Après cinquante longues années, l’Administration américaine vient de relancer l’étude de la propulsion nucléaire pour ses vaisseaux spatiaux avec l’objectif d’en faire une démonstration en vol en 2027. C’est une révolution. J’ai pensé que Pierre-André Haldi était la personne la plus qualifiée pour vous en parler puisqu’il a formé pendant de longues années les étudiants de l’EPFL sur les systèmes énergétiques, notamment nucléaires, et les questions de sécurité/fiabilité qui y sont liées. Je lui passe donc la plume pour cette semaine et la semaine prochaine. Vous apprendrez avec lui tout ce qu’il convient de connaître sur la propulsion nucléaire thermique, ses extraordinaires capacités, et ses quelques inconvénients :
Peut-être inspirée par la série ”Game of Thrones” (!), la NASA vient de conclure le 24 janvier 2023 un accord de coopération (Non-reimbursable Interagency Agreement) avec la DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency1)) pour faire voler dans l’espace avant la fin de la présente décennie son propre ”dragon” (DRACO, pour : Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations2)), en l’occurrence un vaisseau à propulsion nucléaire thermique destiné in fine à faciliter l’accès à la planète Mars. Pour mieux comprendre le pourquoi et le comment de cette relance d’une technologie laissée en sommeil pendant plus de 40 ans, il n’est pas inutile de revenir sur les principes de base de la propulsion spatiale et l’intérêt que présente l’énergie nucléaire dans ce domaine.
Pour se mettre en orbite, ou pour toute manœuvre de modification de trajectoire, les engins spatiaux font appel à des moteurs-fusées qui mettent en œuvre le bien connu principe action = réaction. Ces moteurs éjectent ”quelque chose” (gaz, particules ionisées …), ce qui leur permet de donner à l’engin spatial une impulsion dans la direction opposée ; cette impulsion est d’autant plus forte que le débit et la vitesse des masses éjectées sont grands (poussée F = D . ve). Action et réaction sont des forces, et une force dont le point d’application se déplace effectue un travail ou, en d’autres mots, une dépense d’énergie. Toute la question, dans le domaine spatial comme dans tout autre, est donc de chercher la source d’énergie présentant la meilleure efficacité. Dans le domaine de la propulsion spatiale, cette efficacité est donnée par l’impulsion spécifique, un paramètre qui fait intervenir le quotient de l’impulsion fournie à la fusée par la consommation en une seconde d’un kilogramme-poids de propergol (Isp = F/(D.g) = ve/g, g étant l’accélération de la pesanteur terrestre, soit 9,81 m/s2). L’impulsion spécifique se mesure en secondes, c’est la durée pendant laquelle un kilogramme de propergol produit la poussée nécessaire pour soulever une masse d’un kilogramme dans le champ gravitationnel terrestre (c’est-à-dire une poussée de 9,81 newtons). On comprend donc que plus l’impulsion spécifique est élevée, meilleure est l’efficacité de la propulsion.
