Archives de l’auteur : Stéphane

Ces dernières semaines j’ai été contacté à de nombreuses reprises par des journalistes (Huffington Post, Science&Vie, Science&Avenir…) au sujet de l’EM-Drive.

L’EM-Drive est un concept de propulseur pour véhicules spatiaux imaginé par l’ingénieur britannique Roger Shawyer en 2001. Il s’agit d’un système qui, contrairement aux propulseurs chimiques, ioniques, nucléaires et photoniques, générerait une poussée sans éjecter (ou absorber) de matière, donc sans consommer de carburant. On imagine très bien les immenses perspectives qu’ouvriraient un tel propulseur dans le domaine spatial, en particulier pour les voyages interplanétaires. Dans l’EM-Drive, la force serait produite à partir d’une onde à haute fréquence emprisonnée dans une cavité résonante non-symétrique (de forme conique). J’invite le lecteur qui souhaite en savoir d’avantage à lire la page Wikipédia consacrée à ce système propulsif : RF resonant cavity thruster.

Depuis 2001, l’EM-Drive a été l’objet de nombreuses publications sur des sites internet plus ou moins sérieux ainsi que dans des revues de vulgarisation scientifique. Plusieurs travaux lui ont été consacrés un peu partout sur la planète et cette invention a été présentée à des congrès pseudo-scientifiques, et, plus récemment, à des congrès scientifiques. Par exemple mon collègue M. Tajmar de l’Université de Dresden en Allemagne a donné une conférence au congrès Joint Propulsion Conference en juillet 2015 à Orlando sur des mesures de poussée réalisées avec un modèle d’EM-Drive. La conférence, à laquelle j’ai assisté, concluait par une absence de force de poussée. Le lecteur intéressé peut trouver l’ensemble des informations dans l’article AIAA correspondant : Martin Tajmar and G. Fiedler, Direct Thrust Measurements of an EMDrive and Evaluation of Possible Side-Effects, 51st Joint Propulsion Conference, Orlando, FL, AIAA paper 2015-4083.

Mais un pas a été franchi en décembre dernier avec la publication d’un article dans le Journal of Propulsion and Power, journal de référence dans le domaine de la propulsion spatiale, dans lequel mon équipe a déjà publié à plusieurs reprises : Measurement of Impulsive Thrust from a Closed Radio-Frequency Cavity in Vacuum, par H. White, P. March, J. Lawrence, J. Vera, A. Sylvester, D. Brady, et P. Bailey. Les chercheurs de la division Eagleworks de la Nasa, basée au Centre spatial Johnson à Houston au Texas, expliquent avoir mesuré une poussée générée par leur EM-Drive de l’ordre de 1,2 mN/kW. Cette poussée est très faible, bien inférieure à certains chiffres publiés au cours des années passées mais aussi bien inférieure à ce que délivre aujourd’hui un propulseur de Hall (50 mN/kW). Mais cette publication a généré une onde de choc sur Internet, les réseaux sociaux et dans la presse.

J’ai lu avec attention l’article de l’équipe américaine.
D’après moi, les rapporteurs n’auraient pas dû accepter cet article car plusieurs points expérimentaux restent obscurs. Je suis persuadé, comme de très nombreux collègues et experts du domaine, que nous avons à faire à des artéfacts de mesures. Il faut garder en tête que la faible amplitude de la force à déterminer revient à mesurer une variation de distance de quelques nanomètres dans un environnement complexe, chaud et avec un système massif. Ce qui ressemble à un signal de poussée provient très probablement d’effets thermiques anisotropes (dilatation des matériaux) ou de perturbations électromagnétiques dues à l’onde RF. J’encourage d’ailleurs les chercheurs d’Eagleworks, ou d’autres laboratoires, à réaliser des expériences avec une cavité symétrique qui ne doit pas produire de poussée.

En fait, depuis les premiers échos sur l’EM-Drive, je suis convaincu que le concept ne conduira nulle part. Je n’y crois tout simplement pas. La raison est très simple : ce concept de propulseur viole la loi de conservation de la quantité de mouvement. Et par là, il contredit le théorème de Noether qui relie symétrie et lois de conservation et qui est l’un des piliers de la Physique⁽¹⁾. Autrement dit, si le principe de l’EM-Drive était vrai, aucune quantité ne se conserverait et toutes les lois connues de la Physique seraient fausses.

L’EM-Drive n’est rien d’autre que de la pseudoscience (voir à ce sujet l’excellent papier de L. Tramiel dans le volume 39 du Skeptical Inquirer) et cette invention est à ranger au panthéon des idées folles de la science avec la fusion froide, la mémoire de l’eau, les rayons N, les machines à mouvement perpétuel et bien d’autres encore.

Des équipes de recherche sérieuses, mais aussi des savants fous amateurs, vont certainement continuer à travailler sur l’EM-Drive⁽²⁾. J’ai peu de doute sur ce point là. Ce sujet devrait donc faire encore couler beaucoup d’encre et suciter d’intenses discusions sur les forums dans les mois et années à venir. J’ai même peur que la boucle ne se referme jamais. Car même si il est un jour prochain démontré que cette invention n’est qu’une supercherie de plus et qu’aucune force propulsive n’est produite, certains s’acharneront et crieront au complot.

¹ La quantité de mouvement est conservée si le système physique considéré est fermé, c’est à dire qu’il n’intéragit pas (aucun échange de matière et d’énergie) avec l’environnement ou un autre système. Certains partisans de l’EM-Drive explique alors que leur machine ne serait pas un système fermé car elle intéragirait avec le vide quantique. C’est une stratégie classique pour les pseudosciences : lorsque l’idée contredit les théories scientifiques établies, ses partisans invoquent la mécanique quantique ou d’hypothètiques particules.

