique et vous finissez par faire un travail de plombier », continue M. Squire en montrant tous les tuyaux qui servent à refroidir le système.

Devant la machine se trouvent des bonbonnes d’argon d’un peu plus d’un mètre de hauteur. Selon Jared Squire, six de ces bouteilles suffisent à alimenter le moteur de façon continue pendant deux semaines.

Prochain objectif : tester le moteur dans l’espace d’ici cinq ans. Et espérer le voir emmener des humains vers Mars lors des missions prévues pour les années 2030.

Le moteur VASIMIR

Le fonctionnement du moteur en cinq étapes

Étape 1

L’injecteur envoie le gaz qui sert de propulseur dans le moteur (généralement de l’argon, mais plusieurs éléments peuvent être utilisés).

Étape 2

Des antennes « hélicon » bombardent le gaz d’ondes électromagnétiques, ce qui chauffe le gaz et arrache les électrons des atomes, créant un plasma « froid » à 30 000 °C.

Étape 3

Des superconducteurs génèrent un champ magnétique qui confine le plasma.

Étape 4

Une deuxième antenne appelée ICH, pour Ion Cyclotron Heating, vient renforcer les oscillations naturelles du plasma pour l’exciter et le chauffer à des températures supérieures à 1 million de degrés Celsius.

Étape 5

Le plasma à haute température est éjecté du moteur à plus de 100 000 km/h, ce qui propulse la fusée.

Une connexion canadienne

Si le moteur d’Ad Astra va un jour sur Mars, on pourra dire que c’est en partie dû à du contenu canadien. Pour exciter le plasma, Ad Astra doit faire osciller du courant électrique à très haute fréquence, de l’ordre d’un million d’oscillations par seconde. Pour l’instant, l’entreprise utilise des appareils situés à l’extérieur de la pièce sous vide. Mais une petite entreprise d’Halifax, Aethera Technologies, planche sur des appareils qui pourront résister au vide et aux forts champs magnétiques, comme ce sera le cas dans une vraie utilisation.

« Nous développons ces appareils expressément pour les besoins d’Ad Astra, mais nous espérons qu’ils auront d’autres applications industrielles », explique Tim Hardy, directeur de la technologie de la petite boîte canadienne. De tels appareils pourraient par exemple aider à chauffer certaines pièces d’équipement utilisées dans l’industrie du forage ou du pétrole.

La question nucléaire

Il faut de l’électricité pour transformer le gaz qui sert à propulser le moteur VASIMIR en plasma. Pour ça, Ad Astra envisage deux choix : le solaire ou le nucléaire. Pour les voyages près de la Terre, les panneaux solaires sont à privilégier. Mais pour une expédition vers Mars, il faudra vraisemblablement s’équiper d’un réacteur nucléaire. Jared Squire admet que cela risque de provoquer des problèmes politiques. « Il faut une nation pour faire ça », dit-il.

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