La première, et jusqu’ici pratiquement la seule, énergie mise en œuvre pour la propulsion des fusées repose sur un phénomène chimique des plus courants, la combustion (qui du point de vue chimique est une oxydation) d’un carburant en présence d’un comburant ou oxydant. A remarquer qu’il n’est pas forcément nécessaire de faire intervenir séparément un carburant et un comburant, que l’on désigne sous le nom général de propergols, car la décomposition d’un seul corps peut dans certains cas également donner lieu à un dégagement de chaleur important (la bombe volante V1 de sinistre mémoire utilisait par exemple la décomposition d’eau oxygénée, H2O2). De nombreuses combinaisons de carburant (le plus souvent un composé de carbone et/ou d’hydrogène) /comburant (oxygène ou composé oxygéné de l’azote, ou du fluor) ont été utilisées au fil des années, avec des impulsions spécifiques allant de 230 secondes pour des propergols peu évolués mais d’un autre côté peu coûteux, jusqu’à 450 secondes avec l’hydrogène liquide (LH2) associé à l’oxygène liquide (LOX). Cette bonne performance du couple hydrogène/oxygène s’explique par le fait que la vitesse d’éjection que peut produire un moteur-fusée est proportionnelle à la racine carrée de la température atteinte dans la chambre de combustion et inversement proportionnelle à la masse moléculaire des gaz éjectés. Or non seulement la température de combustion de l’hydrogène H2 est élevée (2130 °C), mais encore c’est le corps qui présente la plus faible masse molaire (2 g/mol) ; à noter cependant que ce n’est pas l’hydrogène lui-même qui est éjecté dans ce cas, mais le produit de sa combustion avec l’oxygène qui donne de la vapeur d’eau (combustion par conséquent non polluante !), de masse molaire 18 g/mol. L’intérêt du couple LH2-LOX est tel que son utilisation tend à se généraliser, malgré les importantes difficultés techniques à surmonter. Ces deux ergols, mais tout particulièrement l’hydrogène, posent en effet des problèmes de stockage et d’alimentation (pompes, tuyauteries) du fait qu’ils doivent être maintenus à des températures extrêmement basses – à pression atmosphérique : -253 °C pour l’hydrogène et -183 °C pour l’oxygène – afin d’éviter qu’ils ne s’évaporent. La faible densité de l’hydrogène impose par ailleurs des réservoirs très volumineux, raison pour laquelle on utilise généralement le couple LH2-LOX pour propulser les étages supérieurs des lanceurs lourds uniquement. Quoi qu’il en soit, on atteint là une limite physique, on ne peut espérer obtenir des impulsions spécifiques supérieures si l’on se restreint à la combustion d’ergols.
Et c’est là qu’intervient l’énergie nucléaire, qui ne connaît pas, elle, cette limite. Fondamentalement, un moteur-fusée nucléaire ne se distingue guère de son pendant chimique, il s’agit toujours de porter un gaz à très haute température et de l’éjecter ensuite en le détendant au travers d’une tuyère qui lui confère une vitesse de sortie élevée. La différence principale réside dans la manière de porter ce gaz à haute température, plus besoin ici de combustion, ce sont les réactions de fission réalisées au cœur d’un réacteur qui fournissent l’énergie nécessaire3) (le fluide à éjecter traversant le cœur en question pour s’échauffer). Cette importante différence a deux conséquences majeures : 1/ la température n’est plus limitée par une température de combustion donnée mais uniquement par celle que peuvent supporter les matériaux de structure sans se mettre à fondre, 2/ il devient possible d’éjecter directement de l’hydrogène, et non plus le produit de sa combustion avec l’oxygène, bénéficiant ainsi pleinement de sa faible masse molaire. Pas étonnant donc que l’on arrive ainsi à réaliser des impulsions spécifiques de l’ordre du double de celle obtenue avec le couple LH2-LOX, un gain de performance considérable permettant de raccourcir la durée des trajets. Un autre avantage décisif de l’énergie nucléaire, surtout lorsqu’on sait à quel point le facteur masse est critique en astronautique, est la très grande densité énergétique de son combustible ; si la combustion d’un kilogramme d’hydrogène dégage une énergie d’un peu moins de 40 kWh, ce sont environ 23 millions de kWh que produit la fission complète d’un kilogramme d’uramium-235, soit non loin de 600’000 fois plus!
