Le combustible de Bangor est conçu pour des réacteurs lunaires similaires à celui développé par Rolls-Royce.
Dans le cadre d’un contrat avec l’Agence spatiale britannique, l’université de Bangor, au Pays de Galles, met au point un nouveau combustible nucléaire pour les microréacteurs Rolls-Royce qui alimenteront les futurs avant-postes lunaires habités d’ici à 2030.
Une nouvelle course à l’espace est en cours : une demi-douzaine de nations et d’alliances s’efforcent d’être reconnues comme des puissances spatiales majeures du XXIe siècle, en s’empressant d’envoyer une nouvelle génération d’atterrisseurs et de rovers sur la Lune. La NASA s’efforce de tenir sa promesse d’établir une présence humaine permanente sur la surface lunaire.
L’un des principaux obstacles aux missions à long terme ou aux avant-postes permanents sur la Lune est la nuit lunaire de 14 jours, pendant laquelle les températures diurnes passent de 120 °C à -130 °C. Cette combinaison de froid glacial et d’obscurité signifie que pour que les machines et les avant-postes survivent, sans parler de fonctionner, ils doivent s’appuyer sur des systèmes d’énergie nucléaire. Dans le cas de tout ce qui doit réellement fonctionner, il s’agit de réacteurs nucléaires plutôt que de générateurs radio-thermiques.
Les futures bases lunaires dépendront de réacteurs nucléaires pour fonctionner
Ces réacteurs ne ressembleront pas aux grands réacteurs conventionnels utilisés sur Terre, qui reposent sur des barres de combustible. Il s’agira plutôt de très petits réacteurs fabriqués en usine et utilisant ce que l’on appelle le combustible à particules TRi-structural ISOtropic (TRISO).
Le combustible TRISO est une variante du combustible pour réacteur à lit de boulets, qui remplace les barres par des globes de combustible de la taille d’une balle de billard. Le combustible TRISO de Bangor diffère en ce que les boules sont réduites à la taille de graines de pavot. Créées par impression 3D, ces particules de combustible sont constituées d’uranium enrichi, de carbone et d’oxygène, avec un noyau d’uranium scellé à l’intérieur de couches de carbone et de céramique.
Contrairement aux barres de combustible, ces particules sont extrêmement solides et supportent des températures très élevées. Elles sont également résistantes aux dommages causés par l’irradiation neutronique, la corrosion et l’oxydation.
Sous la direction de Simon Middleburgh, professeur en matériaux nucléaires et codirecteur du Nuclear Futures Institute de l’université de Bangor, cette dernière met au point un combustible TRISO qui conviendrait aux réacteurs lunaires développés par Rolls-Royce et d’autres. Il peut être utilisé non seulement pour les réacteurs de puissance, mais aussi pour les futurs systèmes de propulsion nucléaire.
Vue en coupe d’une particule de combustible nucléaire
L’important dans un réacteur alimenté par TRISO est qu’il s’agit d’un modèle relativement simple qui peut être refroidi au gaz en le maintenant à l’ombre d’un parapluie de radiateurs attachés au système de refroidissement. En fonctionnant à des températures plus élevées, ces réacteurs sont plus efficaces que les réacteurs conventionnels à eau sous pression.
En fonctionnement, les particules de combustible sont introduites dans la partie supérieure du réacteur. Au fur et à mesure que le combustible s’épuise, elles migrent vers le fond, où le combustible usé est retiré. Comme le réacteur est à une température plus élevée, si la réaction devient trop forte, l’augmentation de la chaleur freine la réaction, ce qui ramène le réacteur à des niveaux sûrs.
« Ce projet exploitera l’expertise en matière de combustibles nucléaires dont nous disposons au sein du Nuclear Futures Institute et l’appliquera à l’une des applications les plus passionnantes qui soient : l’exploration spatiale », a déclaré Simon Middleburgh. « Sur la Lune et sur les corps planétaires qui ont un jour et une nuit, nous ne pouvons plus compter sur le soleil pour l’énergie et nous devons donc concevoir des systèmes tels que le petit microréacteur pour maintenir la vie. L’énergie nucléaire est le seul moyen dont nous disposons actuellement pour fournir l’énergie nécessaire à un voyage spatial de cette durée. Le combustible doit être extrêmement robuste et survivre aux forces de lancement, puis être fiable pendant de nombreuses années.
« Ce défi est relevé par d’excellents scientifiques et ingénieurs du Nuclear Futures Institute, mais il en faudra davantage dans les années à venir et nous espérons que le nouveau programme d’ingénierie de l’université offrira une multitude d’opportunités passionnantes aux étudiants qui souhaitent s’investir dans ces domaines passionnants de la recherche et du développement ».
