Deux start-up de Seattle s'affrontent pour transformer les voyages spatiaux de nouvelle génération

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L'expression "énergie nucléaire" évoque des images de grandes tours fumantes ou du réacteur à arc de Tony Stark des films emblématiques "Iron Man". Mais deux startups basées à Seattle conçoivent des technologies nucléaires suffisamment petites pour être récupérées et transportées, en partie grâce à l'adhésion du ministère de la Défense, elles espèrent alimenter une nouvelle génération de vaisseaux spatiaux.

Avalanche Energy et Ultra Safe Nuclear Corporation de Seattle ont reçu en mai des montants non divulgués de la Defense Innovation Unit du Pentagone pour développer deux approches différentes de l'énergie nucléaire à petite échelle.

Avalanche repousse les limites de la fusion nucléaire tandis qu'Ultra Safe vise à révolutionner les batteries à radio-isotopes nucléaires, comme celles qui alimentent les rovers martiens. Les deux sociétés devraient livrer un prototype de vaisseau spatial fonctionnel au Pentagone d'ici 2027.

"Le nucléaire est un domaine intéressant car traditionnellement, cela relève principalement du gouvernement", a déclaré le major de l'US Air Force Ryan Weed, responsable du programme de propulsion et d'énergie nucléaires de l'Unité d'innovation de la défense. L'unité, l'avant-poste du Pentagone dans la Silicon Valley, travaille exclusivement avec des entreprises du secteur privé pour adapter les technologies émergentes à un usage militaire.

Après six décennies de recherche en science des matériaux, les combustibles nucléaires sont relativement sûrs et sont adoptés par le secteur privé. La crise climatique a également poussé l'opinion publique à accepter le nucléaire comme un substitut viable aux combustibles fossiles. Les progrès massifs de la modélisation informatique ont rendu le développement commercial de l'énergie nucléaire plus faisable, a déclaré Chris Hansen, un chercheur en fusion qui dirige un laboratoire à l'Université de Washington.

L'État de Washington a une relation avec la recherche nucléaire remontant au site Hanford de la Seconde Guerre mondiale, qui a produit la majeure partie du plutonium pour les États-Unis. Mis à part son histoire moralement complexe, Hanford a indéniablement favorisé une "culture de l'expertise nucléaire" dans l'État, a déclaré Scott Montgomery, chargé de cours à la Jackson School of International Studies de l'Université de Washington.

Aujourd'hui, l'État est une plaque tournante pour les startups nucléaires commerciales, en particulier les entreprises qui tentent de casser la fusion nucléaire à petite échelle. Contrairement à la fission, qui génère de l'énergie en décomposant des métaux radioactifs lourds comme l'uranium, la fusion se produit lorsque deux noyaux atomiques plus petits entrent en collision pour former le plus gros noyau d'un élément différent, libérant de l'énergie dans le processus.

Le co-fondateur d'Avalanche, Brian Riordan, aime visualiser la fusion comme une tentative de coller ensemble deux boules magnétiques recouvertes de velcro.

"Le velcro agit sur une très courte distance, mais si vous pouviez les rapprocher suffisamment et que le velcro était solide, ils colleraient", a déclaré Riordan.

Il est difficile de réaliser la fusion car, comme les aimants recouverts de velcro, les ions chargés positivement se repoussent naturellement. Il est encore plus difficile de l'emballer dans un petit contenant. Par exemple, plus de 35 pays ont consacré des années et des milliards de dollars à la construction du réacteur Iter Tokamak dans le sud de la France. La machine ne s'allumera pas avant 2025 et ne sera pas commercialement viable avant au moins 2035.

En attendant, les startups de Seattle font la une des journaux.

Le plus grand obstacle technique à la fusion est de faire en sorte que la machine produise plus d'énergie qu'elle n'en consomme, mais Zap Energy, basée à Seattle, a proclamé la semaine dernière qu'elle s'attend à avoir un prototype fonctionnel dans l'année. En 2021, Helion Energy, basée à Everett, a annoncé qu'elle commencerait à construire le premier réacteur à fusion nucléaire commercial à Everett avec une date d'achèvement prévue en 2028.

Avalanche, co-fondée par Riordan et Robin Langtry, anciens ingénieurs de Blue Origin, est entrée dans la course à la fusion en 2018 et a breveté un nouveau réacteur à fusion de la taille d'une boîte à lunch baptisé "Orbitron".

L'appareil combine deux instruments existants dans une chambre à vide - un "orbitrap", qui exploite des ions chargés positivement sur une petite orbite autour d'une cathode chargée négativement, et un "magnétron", qui génère un flux d'électrons. L'introduction d'électrons dans le réacteur neutralise la charge positive et permet à un plus grand nombre d'ions d'entrer dans l'espace, et le fait de placer plus d'ions dans ce petit espace augmente de façon exponentielle les chances de fusion.

L'équipe peaufine le premier prototype et prévoit de passer à un appareil plus grand en août. Le principal défi technique consistera à miniaturiser le conducteur haute tension afin qu'il s'intègre dans le boîtier souhaité tout en fournissant suffisamment d'énergie à la cathode pour que les ions orbitent assez rapidement pour fusionner.

À terme, le produit fini devrait produire entre 5 et 15 kilowatts, bien que les utilisateurs puissent regrouper plusieurs unités pour produire des quantités d'énergie beaucoup plus importantes. La taille rend Orbitron propice aux voyages dans l'espace, ce qui distingue Avalanche lors du processus de sélection des contrats du Pentagone, a déclaré Weed, chef de projet de l'Unité d'innovation de la défense.

Alors qu'Avalanche tente de débloquer la fusion à petite échelle, Ultra Safe développe une nouvelle "batterie nucléaire" améliorée appelée EmberCore. Ces appareils sont essentiellement des roches chaudes et radioactives qui libèrent régulièrement de l'énergie à mesure qu'elles se désintègrent.

"Vous pouvez utiliser la roche chaude comme une roche chaude, ou vous pouvez l'entourer d'une technologie de conversion de puissance pour transformer cette chaleur en électricité", a déclaré Adam Schilffarth, directeur de la stratégie de la division des technologies avancées d'Ultra Safe.

La NASA a toujours utilisé du plutonium pour les batteries de radio-isotopes, comme celles qui alimentent le rover Curiosity sur Mars et les sondes spatiales Voyager 1 et 2. Cependant, le plutonium est une substance chère, rare et dangereuse. Ultra Safe a exploré différents isotopes, comme le cobalt-60 et le thulium, qui peuvent être mis à l'échelle pour produire 10 fois l'énergie des systèmes de plutonium traditionnels tout en étant plus sûrs et plus rentables.

Le premier produit EmberCore Ultra Safe mis sur le marché a la taille d'une pomme. It operates like a "hand warmer" for moon landers so they can survive a 14-day lunar night, said Chris Morrison, chief engineer for the EmberCore project. The final prototype for the Pentagon will be the size of a small filing cabinet.

Weed said EmberCore and Orbitron may allow spacecraft to travel farther and eliminate reliance on solar panels. With such large power capacities, these technologies could also spawn a new generation of spacecraft that can easily jump between Earth's orbit levels. That could open the door to all kinds of commercial space travel, tourism and trade.

"These new propulsion systems will enable us to have known new missions, and so it'll affect how we employ space power," Weed said. "It'll definitely be a game changer." + Explorer plus loin