Par contre, il n’est pas exact de prétendre, comme on le lit parfois, que la propulsion thermique nucléaire offrirait la possibilité d’une poussée quasi-continue sur la durée d’un trajet Terre-Mars par exemple. Même si le combustible nucléaire embarqué pourrait effectivement fournir au vaisseau de l’énergie non-stop sur plusieurs années, la propulsion reste, comme dans le cas de la combustion, tributaire des réserves d’ergols qui peuvent être stockées à bord d’un vaisseau spatial, réserves qui sont, elles, loin d’être inépuisables. Le nucléaire présente néanmoins là encore deux avantages sur la combustion, d’une part comme on l’a vu une utilisation plus efficace des quantités stockées ce qui permet d’obtenir avec celles-ci des Δv plus importants, et d’autre part le fait que le volume de réservoirs à disposition peut être entièrement utilisé pour stocker le fluide de propulsion (typiquement l’hydrogène) et non pas partagé avec le comburant nécessaire en plus dans le cas de la combustion. Le point négatif de la propulsion nucléaire (rien n’est jamais parfait !) est évidemment la radioactivité des produits de fission émise par tout réacteur en fonctionnement, ou ayant fonctionné, dont il convient de protéger l’équipage et les équipements sensibles. Cela nécessite d’intercaler des écrans de protection, inévitablement massifs et lourds, entre le réacteur et les quartiers d’habitation du vaisseau et de faire intervenir par ailleurs le facteur distance, raison pour laquelle les vaisseaux spatiaux à propulsion nucléaire présentent le plus souvent un aspect très allongé. Notons à ce propos que la crainte souvent évoquée dans le grand public des conséquences d’un éventuel accident (explosion) au lancement n’est pas fondée ; Il est en effet hors de question de mettre en service le réacteur embarqué tant que le vaisseau se trouve dans l’environnement terrestre (c’est-à-dire susceptible de retomber au sol, entier ou en morceaux). Or un réacteur qui n’a encore jamais fonctionné (le terme technique est : ”divergé”) ne renferme par définition aucun produit de fission ; il y a bien une certaine radioactivité de l’uranium lui-même, mais celle-ci est extrêmement faible et ne pose pas de problèmes. Un vaisseau à propulsion nucléaire thermique sera donc mis en orbite par un lanceur à propulsion chimique ”classique” et son réacteur activé uniquement lorsqu’une distance de sécurité suffisant avec la Terre aura été atteinte. Ensuite, le vaisseau devra rester à jamais dans l’espace, ce qui veut dire que s’il doit être réutilisé il devra être ravitaillé, et remis en état le cas échéant, en orbite.
- La DARPA a été créée en réponse à la mise en orbite par l’Union Soviétique de ”Spoutnik 1” en octobre 1957, une grande première, de retentissement mondial, qui a pris les Etats-Unis totalement par surprise. Pour éviter de se voir à nouveau ”brûler la politesse” à une autre occasion dans des secteurs technologiques stratégiques, la DARPA a reçu la mission d’effectuer une veille technologique dans tous les domaines d’intérêt crucial pour la défense nationale US et de lancer au plus tôt les actions de recherche et développement utiles dès qu’un tel domaine est identifié.
- Les Américains aiment bien donner à leurs projets des appellations dont l’acronyme signifie quelque chose. Dans le cas présent, la formulation est néanmoins aussi tarabiscotée (on imagine la prise de tête des responsables pour arriver à concocter dans ce cas un nom qui ait un sens !) qu’elle n’est pas très appropriée, le DRACO n’ayant pas pour vocation de se cantonner au final à des missions entre la Terre et la Lune.
- Il s’agit d’une application de la fameuse relation d’Einstein : E=Δmc2, qui indique que la disparition d’une certaine masse (”défaut de masse” Δm) au cours d’une réaction conduit à un dégagement d’énergie . Or, dans une réaction de fission la masse additionnée de tous les produits issus de la réaction – fragments du noyau d’origine plus 2 à 3 neutrons – est très légèrement inférieure à celle additionnée du noyau d’origine et du neutron qui a provoqué la cassure de celui-ci. Ce défaut de masse est certes très faible, mais compte tenu de la valeur élevée du facteur c2 (c, vitesse de la lumière, est égal à environ 300 millions de m/s) et du nombre extrêmement grand de fissions se produisant dans le cœur d’un réacteur, l’énergie totale dégagée est considérable.
Illustration de titre : Vue d’artiste du vaisseau DRACO. Ce vaisseau doit démontrer la capacité de fonctionnement d’un moteur-fusée thermique nucléaire. Crédit : DARPA/NASA/USSF
Je remercie Monsieur Brisson d’avoir publié la première partie de mon article sur la propulsion spatiale nucléaire. Je constate malheureusement que les formulations mathématiques (simples!) ont malencontreusement “sauté” dans le texte publié, ce qui rend certaines phrases difficiles à comprendre. Est-ce qu’il serait possible de corriger ce problème svp?
