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Moteur de fusée : l'Europe dans la course à l'oxygène-méthane

Xavier Boivinet

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Moteur de fusée : l'Europe dans la course à l'oxygène-méthane

La chambre de combustion du moteur M10 a été testée aux États-Unis en février 2020. Développé par l'italien Avio, ce moteur alimenté à l'oxygène et au méthane liquide équipera Vega-E - évolution de Vega-C - en 2025.

© ESA/NASA

Simple à mettre en œuvre et bon compromis entre coût et performance, le couple d'ergols oxygène-méthane séduit pour propulser les lanceurs de demain. Face aux américains et aux chinois déjà bien engagés dans la course, les acteurs européens travaillent sur plusieurs fronts. Zoom sur les projets d'ArianeGroup, Avio, Omnidea et du Centre italien de recherche aérospatiale, présentés lors de la Space Propulsion Conference organisée par l'association aéronautique et astronautique de France (3AF) et qui se déroule en ligne du 17 au 19 mars.

Le LOx-méthane veut propulser les futurs lanceurs spatiaux. Ce couple d'ergols oxygène-méthane liquides s'affirme pour l'alimentation des moteurs de fusée face aux couples oxygène-hydrogène ou oxygène-kérosène utilisés aujourd'hui. Il a été mis à l'honneur lors du premier jour de La Space Propulsion Conference (SPC2021), qui se tient en ligne du 17 mars au 19 mars.

Le 17 mars a ainsi été l'occasion de faire le point sur l'avancement du moteur Prometheus d'ArianeGroup et du M10 de l'italien Avio, mais aussi de découvrir les projets plus discrets du portugais Omnidea et du Centre italien de recherche aérospatiale. La SPC2021 montre ainsi que l'Europe est engagée dans cette évolution majeure des lanceurs, alors que les moteurs Raptor du Starship de SpaceX utilisent déjà le Lox-méthane.

Une technologie que développe aussi Blue Origin avec son moteur BE-4. En Chine, plusieurs sociétés s'y intéressent également. Et pour cause : le Lox-méthane simplifie à la fois les sous-systèmes du moteur et l'approvisionnement du carburant, a résumé Daniele Kajon, ingénieur propulsion senior chez Avio.

Prometheus : ArianeGroup bientôt sur le banc d'essai

En Europe, Prometheus est le projet phare en matière de motorisation des futurs lanceurs : d'une poussée de 100 tonnes, Prometheus est le précurseur d'une famille de moteurs destinés aux successeurs d'Ariane 6. Objectif : atteindre un coût de 1 million d'euros - dix fois moins que Vulcain - et être potentiellement réutilisable. Conçu par ArianeGroup et le Centre national d'études spatiales (Cnes), il est développé pour le compte de l'Agence spatiale européenne (Esa).

Le premier modèle de test (M1) devrait être livré « dans les prochaines semaines » a précisé ArianeGroup lors de la conférence. A Lampoldshausen (Allemagne) un stand d'essai de l'Agence spatiale allemande (DLR) se prépare à l'accueillir pour des tests grandeur nature l'an prochain.

M10 : Avio fait passer le méthane à l'étage supérieur

Développé par l'italien Avio pour l'Esa, le moteur M10 doit équiper Vega-E. En 2025, ce lanceur européen succédera à Vega-C – dont le vol inaugural est prévu cette année avec une capacité d'emport supérieure à Vega. D'une poussée de 10 tonnes, le M10 simplifie l'architecture du lanceur en réduisant le nombre d'étages : les deux derniers étages de Vega-C sont remplacés par un unique dernier étage avec le M10 sur Vega-E.

La chambre de combustion a été testée aux États-Unis en 2020. En cours d'intégration, le premier modèle de développement complet du moteur devrait être testé cette année en Sardaigne (Italie), précise M. Kajon : « Tester tous les sous-systèmes ensemble est une grosse étape pour le projet. » Au moins deux autres modèles de développement, plus complexes, devraient suivre.

Omnidea : après le gaz, la cryogénie

Bureau de R&D portugais spécialisé dans le spatial, Omnidea travaille sur un moteur oxygène-méthane de 2,5 tonnes de poussée. Des tests ont été menés en septembre 2020 avec de l'oxygène et du méthane à l'état gazeux. Un choix plus simple et moins ambitieux, mais vu comme une première étape.

Dans un second temps, Omnidea envisage d'aller vers une version cryogénique, c'est à dire en utilisant de l'oxygène et du méthane liquides comme c'est le cas pour les projets précédemment cités. « Nous envisageons de tester un premier démonstrateur cryogénique l'année prochaine », précise Omnidea.

Hyprob-New : le CIRA multiplie les prototypes

Lancé par le ministère de la Recherche italien et supervisé par le Centre italien de recherche aérospatiale (CIRA), le projet Hyprob-New a une portée expérimentale. Des prototypes de sous-systèmes - chambres de combustion, têtes d'injection... - sont conçus et testés pour aboutir au démonstrateur d'un moteur de 3 tonnes de poussée. « Nous espérons les premières mises à feu cette année, avant de finaliser une version optimisée en 2022 », a indiqué Francesco Battista, responsable du laboratoire de propulsion spatiale au CIRA.

Des travaux sont également menés sur la production de ces éléments grâce à la fabrication additive – une technologie commune à la grande majorité des développements des moteurs du futur.

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