Moteur ionique Article, Signification, Explication

Un moteur à ions est un moteur qui produit sa force de propulsion en projetant des ions à très haute vitesse.

Bien que le grand public associe généralement le moteur à ions à des séries de science-fiction telles que Star Trek, ce moteur existe bel et bien. Son principe a déjà été pensé au début du XXe siècle et il est employé depuis quelques années pour le vol spatial.

Fonctionnement du moteur à ions

Dans un moteur à ions, le carburant n'est pas brûlé mais ionisé. Les ions alors libérés passent par deux grilles fortement chargées électriquement et subissent ainsi une accélération. La force d'accélération des ions cause une force de réaction de sens opposé : c'est la force de propulsion du moteur à ions.

C'est le xénon (un gaz rare) qui est utilisé comme « carburant ». Par le passé, le sodium et le mercure ont été testés, mais ces matières érodent le moteur.

L'énergie électrique nécessaire pour l'ionisation du carburant et l'accélération des ions libérés est obtenue grâce à des panneaux solaires. Dans le futur, on utilisera sans doute également des réacteurs nucléaires pour fournir cette énergie.

Comparaison avec les moteurs de fusée conventionnels

Les moteurs de fusée conventionnels peuvent donner en peu de temps une accélération énorme mais ils utilisent pour cela de grandes quantités de carburant. La réserve de carburant même doit être propulsée tout autant que le véhicule spatial. Les moteurs de fusée doivent pouvoir supporter des forces énormes et des températures élevées, ce qui rend nécessaires des moteurs solides (et donc lourds), qui eux-mêmes doivent être propulsés... La conséquence en est que le véhicule spatial doit emmener avec lui encore plus de carburant.

Les moteurs à ions, au contraire, produisent une force de propulsion plutôt faible, mais sont particulièrement économes. Ils produisent, par kilogramme de carburant, plus de force de propulsion que les moteurs de fusée conventionnels. Ils peuvent donc, à la longue, obtenir la même vitesse, mais avec une consommation de carburant bien moindre. Le véhicule spatial peut alors emporter moins de carburant avec lui. Les moteurs à ions sont également beaucoup plus légers, ce qui engendre à nouveau une économie de carburant.

Application

Les moteurs à ions, de par leur petite force de propulsion, ne conviennent pas pour le lancement de véhicules spatiaux. Pour cela, les moteurs de fusée conventionnels sont encore nécessaires. Mais, en principe, dès que le véhicule spatial a atteint l'espace, le moteur à ions peut prendre le relais.

Le moteur à ions peut fonctionner très longtemps sans s'arrêter, si nécessaires durant des années. Avec son aide, des destinations extrêmement lointaines, comme par ex. Jupiter ou plus loin, peuvent être atteintes nettement plus vite.

Le moteur à ions a été testé de façon poussée pour la première fois par le véhicule spatial non-habité Deep Space 1. Ce dernier a été lancé par la NASA le 24 octobre 1998, avait pour but premier de tester un certain nombre de nouvelles techniques astronautiques, dont le moteur à ions. À la fin de la mission, la vitesse de Deep Space 1 avait augmenté, grâce au moteur à ions, de 4,5 kilomètres par seconde, après l'usage de seulement 81,5 kilogrammes de carburant. Avec un moteur conventionnel et en utilisant autant de combustible, le véhicule aurait subi à peine un dixième de cette accélération.

Le satellite européen Astra 2A, qui transmet des signaux télé, est muni d'un moteur à ions. Les forces d'attraction variables de la lune et du soleil font en sorte que des satellites de ce type doivent souvent effectuer des corrections de trajectoire. La quantité de carburant qui peut être emportée est limitée, mais du fait que le moteur de l'Astra 2A est très économe, sa durée d'utilisation sera beaucoup plus longue que les +/- 10 ans habituels.

Le véhicule spatial non-habité SMART-1 de l'ESA (European Space Agency) a aussi un moteur à ions. Il a été lancé le 28 septembre 2003 et est en route vers la lune. Ce véhicule met beaucoup plus de temps qu'un véhicule spatial muni d'un moteur conventionnel mais il est beaucoup plus économe et coûte donc beaucoup moins cher.

La NASA travaille au développement d'un moteur à ions qui sera alimenté en énergie grâce à un réacteur nucléaire. Cela rendrait l'utilisation du moteur à ions possible pour les vols spatiaux en directions de destinations qui sont si éloignées du soleil que des panneaux solaires ne peuvent plus fournir assez d'énergie.

Liens externes

• Site de l'ESA (article sur les moteurs à ions) (en anglais)

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