Je me permets une remarque à propos des limites de la propulsion chimique.
On peut envisager des monergols à base de cycle carbone polyazotés qui permettraient de dépasser les 400s d’ISP et peut-être d’atteindre 450s. Il faut reconnaitre qu’à l’heure actuelle, nous ne savons absolument pas les synthétiser.
CF les travaux d’Ariane Works :
https://www.aerospatium.info/ariane-works-une-plateforme-pour-linnovation-de-rupture/
@Xavier Philippon: Oui, c’est ce que j’ai écrit, avec la propulsion chimique on reste “bloqué” à de l’ordre de 450 secondes pour les impulsions spécifiques (un indicateur peu satisfaisant d’ailleurs, qui devrait être aujourd’hui abandonné au profit de simplement la vitesse d’éjection, mais voilà, difficile de lutter contre le poids de la “tradition” !), alors qu’avec la propulsion nucléaire thermique on double aisément ce chiffre (> 900 secondes) et on peut même aller beaucoup plus haut encore si on l’utilise en conjonction avec la propulsion ionique (mais c’est un autre sujet, que je ne traite pas dans le cadre du présent article).
@Pierre-André Haldi,
Les monergols auxquels je fais allusion seront probablement liquides à température ambiante. On économise donc la masse de l’isolation thermique.
Pour revenir à la propulsion nucléaire thermique, je pense que c’est effectivement une bonne solution pour des vaisseaux interplanétaires ou des remorqueurs spatiaux. Cela le restera tant qu’on aura pas trouvé le moyen de réaliser des propulseurs ioniques ou plasmiques de très forte puissance.
Les difficultés techniques sont loin d’être insurmontables. Nous avons fait de gros progrès en matériaux depuis les prototypes des années 60. Mon avis est que nous pouvons nous contenter de technologies déjà maitrisées pour réaliser les premiers moteurs nucléo-thermique. Ce sera bien moins complexe que de réaliser le télescope James Webb. La seule réelle inconnue, c’est où faire les premiers essais, sur Terre ou dans l’espace ?
On notera, qu’un des plus gros frein au nucléaire spatial est la crainte de l’opinion publique. Aujourd’hui, celle-ci me semble plutôt favorable est au pire, neutre sur le sujet. Comme vous le soulignez, un réacteur qui n’a jamais divergé, est peu radioactif. Il me semble que si on traite la satellisation d’un réacteur spatial comme celle des humains, le niveau de sécurité est acceptable.
C’est donc le bon moment pour lancer un tel projet.
Evidemment on est dans le même domaine, mais il me semble que les problèmes rencontrés ici font penser à ceux de la recherche en vue de créer des centrales électriques utilisant la fusion nucléaire. D’abord la résistance des « matériaux de structure » à la très haute température (confinement magnétique?). Ensuite comment atteindre la très haute température: solénoïde + effet joule, atomes de deutérium à très haute énergie, utilisation de micro-ondes…. On n’y est pas encore mais cela existe dans la nature (soleil) donc cela est possible. De même dans la propulsion nucléaire de fusées, espérons qu’on y arrivera un jour pour la très grande vitesse. Besoin de réserves d’ergols : l’énergie n’apparaît pas par génération spontanée, il faut de la matière à transformer au départ même dans le cas du nucléaire. Monsieur Brisson en tant que vulgarisateur scientifique essaie de maintenir l’équilibre entre le souci d’une information riche et le besoin de ne pas rebuter, peut-être pourrez-vous lui pardonner son omission de vos formules ? Le sujet est peut-être appelé à devenir vaste au fur et mesure qu’on trouvera des innovations. Quel combustible autre que l’uranium 235 ? Et aussi, question passionnante : quelle vitesse maximum pensez-vous possible par les fusées nucléaires ? Quoi qu’il en soit, on peut vous remercier pour votre exposé sur un sujet peu abordé en français.
