Florent et la planète mars

Le générateur électronucléaire

Le générateur à fission nucléaire constitue d’ores et déjà la solution privilégiée pour les premières bases d’exploration temporaires ou permanentes, que ce soit sur la Lune ou sur Mars. La raison principale est que, pour la gamme de puissance requise, c’est la solution la plus compacte et la moins complexe à déployer. Les projets montrent qu’un tel générateur, délivrant en continu 40 kWe, aurait une masse de moins de 5 T, tout compris. Mais un tel cœur nucléaire peut fonctionner à plus grande puissance, sans accroître sensiblement ses dimensions ni sa charge en combustible, et céder au fluide de travail thermodynamique des puissances thermiques bien plus importantes et à plus haute température(1). En réalité, ce sont les dimensions de la source froide – radiateur ou échangeur de chaleur(2) – qui vont limiter la puissance unitaire extractible du générateur.

Si on s’en tient à la solution du radiateur, l’impératif est d’augmenter sa température (capacité de rayonnement en T4), et donc la température devant turbine du turboalternateur. En la portant de 400 à 1125 K (850°C), avec une température devant turbine de l’ordre de 1400°C, on multiplie sa capacité d’évacuation par plus de 60. En multipliant sa surface par 2, par exemple en disposant 4 panneaux de 15 m de long en croix, on atteint une puissance de 5 MWe (ordre de grandeur). Il faudrait donc prévoir de doter l’implantation initiale de deux générateurs de ces dimensions. Chacun de ces générateurs comprendrait lui-même deux boucles thermodynamiques ; on obtiendrait ainsi une redondance sur deux niveaux.
Le fait de porter la température d’entrée du radiateur à 850°C complique évidemment sa conception et son déploiement. Une solution de repliement en accordéon pour le transport paraît difficile, et il sera peut-être nécessaire d’assembler les panneaux (et leurs circuits fluides) sur le terrain.

La durée de vie, sans avoir à intervenir sur la charge de combustible, devra être de 20 ou 25 ans, de façon à ce que le cycle de renouvellement soit homogène avec la durée d’implantation de la colonie (supposée de 20 ans).

(1). Le moteur fusée nucléaire expérimental NERVA est allé jusqu’à délivrer 4 000 MWth en fonctionnement, l’équivalent de plus de 4 tranches nucléaires, pour un diamètre de réacteur de l’ordre d’un mètre !
(2). Contrairement aux installations terrestres, on ne dispose pas sur Mars, en tant que source froide, de fleuves ou de bords de mer. Utiliser le sol obligerait à de difficiles terrassements. Et l’atmosphère est trop ténue pour être utilisée (bien que des projets aient proposé un procédé de convection forcée par ventilateurs).



Projet NASA de générateur planétaire nucléaire de 40 kWe ; le générateur de 5 MWe envisagé aurait des dimensions semblables, mais avec 4 panneaux de radiateur au lieu de 2. (doc. NASA)

La technologie présente un certain nombre d’inconvénients :
- elle devra être acceptée politiquement ;
- même si les cœurs fonctionnent à faible niveau, ils finissent par s’épuiser et leurs matériaux par vieillir ; il faut donc prévoir un renouvellement par de nouveaux générateurs venant de la Terre ;
- il faut aussi envisager la possibilité à terme d’un démantèlement et, en attendant, accepter de protéger leur zone d’implantation ;
- dans le but d’éviter de longues lignes de transport d’énergie électrique et de fluide caloporteur, les générateurs devront être implantés à proximité immédiate des installations utilisatrices de fortes puissances (en l’occurrence, la station d’électrolyse de l’eau).