00:00 Bonjour à tous, bienvenue sur notre chaîne ATTEC, nous allons parler aujourd'hui des
00:10 recherches de SpaceX pour l'utilisation d'un nouveau carburant pour leur fusée.
00:15 Les connaissances scientifiques, la capacité technique et les matériaux nous ont permis
00:19 de poursuivre l'exploration de l'univers.
00:21 Lorsque la première fusée pour la Lune a décollé en 1969, on estime que près d'un
00:26 quart de la population mondiale regardait cet événement.
00:29 Pour réussir une telle prouesse, les chercheurs ont dû construire la fusée sur deux étages.
00:33 Avec le premier étage fonctionnant au kérosène pour lancer la fusée et le second étage
00:37 qui fonctionnait grâce à de l'hydrogène liquide pour dépasser l'atmosphère et
00:41 atteindre la Lune.
00:42 En effet, les puissants moteurs de la fusée Saturn V utilisaient deux carburants distincts
00:47 afin d'optimiser les performances.
00:48 Pour chaque litre d'oxygène brûlé par Saturn V, il fallait 0,64 litre de kérosène
00:54 pour le premier étage, tandis que son deuxième étage a nécessité 3,25 litres d'hydrogène.
00:59 Et pour des raisons de place, il n'était pas possible d'envisager un remplacement
01:03 du kérosène par l'hydrogène liquide.
01:05 La science du carburant pour fusée est un domaine fascinant et complexe.
01:09 Il combine non seulement la physique, la chimie et l'ingénierie, mais aussi la logistique.
01:13 C'est le défi que doit relever SpaceX dans son développement.
01:16 La prochaine génération de fusée lourde est conçue pour nous emmener aussi bien sur
01:20 la Lune que sur Mars.
01:21 Les moteurs des vaisseaux spatiaux Raptor n'utiliseront ni kérosène, ni hydrogène
01:26 liquide.
01:27 Ils utiliseront du méthane, un carburant qui a été sérieusement envisagé par la
01:30 recherche au siècle dernier.
01:31 Mais il n'a jamais été utilisé à grande échelle.
01:35 Alors pourquoi SpaceX l'utilise-t-il maintenant ?
01:37 Mettre des gens sur la Lune dans les années 60 était l'un des plus grands défis technologiques
01:44 que nous ayons jamais eu à relever.
01:46 Comment réduire le coût des lancements ? Comment produire l'oxygène nécessaire à la survie
01:51 ? Comment fournir de l'eau pour la culture et la boisson ? Comment produire le carburant
01:55 nécessaire au retour sur Terre ?
01:56 Le kérosène et l'hydrogène ne sont pas parfaits.
01:59 Le kérosène est extrait du pétrole brut par distillation fractionnée et est composé
02:03 d'un mélange d'hydrocarbures à longue chaîne.
02:05 Plus l'hydrocarbure est long, plus il est difficile de le brûler complètement dans
02:09 l'oxygène.
02:10 En effet, il nécessite plus d'oxygène par gramme de carburant pour être entièrement
02:14 oxydé.
02:15 Ainsi même, sous sa forme raffinée, le kérosène brûle souvent de façon incomplète, en se
02:19 décomposant en radicaux réactifs plus petits.
02:21 Le résultat est la coquéfaction, c'est-à-dire la production de particules de carbone sodique.
02:27 Ces particules peuvent facilement obstruer les mécanismes complexes du moteur de la
02:31 fusée.
02:32 Ce qui constitue un problème pour SpaceX, car il a pour objectif de rendre ses moteurs
02:36 réutilisables avec un minimum de maintenance.
02:39 Surtout sur Mars où les installations pour réparer ce type de problème ne seront pas
02:43 disponibles.
02:44 L'hydrogène liquide n'a pas ce problème et il a l'avantage de brûler plus efficacement
02:48 que le kérosène.
02:49 Il est possible de quantifier cette efficacité avec l'impulsion spécifique.
02:53 L'impulsion spécifique décrit l'efficacité avec laquelle un carburant peut convertir
02:57 sa masse en poussée.
02:58 Pour trouver l'impulsion spécifique moyenne, il faut tout d'abord calculer l'impulsion
03:03 totale, puis la diviser par le poids total du propergole.
03:06 Ainsi, grâce à ce calcul, il a été possible de définir que le mélange de combustible
03:11 hydrogène liquide et oxygène liquide est de loin le plus performant.
03:15 L'hydrogène a une impulsion spécifique beaucoup plus élevée que le kérosène,
03:19 environ 390 secondes contre 285 secondes pour le kérosène.
03:24 Cependant, l'hydrogène est beaucoup moins dense que le kérosène, nécessitant des
03:27 réservoirs de carburant beaucoup plus grands.