@MARTIN: Je n’ai absolument rien à “pardonner” à Monsieur Brisson, ce n’est pas par omission volontaire de sa part que les formules (très simples) avaient disparu mais de la faute d’un simple problème de transposition d’un texte Word utilisant l’éditeur de formules de ce programme. Rien de grave, juste un petit problème technique à corriger, ce qui a maintenant été fait!
Je ne vois pas par ailleurs très bien le lien que vous faites avec la fusion. ce n’est pas du tout la même problématique; en fusion les températures sont telles (nettement plus élevées que dans le Soleil) que le problème n’est pas de trouver des matériaux capables d’y résister (il n’y en a tout simplement pas), mais d’éviter que le plasma touche les parois (surtout pour éviter d’ailleurs qu’il se refroidisse en-dessous des températures permettant les fusions) en le maintenant à l’écart par de puissants champs magnétiques.
Je ne comprends pas non plus votre remarque sur la génération spontanée dans le cas du nucléaire; j’ai bien précisé que ce n’est pas le cas, mais la densité énergétique du combustible nucléaire est telle qu’une relativement petite quantité de ce combustible permet à un réacteur de fonctionner pendant des années sans aucune recharge nécessaire. Et, en outre, la réserve d’ergol à éjecter est dans ce cas une autre question que celle de la production d’énergie. Enfin, en ce qui concerne ce type de propulsion, ou de toute autre, les vitesses d’éjection que l’on peut obtenir sont facile à calculer, il n’y a que le facteur g qui les distinguent de l’impulsion spécifique, comme indiqué dans mon texte.
Oui, le lien est assez lointain mais il s’agit d’obtenir de hautes températures, quoique moindres à ce que je comprends pour les fusées. Pour la “génération spontanée” un voyage très long, très lointain est peu envisageable pour l’instant (vers les étoiles, sans espoir de ravitaillement en ergol) car il faudrait emmener de la réserve, en quantité. J’ai bien compris que le fonctionnement du réacteur et l’éjection de l’hydrogène sont deux questions distinctes. Merci pour votre réponse.
Merci pour cet article qui laisse espérer des voyages plus rapides dans notre système solaire.
J’ai une question à vous poser. Si j’ai bien compris l’article, il serait intéressant que les molécules éjectées en vue de la propulsion par réaction soient les plus légères possible et vous citez même l’hydrogène qui est la plus légère de toutes les molécules.
La réaction ne serait-elle pas plus forte en utilisant des molécules ou des atomes de masse importante ? Dans le cas de la propulsion ionique, on éjecte des atomes de xénon qui, eux, sont très lourds ?
Pouvez-vous m’éclairer à ce sujet ?
@ J-J. Louis: La comparaison portait sur l’impulsion spécifique (qui, je le répète ici, n’est pas un indicateur de performance très cohérent à mon avis, comme de celui de bien d’autre spécialistes du domaine, car lié à l’accélération de la pesanteur TERRESTRE, et devrait aujourd’hui être abandonné au profit simplement de la vitesse d’éjection; mais vous savez combien il est difficile de changer les (mauvaises) habitudes prises!). La thermodynamique montre que la vitesse d’éjection, donc l’Isp, varie comme la racine carrée de T/M, où T est la température des gaz éjectés (en Kelvins) et M la masse molaire de ceux-ci (en kg/mol). Maintenant, cela ne caractérise que “l’efficacité d’utilisation” des ergols. La poussée (force exercée pour propulser le fusée) fait intervenir le produit D.Ve, où D est le débit-masse (masse de gaz/particules éjectée par unité de temps). Si on veut une forte poussée, il faut évidemment que ce débit-masse soit important, et pas seulement la vitesse d’éjection. C’est le problème de la propulsion ionique, qui permet d’obtenir des impulsion spécifiques encore bien plus grande (5’000 à 25’000 secondes) que dans le cas de la propulsion nucléaire thermique, mais pas des poussées élevées car les débits-masses que l’on peut réaliser dans ce cas restent très faibles. Les importantes impulsions spécifiques (=> grande efficacité) permettent par contre de fournir ces poussées sur une très longue durée (comparée à la propulsion chimique),ce qui permet au final d’atteindre de très grandes vitesses, mais uniquement en pratique (pour le moment en tout cas) pour de petits engins. J’espère avoir répondu ainsi à vos questions (?).
