Ingénierie aérospatiale: un jeune Suisse entre espace et technique nucléaire

Le quotidien professionnel d’Alexandre Chappuis relève, au sens propre du terme, de l’ingénierie spatiale la plus exigeante: le doctorant mène en effet à l’Institut Paul Scherrer (PSI) des recherches sur les propulsions nucléaires thermiques destinées aux véhicules spatiaux. Son intérêt pour l’espace remonte à l’adolescence, même si sa voie vers les sciences naturelles n’avait, au départ, rien d’une évidence: au gymnase, c’est vers la filière littéraire, avec le grec ancien, qu’il s’était orienté.

Il se demandait déjà, à l’époque, s’il pouvait réellement exister de la vie au-delà de la Terre. Le ciel étoilé, les univers de Star Trek et Star Wars, ainsi que l’idée de cultures et de civilisations étrangères fascinaient le jeune Chappuis. C’est ainsi qu’a mûri en lui le désir de travailler un jour dans la recherche spatiale. Devenir astronaute, en revanche, n’a jamais fait partie de ses ambitions. Quant à la question d’une vie extraterrestre, il y répond aujourd’hui clairement par l’affirmative – sans pour autant penser à des Martiens ou à des habitants d’autres planètes, mais plutôt à des bactéries ou à d’autres formes de vie simples.

Propulsion à l’ammoniac

Au cours de ses études d’ingénieur mécanicien à l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), il a rejoint l’association EPFL Rocket Team, où il a travaillé sur la propulsion de fusées et acquis les bases de la propulsion spatiale. C’est lors d’un stage à l’Agence spatiale européenne (ESA), à Paris, qu’il s’est intéressé pour la première fois aux propulsions nucléaires et qu’il en a perçu le potentiel. Aujourd’hui, il travaille à l’interface entre le spatial et la technique nucléaire. Cette dernière est devenue pour lui un moyen de se rapprocher de son objectif: rendre possibles des missions qui, avec les propulsions classiques, seraient difficilement – voire pas du tout – réalisables.

C’est déjà pendant ce stage qu’il a développé l’idée d’une propulsion nucléaire thermique utilisant l’ammoniac comme propergol. Les propulsions nucléaires thermiques classiques utilisent l’hydrogène qui, s’il permet des performances élevées, est difficile à stocker sous forme liquide et doit être maintenu à environ 20 K (−253 °C) par cryogénie active. L’ammoniac offre une performance de propulsion moindre, mais se stocke et se transporte beaucoup plus facilement. Ce propergol pourrait se révéler à la fois intéressant sur le plan économique et constituer une étape intermédiaire plus accessible vers un moteur nucléaire thermique à hydrogène (voir l’interview indiquée p. 8), tout en facilitant le ravitaillement des véhicules spatiaux en orbite. Le PSI permet à Alexandre Chappuis de poursuivre, dans le cadre de son doctorat, cette idée devenue aujourd’hui un projet de recherche à part entière.

Deux mondes différents

Photographe amateur à ses heures, Alexandre Chappuis écrit, développe et corrige au quotidien des codes de simulation, effectue des calculs de neutronique et étudie l’architecture que devrait avoir un système complet. Son travail associe ainsi la physique des réacteurs nucléaires à l’ingénierie des systèmes spatiaux. Au PSI, il collabore avec des spécialistes qui possèdent une longue expérience de la technique nucléaire, tandis que lui-même apporte la perspective du spatial. Les différences entre ces deux mondes sont marquées: de son passage à l’EPFL Rocket Team, Alexandre Chappuis a gardé l’habitude de cycles de développement très courts – une fusée était réalisée en une dizaine de mois, de la conception au lancement, en passant par la fabrication. Les projets nucléaires, à l’inverse, peuvent s’étendre sur des années, voire des décennies, et sont soumis à des exigences réglementaires bien plus strictes. Alexandre Chappuis évolue précisément à l’interface de ces deux mondes.

Il vit à la fois comme un avantage et un inconvénient le fait que son sujet de recherche soit encore largement inexploré. Comme peu de spécialistes sont en mesure d’évaluer l’ensemble de son travail, il doit combiner des connaissances issues de différentes disciplines et vérifier lui-même, de plus en plus, l’exactitude de ses calculs et de ses conclusions. C’est précisément ce qui, selon lui, fait tout l’attrait du doctorat: à un moment donné, on franchit une limite et l’on devient soi-même l’expert d’un domaine très spécifique.

Ce qui le motive personnellement, c’est l’idée de travailler sur quelque chose susceptible de transformer le spatial dans les décennies à venir. Les systèmes nucléaires pourraient en effet fournir aux véhicules spatiaux de grandes quantités d’énergie et rendre possibles des missions qui ne le sont pas aujourd’hui.

Ressources et infrastructures à long terme

Alexandre Chappuis ne considère pas le regain d’intérêt actuel pour la Lune comme une réédition de la course géopolitique des années 1960. Aujourd’hui, il s’agit davantage de ressources et d’infrastructures à long terme, c’est-à-dire d’exploiter les ressources lunaires. La glace d’eau présente aux pôles lunaires pourrait servir aux équipages ainsi qu’à la production d’hydrogène et d’oxygène comme propergols. La Lune pourrait ainsi devenir, à long terme, une plaque tournante logistique pour des voyages vers des régions plus lointaines du système solaire.

Parmi les développements qu’il aimerait voir de son vivant figure tout d’abord une base lunaire. Comme certains sites situés aux pôles de la Lune ne reçoivent souvent pas de lumière solaire, de petits réacteurs pourraient y garantir un approvisionnement énergétique fiable. Les chances d’y parvenir sont bonnes, un projet de la NASA en ce sens étant déjà bien avancé. Plus encore, il espère une mission habitée ou robotique effectivement menée avec une propulsion nucléaire – non pas simplement à des fins de démonstration, mais «pour de vrai». Une telle mission montrerait qu’une architecture de réacteur et un concept de propulsion fonctionnels existent, ouvrant la voie à de nouvelles applications. Pour Alexandre Chappuis, ce serait le début d’une «révolution dans le spatial».

Pour l’Europe, Alexandre Chappuis voit aussi les investissements dans les techniques nucléaires spatiales comme un enjeu de souveraineté technologique. Son laboratoire au PSI a lancé l’initiative Epsilon, qui vise à développer des modèles européens open source pour les systèmes spatiaux nucléaires, et ainsi à réduire la dépendance à des logiciels soumis à des exigences propriétaires ou liées au contrôle des exportations. Sa thèse s’inscrit dans cette initiative.