03:29 L'hydrogène a également un point d'ébullition exceptionnellement bas, à -252°C.
03:34 Par conséquent, les réservoirs doivent être fortement isolés pour éviter l'expansion
03:38 de l'hydrogène liquide.
03:39 Mais l'équilibre thermodynamique est une guerre d'usure que l'univers gagnera
03:44 toujours et il faut donc prévoir également des vannes d'arrêt pour libérer l'hydrogène
03:47 gazeux afin d'éviter une explosion.
03:49 Tout cela ajoute de la masse et de la complexité à la fusée.
03:52 L'hydrogène dégrade et affaiblit aussi les métaux dans un processus appelé fragilisation
03:57 par l'hydrogène.
03:58 Il s'agit d'un problème majeur pour le projet de réutilisation de SpaceX.
04:02 En combinant deux paramètres, la densité et la chaleur spécifique de combustion,
04:06 on peut se faire une idée de la différence entre ces trois carburants.
04:09 11,9 litres d'hydrogène, 2,2 litres de kérosène ou 5,5 litres de méthane.
04:15 Le méthane est beaucoup plus proche du kérosène que de l'hydrogène, ce qui permet aux réservoirs
04:19 de méthane d'être plus petits que ceux d'hydrogène liquide.
04:22 Néanmoins, ils ne le sont pas assez pour offrir des avantages en termes de performance
04:26 par rapport au kérosène.
04:27 Ainsi, les modifications nécessaires sont apportées à la conception pour pouvoir passer
04:31 du kérosène au méthane liquide, comme l'augmentation du volume du réservoir.
04:35 Alors l'augmentation de l'impulsion spécifique est pratiquement annulée.
04:38 C'est pourquoi le méthane n'a jamais été utilisé à grande échelle.
04:41 Le méthane se situe simplement dans une position intermédiaire délicate entre les deux carburants
04:46 les plus populaires.
04:47 Il offre de meilleures performances que le kérosène, mais pas aussi bonnes que l'hydrogène.
04:51 SpaceX travaille à développer son concept de fusée réutilisable, et son intérêt
04:55 pour le méthane ne se tarie pas.
04:57 Le méthane est un hydrocarbure à un seul carbone, donc contrairement aux molécules
05:00 à longue chaîne que l'on trouve dans le kérosène, il produit beaucoup moins de
05:03 suie lorsqu'il brûle, ce qui entraîne moins de dommages pour le moteur au fil du
05:07 temps.
05:08 Son point d'ébullition est plus élevé que celui des oxygènes liquides, ce qui
05:11 permet à une grande partie de l'infrastructure nécessaire pour liquéfier et utiliser l'oxygène
05:16 d'être utilisée pour le méthane liquide.
05:18 C'est un point très important lorsqu'on travaille avec une infrastructure limitée
05:21 sur Mars.
05:22 Pourtant, la véritable raison pour laquelle le méthane est soudainement devenu intéressant
05:26 pour SpaceX est la suivante.
05:28 Il a un énorme potentiel comme matière première.
05:30 Pour produire du méthane au siècle dernier, un chimiste appelé Paul Sabatier a mis au
05:35 point un processus de conversion du dioxyde de carbone en méthane, et ce, en le faisant
05:39 passer à travers un catalyseur, généralement du nickel avec de l'hydrogène, à une
05:43 température et une pression élevées.
05:45 La réaction prend une molle de dioxyde de carbone et réagit avec 4 molles d'hydrogène
05:50 pour produire une molle de méthane et 2 molles d'eau.
05:53 Lorsqu'il est combiné avec un processus d'électrolyse, cela produit une molle de
05:57 méthane pour 2 molles d'oxygène.
05:59 En conséquence, le rapport des molles, la stoichiométrie, va bientôt être important.
06:03 Mais la première question est comment obtenir ces réactifs chimiques sur Mars ?
06:07 Pour cela, il faut une utilisation in situ des ressources.
06:11 Obtenir du dioxyde de carbone est une tâche relativement facile, avec une atmosphère
06:15 composée à 95% de dioxyde de carbone.
06:18 Extraire un échantillon pur du composé est assez simple, mais pour se débarrasser des
06:22 5% restants et condenser le dioxyde de carbone, la solution envisagée actuellement est la
06:27 cryogénie, qui est l'option la plus viable.
06:29 Le dioxyde de carbone a le point de congélation le plus élevé des gaz présents dans l'atmosphère
06:34 sur Mars.
06:35 Donc, dans un processus qui est l'opposé de la distillation, il est possible de refroidir
06:39 l'air pour séparer le dioxyde de carbone.
06:41 Alors, il gèlera en un solide, tandis que les autres gaz resteront sous forme de gaz.
