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Des déchets aux précieuses matières premières

02 décembre '22

Le lancement du projet PULSAR

L’ESA, l’agence spatiale européenne, s’intéresse également au développement des générateurs thermoélectriques à radio-isotopes (GTR) : de sources d’énergie primaires rentables pour les missions qui vont au-delà de l’orbite terrestre basse. L’agence souhaite utiliser ces sources d’énergie dans le cadre de la mission européenne European Large Logistics Lander (EL3). Pour y parvenir, nous avons lancé, avec nos partenaires, le projet PULSAR. (Acronyme : PU-238-coupLed dynamic power system for SpAce exploRation and beyond).

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GRT : les générateurs thermoélectriques à radio-isotopes

Bien que parfois négligé, l’approvisionnement énergétique est au cœur de toute mission spatiale. Pour les missions en orbite basse, les satellites de communication, … des panneaux solaires sont combinés à des batteries rechargeables. Pour l’exploration des confins de notre système planétaire, comme l’orbite autour de Jupiter et au-delà, les panneaux solaires ne sont pas une option viable. C’est pourquoi les générateurs thermoélectriques à radio-isotopes (GTR) sont employés. Ces derniers utilisent la chaleur résultant de la désintégration d’un nucléide radioactif (principalement le plutonium 238) comme source primaire pour produire de l'électricité.

Le plutonium 238 comme isotope de préférence

L’isotope plutonium 238 (238Pu) est privilégié pour ces GTR. Il présente en effet de nombreux avantages. Il s'agit d'un émetteur alpha presque pur d'une densité de puissance élevée et d'une demi-vie de 87,7 ans. Cela en fait une source d'énergie stable pendant des décennies. Le 238Pu est obtenu en irradiant du neptunium 237 (237Np) à l’aide d’un flux neutronique élevé. Le neptunium 237 est un nucléide radioactif présent dans le combustible usé de nos réacteurs nucléaires. Les produits de désintégration du 237Np contribuent à la radiotoxicité élevée du combustible usé pendant plusieurs millénaires. Transformer ces « déchets » en matières premières précieuses est très noble, mais pas si évident.

Overcome obstacles

PULSAR vise à surmonter les obstacles au développement des systèmes d'alimentation en radio-isotopes (RPS), une technologie clé pour l'exploration de l'espace lointain, où le soleil ne peut fournir suffisamment d'énergie aux engins spatiaux. Les RPS sont la seule alternative existante aux cellules photovoltaïques pour la production d'énergie à long terme dans l'espace, mais ils restent à ce jour une technologie de niche et l'Europe ne dispose pas actuellement de sa propre conception de RPS ni ne produit de plutonium-238 (Pu-238), l'isotope préféré pour alimenter les missions spatiales.

Pour remédier aux lacunes technologiques et aux dépendances externes, PULSAR jettera les bases d'une production de bout en bout de Pu-238 en Europe et utilisera un moteur Stirling pour concevoir un RPS dynamique européen qui sera jusqu'à cinq fois plus efficace que les systèmes actuels. Ces deux réalisations devraient atteindre un niveau de maturité technologique (TRL) de 4 d'ici la fin du projet.

SCK CEN - Infrastructuur BR2 (2019)

Le SCK CEN, maillon indispensable

Le SCK CEN, TRACTEBEL et Orano ont récemment mené une étude de faisabilité avec le soutien de l’ESA. Le projet PULSAR va en bénéficier. Cette étude a permis l’évaluation de tous les moyens et toutes les ressources (en Europe) nécessaires à la production de 238Pu par l’irradiation de 237Np.

Suite à cette évaluation, le SCK CEN est apparu comme un maillon indispensable grâce à ses infrastructures uniques. Notre BR2 convient particulièrement à la production de démonstration de 238Pu. Nos laboratoires d’actinides et de séparation sont également très bien équipés pour la recherche en amont (production de cibles) et la recherche en aval (séparation et purification de plutonium (Pu) et de neptunium (Np)).

The PULSAR consortium

Le consortium PULSAR - dirigé par TRACTEBEL, un bureau d'études international en ingénierie nucléaire basé à Bruxelles et faisant partie du groupe — réunit des acteurs européens clés des secteurs nucléaire et spatial (Centre de recherche nucléaire belge - SCK CEN, Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives français - Commissariat a l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives, European Commission Joint Research Centre, Airbus Defence and SpaceArianeGroup); un leader mondial de la recherche sur les moteurs Stirling (UBFC - Université Bourgogne-Franche-Comté et son entité affiliée, Université de Franche-Comté); et deux sociétés de conseil spécialisées dans l'innovation et le transfert de technologie (INCOTEC - Innovación Eficiente) et la gestion de la recherche collaborative (ARTTIC ). La recherche sera réalisée entre septembre 2022 et août 2024.

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