À M. Louis.
De gros ou de petits atomes (ou molécules), donc plus ou moins massifs ? Tout dépend ! Vous pouvez déjà prendre ici connaissance d’une bonne présentation :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Propulsion_spatiale#Impulsion_spécifique_et_vitesse_d'éjection
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M. Haldi a bien mis en évidence la distinction à faire entre impulsion spécifique (ou vitesse d’éjection) nécessaire à fournir une impulsion (ou quantité de mouvement), et poussée (une force), pour ce qui est des masses en jeu ayant deux effets, semble-t-il, opposés. Je ne vais considérer ici que l’aspect impulsion. Pour augmenter la vitesse V d’une fusée de, disons, un incrément, ΔV, il faut augmenter son impulsion actuelle, p = M V, (la fusée ayant une masse M) d’un incrément, Δp = M ΔV. Le principe de l’action et de la réaction implique de provoquer une même impulsion supplémentaire, orientée en sens inverse, des gaz émis pas la tuyère, Δp = m Ve, où Ve est la vitesse d’éjection constante d’une masse m de gaz. On voit ici que plus la masse, m, éjectée est élevée, plus l’impulsion fournie est grande, cela pour une Ve donnée. Donc oui, l’accroissement de la vitesse de la fusée sera d’autant plus grande, non seulement du fait que la vitesse d’éjection sera grande, mais aussi que la masse éjectée sera plus grande.
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Mais qu’en est-il de la vitesse d’éjection, Ve, elle-même ? Dans le cas d’une fusée à moteur ionique, par exemple, c’est un champ électrique qui permet d’accélérer des ions, c’est-à-dire des atomes ionisés positivement, dont l’accélération, pour atteindre la vitesse Ve, est proportionnelle à leur charge électrique, mais, bien évidemment, par inertie, inversement proportionnelle à leur masse : plus les ions sont chargés plus ils accéléreront, mais, plus ils sont massifs, plus ils résisteront à cette accélération. (Notons qu’avant leur éjection, on leur rend leurs électrons pour les neutraliser). On voit alors ici que la vitesse d’éjection, Ve, est inversement proportionnelle à la masse des ions accélérés. Autrement dit, il faudra dépenser plus d’énergie électrique pour accélérer des ions plus massifs (en plus d’investir aussi une énergie indispensable pour les ioniser, mais les gros atomes sont plus facilement ionisables).
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Une analogie, mais ici purement de compréhension, avec une situation physique de tous les jours permet de mettre en évidence deux effets dus à une même cause qui semblent se contredire : l’accélération centrifuge, cause de la force centrifuge, que l’on ressent dans une voiture qui roule à une vitesse V dans un tournant serré, vaut a = V² / R. Elle est donc proportionnelle au carré de la vitesse, mais inversement proportionnelle au rayon de courbure R ; plus le tournant est serré, plus R est petit, plus grande est l’accélération centrifuge et donc la force centrifuge ressentie, toujours à vitesse, V, constante (c’est pourquoi, généralement, instinctivement on freine pour ne pas être déporté !). Si, maintenant, vous êtes sur un carrousel qui tourne avec une vitesse angulaire constante, ω, l’accélération centrifuge, à une position R par rapport au centre du carrousel, vaut a = ω² R. Plus vous êtes situé vers le bord du carrousel plus vous ressentez l’accélération centrifuge ; l’effet est d’autant plus grand que vous êtes loin du centre et donc que R est grand. Dans cette analogie, il suffit de connaître la relation entre V, la vitesse tangentielle, et ω, la vitesse angulaire, pour résoudre la contradiction, à savoir, V = ω R. À vitesse angulaire, ω, constante, la vitesse tangentielle, V, croît avec R croissant et l’accélération, a, est proportionnelle à la distance au centre, R. Par contre, à vitesse tangentielle, V, constante, comme dans le cas de la voiture prenant un tournant serré, l’accélération est inversement proportionnel à R.