06:46 Le dioxyde de carbone peut ensuite être simplement réchauffé pour créer un flux de CO2 gazeux
06:51 à haute pression lorsqu'ils ont besoin de l'utiliser dans leur réacteur.
06:55 Cependant, obtenir l'hydrogène nécessaire est beaucoup plus difficile.
06:58 La première option est de l'importer directement de la Terre.
07:01 Mais étant donné la quantité requise et la difficulté de la stocker pendant de longues
07:05 périodes, ce n'est pas une bonne option.
07:07 Notamment car, à long terme, ils voudraient l'extraire directement sur Mars.
07:11 En effet, l'eau est contenue dans le sol martien.
07:13 S'ils trouvent un moyen d'extraire l'eau, ils pourront alors la convertir en oxygène
07:17 et en hydrogène en utilisant un courant électrique.
07:20 Ensuite, l'hydrogène pourra être combiné à l'oxygène d'une part et d'autre
07:24 part du dioxyde de carbone pour produire du méthane.
07:26 Ce processus donne un excès d'oxygène qui peut être poussé vers les systèmes
07:30 de survie sur Mars.
07:31 Mais extraire de grandes quantités d'eau de Mars, que ce soit de la glace dans les
07:35 régions polaires ou des petites quantités d'eau liquide dans le sol, ne serait pas
07:38 facile et la technologie pour le faire à grande échelle n'existe pas encore.
07:42 A court terme, s'ils amènent leur propre hydrogène sur Mars, il est possible d'utiliser
07:47 cet oxygène supplémentaire pour utiliser un autre processus qui bénéficierait de
07:51 l'atmosphère riche en dioxyde de carbone de Mars.
07:53 Ce processus est proche de celui de Sabatier et implique la réaction du dioxyde de carbone
07:58 avec l'hydrogène.
07:59 Mais au lieu de produire du méthane et de l'eau, cela produit du monoxyde de carbone
08:02 et de l'eau.
08:03 L'eau qui est formée dans cette réaction peut alors être électrolysée et l'hydrogène
08:07 peut être recyclée.
08:08 L'avantage supplémentaire de cette approche est que ces deux réactions, celle de Sabatier
08:13 et l'inversion de l'échange gazeux de l'eau, peuvent être faites dans le même
08:16 réacteur comme l'a démontré Pioneer Astronautics en 2005.
08:19 La combinaison de ces deux réactions a un énorme avantage thermique, car la réaction
08:23 de Sabatier est exothermique.
08:25 Elle libère de la chaleur et la réaction d'inversion du cycle au gaz est endothermique.
08:29 Elle absorbe de la chaleur, ce qui entraîne une réduction globale de 35% de la production
08:33 en chaleur, améliorant ainsi l'efficacité de l'ensemble du processus.
08:37 Néanmoins, la recherche sur l'optimisation du processus ne date que de quelques décennies.
08:42 Au cours des 20 dernières années, les scientifiques ont commencé à réaliser le potentiel de
08:46 la conversion du dioxyde de carbone, notamment pour aider à atténuer les effets du changement
08:51 climatique.
08:52 Au lieu de laisser le dioxyde de carbone formé par la combustion des énergies fossiles
08:56 dans l'atmosphère, que se passerait-il si nous pouvions le collecter et le retransformer
09:00 en carburant en utilisant le processus de Sabatier ? Cela nécessiterait une méthode
09:05 non seulement pour capturer efficacement le dioxyde de carbone de l'air, mais aussi
09:08 pour créer de l'hydrogène.
09:09 En décembre de l'année dernière, Elon Musk a tweeté que SpaceX finançait des programmes
09:14 de capture et de stockage du carbone.
09:16 Et il a ajouté que cette recherche serait importante pour les missions de SpaceX sur
09:19 Mars.
09:20 On ne sait pas encore exactement ce qu'il développe, mais ça sera probablement très
09:24 similaire au projet de conversion de l'électricité en gaz qui sont déjà en cours de développement.
09:28 De nombreuses personnes critiquent cette démarche de viabilisation de la vie sur Mars, mais
09:32 il est clair que cela permettra d'aider à résoudre le plus grand problème auquel la
09:36 Terre est confrontée aujourd'hui, celui du réchauffement climatique à cause du
09:39 dioxyde de carbone.
09:40 Et voilà, nous sommes arrivés à la fin de notre sujet du jour.
09:46 Si vous avez apprécié cette vidéo, laissez-nous un petit pouce bleu pour ne pas rater notre
09:50 prochain sujet, n'hésitez pas à vous abonner à notre chaîne et n'oubliez pas d'activer
09:54 la cloche des notifications.
09:55 Merci d'être resté jusqu'à la fin de la vidéo et à bientôt sur ATTEC !
09:59 [Musique]
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