² Voilà ce que je suggère à ceux et celles qui souhaitent travailler sur le concept de l’EM-Drive et vérifier si oui ou non une force propulsive est générée : 1) Tester une cavité symétrique qui ne doit produire aucune force, 2) Chauffer la cavité sans injecter de puissance RF et observer le signal, 3) Faire des expériences à forte puissance (1-5 kW) où le niveau de poussée devrait atteindre (d’après l’article paru dans JPP) quelques mN et être ainsi plus facilement mesurable.

J’ai participé au mois de novembre à l’écriture d’un article sur la propulsion électrique pour les véhicules spatiaux pour la revue L’Astronomie. Il s’agit d’un magazine mensuel d’astronomie (fondé en 1882 par Camille Flammarion) et édité par la Société astronomique de France.
L’article, rédigé par J.P. Martin, est paru dans le n°99 vol. 130 dans la rubrique Spatial. Une version au format pdf est téléchargeable ici. L’article est une bonne introduction à la PE ; il décrit les principes et avantages, l’utilisation et les missions ainsi que les défis à relever. Il intéressera les lecteurs non-spécialistes du domaine, curieux et voulant en savoir d’avantage sur cette technologie en plein essor. L’article parle aussi brièvement de notre exposition au Palais de la Découverte.

Une petite correction est cependant nécessaire.
Ce n’est pas la quantité de carburant qui limite la durée de vie d’un propulseur (Je n’ai pas dit cela ! Une mauvaise interprétation comme cela peut arriver) mais bien les interactions entre les ions du plasma et les éléments du système (grilles, parois, cathode… selon la technologie). La quantité de carburant embarqué peut limiter la durée de la mission si cette durée est inférieure à la durée du vie du moteur. C’est en général le cas pour les missions interplanétaires.

Décollage du lanceur Ariane 5 depuis Kourou le 17 novembre 2016 avec à son bord 4 satellites Galileo (Credit: ESA–Stephane Corvaja, 2016)

Voici une superbe photographie du lanceur européen Ariane V décollant de la base de Kourou en Guyanne le 17 novembre dernier avec à son bord quatre satellites pour le système européen de navigation Galileo. Cette photographie est particulièrement intéressante, et rare, car on distingue une partie de l’intérieur de la tuyère du propulseur cryogénique Vulcain à hydrogène et oxygène liquide. L’image illustre aussi parfaitement, notamment à travers les panaches de gaz chaud expulsés par les deux boosters à poudre, toute la puissance mise en jeu lors du lancement d’une fusée.
Il faut noter que c’est la première fois que le lanceur Ariane 5 avait pour mission l’envoi dans l’espace de satellites de la constellation Galileo. Les 14 précédents satellites ont été déployés avec 7 lanceurs Soyouz. Les 4 satellites ont rejoint leur orbite circulaire à 22922 km au terme d’un vol de seulement 3h35.

De nombreuses images très impressionnantes du 89ème décollage d’Ariane 5, le 75ème d’affilé sans incident, sont disponibles sur le site SpaceFlightNow (merci Julien). Ce cite unique, de grande qualité et parfaitement à jour se focalise principalement sur les lanceurs, les missions et les lancements. Tous les passionnés y trouveront leur compte.

Le jeudi 1 septembre, une fusée Falcon 9 de SpaceX explosait sur son pas de tir lors d’une phase de test avant lancement. Cet accident a eu un grand retentissement car il a surpris beaucoup de monde et mis en doute le modèle SpaceX et sa capacité à reprendre rapidement les tirs pour satisfaire les commandes. Je n’ai pas commenté l’accident à l’époque. J’ai appris à être prudent ; je sais que dans des moments là il faut prendre du recul et analyser les données disponibles, un travail long et fastidieux mais nécessaire.

Un article, paru hier sans Space News (SpaceX’s Musk says sabotage unlikely cause of Sept. 1 explosion, but still a worry), nous en dit plus sur la cause probable de l’explosion. Après examens des données de télémétrie et des débris retrouvés, les experts s’orientent vers une explosion du réservoir d’hélium du deuxième étage. Notez que dans le cas de Falcon 9 les réservoirs d’hélium liquide sont placés dans le réservoir d’oxygène liquide, une configuration assez singulière.

L’hypothèse d’une rupture du réservoir d’hélium (He) qui sert à pressuriser le réservoir d’oxygène liquide (LOX) est tout à fait plausible. Très vite d’ailleurs les spécialistes de la propulsion chimique liquide des lanceurs se sont orientés vers cette hypothèse. Le réservoir de He est pressurisé à environ 350 bars. Il est souvent en matériaux composite tissés pour résister (COPV – Composite Overwrapped Pressure Vessel). La technologie est très difficile à maitriser et assurer la reproductibilité des propriétés des réservoirs reste difficile.
Si le réservoir se fissure ou explose, l’onde de pression générée peut percer/détruire le réservoir de LOX, de kérosène (ou autre) et surtout vaporiser l’oxygène (où générer de petites gouttelettes) ce qui lui permet de réagir avec le carburant et d’enflammer le mélange. D’après les spécialistes, les données de télémétries sont compatibles avec un phénomène rapide type propagation d’onde et changement de phase du LOX. Reste à savoir pourquoi le réservoir d’hélium a lâché. Sans doute un défaut dans la structure, ce qui ne pardonne pas à une telle pression.

La bonne nouvelle est que malgré tout SpaceX prévoit un nouveau lancement de sa fusée Falcon 9 pour novembre.