La NASA et le département américain de l’Énergie recherchent des partenaires industriels pour construire des centrales nucléaires destinées à alimenter les futures bases lunaires. L’agence spatiale espère que le premier réacteur sera opérationnel d’ici 2026. Les dernières recherches en matériaux et technologies avancées devraient permettre d’atteindre cet objectif ambitieux.
Ces petits réacteurs nucléaires seront assemblés sur Terre, puis transportés « clé en main » jusqu’à notre satellite naturel. Ils devront être capables de fonctionner en toute sécurité tout en résistant aux conditions difficiles de la Lune. Chacun devra fournir dix kilowatts d’électricité pendant une décennie, soit l’équivalent de la consommation électrique d’environ cinq à huit grands foyers. Cette énergie devra subvenir aux besoins des avant-postes scientifiques sur le long terme et contribuer à maintenir les équipements et l’habitat des astronautes en bon état.
Une forme faiblement enrichie de combustible nucléaire alimentera le cœur du réacteur. La chaleur générée sera transférée au système de conversion d’énergie, qui produira de l’énergie électrique. Celle-ci sera alors conditionnée et distribuée aux différents équipements en place sur la surface lunaire. Mais le projet est loin de faire l’unanimité au sein de la communauté scientifique. Certains spécialistes estiment en effet qu’il aurait été plus judicieux de s’appuyer sur l’énergie solaire, moins dangereuse. Les partisans du nucléaire arguent en retour que les longues nuits de la Lune rendent l’utilisation des énergies renouvelables peu fiable.
Un projet qui mobilise de multiples compétences
Pour le moment, le plan est donc de développer un système d’alimentation à fission nucléaire, prêt à être lancé d’ici 2026. Le réacteur sera intégré à un atterrisseur lunaire, qui sera chargé de l’amener à bon port. Une fois en place, il sera prêt à fonctionner, sans assemblage ni construction supplémentaire ; tout sera fait sur Terre, avant le départ. L’appareil servira de démonstration pendant environ un an. Si les résultats sont concluants, le projet pourrait conduire à des missions habitées prolongées sur la Lune, voire sur Mars et au-delà. « Une fois que la technologie aura fait ses preuves grâce à la démonstration, les futurs systèmes pourraient être mis à l’échelle ou plusieurs unités pourraient être utilisées ensemble pour des missions de longue durée sur la Lune et éventuellement sur Mars », explique Anthony Calomino, responsable du portefeuille de technologies nucléaires de la NASA.
Pour établir un avant-poste sur la Lune ou sur Mars, la NASA estime que quatre unités fournissant chacune 10 kilowatts d’énergie électrique devraient être suffisantes. L’Agence planche sur le sujet avec l’Idaho National Laboratory (INL), un centre de recherche nucléaire situé dans le désert de l’Idaho, appartenant au département de l’Énergie (DOE). Le directeur de la division de l’énergie nucléaire spatiale et des technologies isotopiques, Steve Johnson, pense que le projet est tout à fait réalisable dans le temps imparti.
Pour Calomino, la réussite de ce projet repose essentiellement sur quatre piliers : le réacteur nucléaire, le système de conversion d’énergie, le contrôle du rejet de chaleur et le vol spatial. La NASA et le DOE définiront ensemble les exigences du système. Les ingénieurs devront-ils faire preuve d’imagination ? Pas nécessairement selon Johnson, qui estime qu’il suffira d’exploiter les technologies avancées existantes, tant dans l’industrie nucléaire que dans le secteur aérospatial, pour mener à bien ce projet.
Le premier appel d’offre formulé par l’INL a suscité l’intérêt de plus d’une vingtaine de grandes et petites entreprises, issues des secteurs de l’aérospatial, du nucléaire et de la conversion d’énergie. Un autre appel d’offre, lié spécifiquement à l’énergie de fission nucléaire, devrait être publié au début de 2021. « Le gouvernement prévoit d’attribuer plusieurs contrats à court terme pour développer une conception préliminaire, puis un important contrat ultérieur pour le développement final du matériel de vol », précise Calomino.
