Un satellite alimenté au nucléaire vient d’être lancé : pourquoi marque-t-il un tournant et intéresse autant le Pentagone

Remettre du nucléaire en orbite : l’idée peut sembler surprenante à l’heure où les panneaux solaires dominent l’espace. Pourtant, c’est précisément le pari que vient de faire la société américaine City Labs avec le lancement du premier satellite commercial embarquant une batterie alimentée par un générateur nucléaire. Placé au sommet d’une fusée Falcon 9 de SpaceX, le CubeSat BOHR (Betavoltaic Orbital High-Reliability) est conçu pour démontrer l’utilisation du nucléaire et plus précisément du Tritium comme source d’énergie. Il ne s’agit donc pas d’un satellite opérationnel, mais d’un démonstrateur. Et d’ailleurs, l’essentiel des composants du satellite reste alimenté par ses panneaux solaires.

Pourquoi utiliser la fission nucléaire pour alimenter un satellite ?

Les panneaux solaires ne produisent plus rien lorsque le satellite passe dans l’ombre de la Terre. Il doit alors fonctionner sur batterie. Avec une source nucléaire, l’engin peut fonctionner 24 heures sur 24 sans dépendre du Soleil ni des éclipses, et la puissance délivrée reste stable pendant des années. L’autre atout, c’est que les satellites classiques doivent embarquer des batteries qui représentent une part importante de la masse. Cela permet donc d’alléger la charge utile au lancement. Enfin, dans une moindre mesure, sur un CubeSat, les panneaux solaires sont de taille réduite. Avec une batterie nucléaire, cela permet d’alimenter des capteurs, un système de surveillance, une horloge et la mémoire embarquée durant des décennies, avec une faible puissance et sans dégradation de la batterie, car elle ne se décharge pas.

Le satellite expérimental de 6 kg est un petit CubeSat. © City Labs

Le BOHR est un CubeSat de moins de 6 kg qui fait fonctionner à l’énergie nucléaire sa charge utile de démonstration de manière autonome grâce à un système d’alimentation baptisé bêtavoltaïque NanoTritium, une technologie mise au point par City Labs. Au lieu d’utiliser des éléments lourds comme l’uranium, BOHR exploite la désintégration bêta naturelle du tritium, un isotope radioactif de l’hydrogène.

Contrairement à un réacteur à fission, le système ne produit pas de l’énergie à partir de la chaleur. Le tritium se désintègre naturellement en émettant un électron très énergétique, appelé particule bêta. En traversant le semi-conducteur, cette particule transfère son énergie à des électrons du matériau qui deviennent mobiles et laissent derrière eux des « trous », assimilés à des charges positives. La jonction p-n du semi-conducteur sépare naturellement ces deux types de charges.

Lorsqu’un circuit électrique relie les deux faces de la cellule, les électrons circulent et produisent un courant électrique. C’est le même principe physique que celui utilisé dans les panneaux solaires, les capteurs d’appareils photo ou de nombreux composants électroniques. La puissance générée reste faible, mais comme le tritium a une demi-vie de 12,3 ans, cela permet au système de produire de l’électricité sans interruption pendant plus de 20 ans. L’autre atout, c’est que le tritium est beaucoup plus sûr que les solutions traditionnelles. Car, en réalité, si c’est la première fois qu’un satellite commercial fonctionne à l’énergie nucléaire, dès les premiers satellites, l’énergie nucléaire a été intégrée.

Les satellites à propulsion nucléaire de la guerre froide

Des essais en orbite ont même été menés dès 1961 avec les satellites de navigation Transit de l’US Navy. L’énergie nucléaire servait à la fois à la propulsion et l’alimentation électrique. Les Soviétiques ont également lancés des satellites nucléaires pour alimenter les équipements de reconnaissance radar et météorologiques. Pour aller très loin dans l’espace, les sondes sont également alimentées par des générateurs nucléaires. C’est notamment le cas de la sonde Voyager 2.

Mais avec l’amélioration des performances de l’électronique et le rendement des panneaux solaires, ces systèmes d’alimentation nucléaire se sont limités, dès les années 1990, aux missions d’exploration du système solaire externe. Le problème, c’est qu’il s’agissait de réacteurs à uranium et plutonium et que cela a posé un gros problème en 1978.

Le 24 janvier de cette année, le Kosmos 954, un satellite soviétique contenant environ 31,1 kg d’uranium 235 hautement enrichi a effectué une rentrée atmosphérique incontrôlée. Le combustible radioactif s’est répandu sur une grande partie du territoire canadien. Il s’agissait d’une région peu peuplée, mais cette catastrophe a engendré une grande opération de nettoyage du territoire, sous fond d’une grosse crise diplomatique.

Avec son système au Tritium et sa petite taille, le BOHR ne peut pas avoir ce genre de problème. Mais s’il s’agit d’un satellite commercial, il ne faut pas oublier que tout ce qui touche le spatial est désormais « dual », c’est-à-dire civil et militaire. L’expérimentation de City Labs répond donc aux attentes des militaires du Pentagone, qui recherchent à disposer de systèmes d’alimentation moins vulnérables pour leurs satellites militaires.