Vue conceptuelle du moteur Aurora Liquid Engine imprimé en 3D. © Estaca

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Un véritable moteur spatial imprimé en 3D réalisé par des étudiants

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Des étudiants de l'Estaca, école d'ingénieurs spécialisée dans les transports et les nouvelles mobilités, ont réalisé un véritable moteur spatial. Certes ce moteur ne volera jamais dans l'espace mais l'enjeu était ailleurs. Pour ces étudiants, le pari était de le réaliser en utilisant le procédé d'impression 3D métallique et démontrer tout l'intérêt d'utiliser cette technologie pour des gains significatifs dans plusieurs domaines. Ce moteur sera présenté lors du Salon du Bourget 2019 qui se tiendra en juin à Paris.

Neuf étudiants de L'Estaca, école d'ingénieurs spécialisée dans les transports et les nouvelles mobilités, réalisent dans le cadre de l'association ESO (Estaca Space Odyssey) un moteur spatial en utilisant le procédé d'impression 3D métallique. Ce projet de fin d'études, baptisé Aurora Liquid Engine, est encadré par un enseignant chercheur de l'Estaca et un ingénieur d'ArianeGroup. Il est réalisé en partenariat avec des industriels du secteur aérospatial tels ArianeGroup et Air Liquide pour répondre au mieux à leurs enjeux futurs dans le domaine de la propulsion spatiale. L'impression en un seul bloc du moteur entier conduit à des gains de masse et de réduction des coûts et temps de production dans des proportions très significatives qui justifient son utilisation dans le domaine spatial. Cette impression a été réalisée par la société française AddUp, leader européen de l'impression 3D métallique. 

Ce projet a pour objectif d'effectuer toutes les étapes de développement d'un moteur à ergols liquides. C'est-à-dire des études préliminaires et dimensionnement à la fabrication d'un banc et des pièces du moteur. « C'est une expérience unique qui nous permet d'approfondir nos compétences pratiques et expérimentales en abordant des domaines variés de l'ingénierie », explique Robin Piebac, étudiant en 5e année et membre du projet.

Le challenge consiste à démontrer qu'il était possible de « réaliser un moteur à très faible coût en six mois, en présentant des performances prometteuses », nous explique Samuel Rappillard, étudiant en 5e année et autre membre du projet. Le choix d'imprimer le moteur en 3D apporte à lui seul un « réel intérêt technique et scientifique ». Il permet de démontrer le potentiel et l'intérêt de cette technologie révolutionnaire qui colle parfaitement aux besoins de l'industrie spatiale.

Une réduction importante du nombre de pièces entrant dans la fabrication d'un moteur spatial 

Pour comprendre l'intérêt de réaliser des moteurs imprimés en 3D, il faut savoir que ces moteurs spatiaux sont composés de quelques milliers de pièces. Ces pièces sont ensuite assemblées selon un montage complexe et permettent d'obtenir les moteurs-fusées d'aujourd'hui. Or, certaines de ces pièces, qui servent à contrer les problèmes de l'usinage classique (isolant, visseries, etc.), ne sont pas nécessaires sur des moteurs 3D car l'impression 3D permet d'épouser sans problème des formes complexes, améliorant grandement les performances. En imprimant d'une seule pièce un moteur, toutes les visseries ou les jointures de l'usinage classique se traduisent en gain de masse.

Cela dit, la réalisation d'un tel moteur n'est pas aussi simple qu'elle y paraît. Le moteur Aurora Liquid Engine, imprimé en inconel 718, doit faire face à des pressions et des températures critiques pendant la phase de tir. Il doit donc pouvoir résister à ces contraintes, tout en restant le plus léger possible. Comme les parois du moteur chauffent très vite, un système de refroidissement appelé « circuit régénératif », qui récupère une partie de la chaleur de la combustion via la paroi du moteur et la retransmet au carburant qui va être injecté, a donc été intégré. Autre difficulté majeure, la nécessité, lors de l'impression, de vider la poudre (due à l'impression 3D) non fusionnée dans le moteur, afin de libérer les canaux de circulation.

Pour vérifier que ce moteur fonctionne, un tir statique est prévu en juin 2019. Il sera réalisé sur le site de Vernon d'ArianeGroup où sont construits et testés les moteurs Vinci et Vulcain 2.1 d'Ariane 6. La poussée est prévue pour une durée de 30 secondes maximum, ce qui est suffisamment long pour récupérer de nombreuses données, mais aussi assez court pour ne pas trop chauffer les parois du moteur et risquer d'en compromettre son fonctionnement. Des analyses post-tir suivront afin d'analyser la performance réelle du moteur conçu pour délivrer 1 kilonewton de poussée (100 kg).

À noter : l'équipe d'Aurora Liquid Engine sera présente au Salon du Bourget sur le stand de l'école Estaca et pourra alors échanger plus amplement avec des industriels et avec toute personne intéressée par le projet.

  • Des étudiants de l’Estaca réalisent un vrai moteur spatial.
  • Ce moteur est imprimé en 3D. Il est conçu pour démontrer l'intérêt et la faisabilité d'utiliser ce procédé de fabrication.
  • Il sera testé sur un banc de test d'ArianeGroup pour démontrer son bon fonctionnement.
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