Peut-être, M. Haldi a-t-il un commentaire avisé sur l’opportunité de cette analogie…
“la fusée ayant une masse M”, le problème est que ce “M” est très momentané! Pour avancer une fusée éjecte de la masse en permanence, donc sa masse varie également en permanence. Cela est pris en en compte dans l’équation de Tsiolkovski ou “équation de la fusée”, l’équation fondamentale de l’astronautique. Je ne veux néanmoins pas entrer ici dans ces considérations car je pense qu’elles dépassent ce que l’on peut facilement expliquer dans un blog tel que celui-ci (l’équation de Tsiolkovski demande de faire une intégration et fait apparaître un logarithme). J’évite d’ailleurs de manière générale de faire intervenir des formule mathématiques dans mes interventions sur ce forum, sauf si elles sont vraiment indispensables à la compréhension et restent simples, comme dans l’article ci-dessus, dans lequel il n’y a que deux formules, et ultra simples puisqu’il s’agit seulement du produit, respectivement du quotient, de deux facteurs (je pense que ça tout le monde peut le comprendre).
Puisque vous me demandez mon avis sur “l’analogie” proposée, pour être sincère je ne vois pas trop son intérêt et ai un peu peur qu’elle entraîne plus de confusion qu’autre chose sur une question qui ne présentait au fond pas de réelle difficulté de compréhension. Comme je l’ai écrit dans un autre commentaire, mon avis est qu’il faut rester aussi simple et direct que possible dans un blog tel que celui-ci et éviter de trop recourir à des formulations mathématiques que pas tout le monde peu comprendre.
Merci à Mrs Haldi et De Reyff pour leur complément d’information qui me permet de mieux cerner le problème. L’analogie avec le carrousel est didactique.
Si on voulait éjecter des atomes massifs, serait-il pensable d’utiliser ceux produits par la fission ainsi que l’U238 résiduel puisque c’est seulement le 235 qui est consommé par la fission. Une fois le vaisseau suffisamment loin de la Terre, bien entendu.
@J.-J. Louis: Le problème est: comment allez-vous “éjecter” ces atomes massifs? Pour vaporiser, ou ioniser, puis accélérer de tels atomes il faudrait dépenser de très grande quantités d’énergie, avec en plus une très mauvaise efficacité dans ce cas. Je vois mal par ailleurs un réacteur se “cannibaliser” lui-même en cours de fonctionnement 🙂 ! L’option retenue pour DRACO, comme expliqué dans l’article, est l’utilisation de la fission dans un réacteur utilisant de l’uranium faiblement enrichi (< 20%, ce qui reste encore élevé par rapport aux 3-4% dans une centrale nucléaire terrestre), pour porter de l'hydrogène à haute température, gaz détendus ensuite par leur passage dans une tuyère dans laquelle ils acquièrent une grande vitesse avec une relativement bonne efficacité.
Je pense que si l’on embarque un réacteur nucléaire dans une fusée pour une propulsion nucléaire, ce sera un réacteur dit de 4e génération qui donc consommera aussi bien le U235, fissile, que le U238, fertile, cela par surgénération de ce dernier en Pu239 fissile. On ne peut pas imaginer embarquer du U238 inutilisable ! Parmi les produits de fission, il y a justement du xénon dont on pourrait imaginer profiter aussi comme gaz d’éjection en plus d’un réservoir de ce gaz ad hoc.
Bonjour,
Blog et commentaires passionnants. On peut signaler, amusante synchronicité, un blog français (https://lederniercarbone.org/voyage-interstellaire/) sur en gros le même thème paru ce 24.2.23, sur les voyages vers une autre planète et les méthodes de propulsion envisageables. Il est également fait mention d’un article lointain de 1946 déjà (!) sur ce sujet (Ackeret, ETH, en allemand, https://epizodyspace.ru/bibl/inostr-yazyki/helvetica-phizika-acta/1946/ackeret_zur_theorie.pdf) avec une conclusion claire sur l’intérêt d’une propulsion nucléaire.