Ce projet inédit est évidemment très complexe, car il nécessite l’intégration de différents ensembles de compétences (développement de réacteurs nucléaires, développement d’équipements de vol spatial et conception de systèmes de conversion d’énergie). Ainsi, les entreprises devront travailler en équipe pour chaque phase du projet.
Peu de place aux énergies renouvelables
Pour le grand public, l’installation d’un réacteur nucléaire sur la Lune peut être vue comme un projet effrayant et dangereux. Pour Andrew Crabtree, manager dans l’industrie nucléaire britannique et fondateur de l’agence pour l’emploi Get Into Nuclear, il n’y a pourtant aucune raison de s’inquiéter.
Le spécialiste rappelle en effet que l’énergie nucléaire a déjà été utilisée à plusieurs reprises dans l’espace. La première utilisation remonte à la mission Apollo 12, en 1969, lors de laquelle un système d’énergie électrique nucléaire s’est montré résistant aux importantes variations de température. Aux défenseurs de l’environnement qui voient ce projet comme une nouvelle source potentielle de pollution de l’espace, il répond que quasiment toutes les missions spatiales qui ont déjà été effectuées utilisaient déjà des générateurs thermoélectriques à radioisotopes (au plutonium 238 plus exactement).
Mais tout le monde n’est pas si enthousiaste. Pour Shel Horowitz, consultant en rentabilité et marketing pour les entreprises vertes, une centrale nucléaire sur la Lune « serait un gâchis totalement inutile ». Il estime en effet que les progrès réalisés dans le secteur des énergies renouvelables (baisse des coûts et augmentation des gains d’efficacité) permettent aujourd’hui de répondre aux besoins énergétiques des futures bases lunaires. Le processus de fabrication serait en outre moins long et moins coûteux.
Un autre partisan des énergies renouvelables, Steve Melink, fondateur et PDG de Melink Corp., souligne par ailleurs que l’énergie nucléaire est trop complexe pour pouvoir anticiper tous les problèmes et dysfonctionnements possibles. Selon lui, le photovoltaïque est une alternative beaucoup plus pratique ; la technologie a en outre déjà largement fait ses preuves dans l’espace. « Il n’y a pas de risques catastrophiques comme les fusions, la contamination radioactive et les pannes de courant totales. Le solaire est la solution ultime pour garantir la redondance et l’extensibilité dans le temps », explique-t-il.
Anthony Calomino laisse entendre qu’il ne rejette aujourd’hui aucune possibilité. Il suggère d’ailleurs que plusieurs technologies, dont les énergies vertes, pourraient être utilisées conjointement pour répondre à toutes les exigences de l’espace et fournir la quantité d’énergie nécessaire. Cependant, il s’agit ici d’opérer dans des conditions environnementales exceptionnelles, qui peuvent rendre l’utilisation de sources d’énergie renouvelable peu pratique, voire impossible. Sur Mars, par exemple, l’ensoleillement varie considérablement au fil des saisons et les tempêtes de poussière périodiques peuvent durer des mois. Sur la Lune, la nuit dure l’équivalent de 14 jours terrestres, tandis que la lumière du Soleil varie considérablement près des pôles ; elle est en outre complètement absente dans les cratères qui sont ombragés en permanence. Dans toutes ces zones où les énergies renouvelables ne sont pas envisageables, l’énergie de fission nucléaire s’avère donc indispensable.
En attendant, la NASA se veut rassurante, rappelant que la sécurité est sa priorité depuis toujours. Pendant toute la durée de vie du réacteur, il ne sera pas question de retirer ou de remplacer le combustible. À l’issue du projet, les systèmes utilisés seront déplacés vers un lieu de stockage éloigné, de manière à préserver l’équipage et l’environnement. « Le système s’arrêtera et les niveaux de rayonnement diminueront progressivement pour atteindre des niveaux sûrs pour l’accès et la manipulation des humains », précise Calomino. Le projet doit toutefois être soumis au processus d’approbation de la National Environmental Policy Act, avant de pouvoir être concrétisé.