Sciences & Techniques : Sabre, le réacteur hypersonique, a fait un pas de plus Par Jean-Luc Goudet, Futura-Sciences

Sciences & Techniques : Sabre, le réacteur hypersonique, a fait un pas de plus

[Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]

Le démonstrateur du système de refroidissement, prêt pour les tests. Son objectif est de refroidir l'air de 1.000 °C à -150 °C sans prise en glace.


Un jour, un avion de 143 m de long transportera 300 passagers à Mach 5. C’est ce que promet une entreprise britannique, Reaction Engines, qui vient d’annoncer un résultat crucial pour son moteur Sabre : il est possible
de refroidir un flux d’air de 1.000 °C à -150 °C en un centième de seconde sans aucune formation de glace…[/b]

• Découvrez notre galerie sur les avions du futur [Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]
  

Un discret communiqué de presse de Reaction Engines, une entreprise britannique dirigée par Alan Bond, rappelle que le projet Skylon se poursuit toujours. Il vise le développement d’un avion commercial volant à Mach 5, soit environ 5.000 km/h, deux fois plus vite que le Concorde. Baptisé A2, ou Skylon, il mesurerait 143 m de long, transporterait 300 passagers… et ne
décollera que dans 20 ans. Dans la foulée, Reaction Engines œuvre aussi à un engin récupérable capable d’atteindre l’orbite basse.

L’entreprise britannique travaille sur les moteurs, la clé de ce programme ambitieux, mais pas fou. L’idée d'un avion hypersonique est d’ailleurs dans l’air depuis 2005 et l’Agence spatiale européenne (Esa) est engagée dans le programme Lapcat (Long-Term Advanced Propulsion Concepts and Technologies), avec des partenaires privés, comme EADS et Reaction Engines, pour plancher sur de futurs engins hypersoniques. Le cahier des charges est assez précis : réussir un Bruxelles-Sydney sans escale en 2 à 4 heures, soit à
une vitesse moyenne de Mach 4 à Mach 8.


[Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]

L'avion hypersonique A2 au décollage. Il disposerait de 4
réacteurs de type Scimitar. Au niveau de leur entrée d'air, on remarque un cône, ici en position reculée, ménageant une ouverture circulaire. Quand l'avion atteint la stratosphère, les cônes sont avancés, fermant l'entrée d'air. L'oxygène est alors puisé dans un réservoir interne (où il est stocké sous forme liquide). On remarque également l'absence de hublots.

L'avion hypersonique devra emporter son oxygène

Reaction Engines étudie un moteur dont les combustibles seraient l’oxygène et l’hydrogène, comme pour le Vulcain de l’étage principal d’Ariane 5. Le moteur pourrait fonctionner selon deux modes : dans la basse atmosphère, il utiliserait l’oxygène de l’air et, dans l’espace, l’oxygène viendrait d’un réservoir (comme pour les fusées). L’hydrogène, lui, devra toujours être embarqué, sous forme liquide, dans un (grand) réservoir. Ce principe de réacteur hybride est complexe mais sans doute moins que la triple motorisation du projet Zehst.

En version de développement, le réacteur a pris le nom de Sabre (Synergistic Air-Breathing Rocket Engine). Le nom de Scimitar (cimeterre, en français) est utilisé pour une version plus robuste, destinée à l’aviation civile et devant assurer des
cycles de travail plus longs et plus nombreux. Et ce n’est pas une mince affaire. En mode avion, le réacteur avale de l’air à Mach 5. À cette vitesse, le frottement est tel que l’air s’échauffe à environ 1.000 °C à l’entrée du réacteur. Or,juste un peu plus loin, dans la turbine, l’oxygène de l’air doit réagir avec l’hydrogène, lequel est liquide et très froid. Pour qu’ils se
mélangent correctement, il faut refroidir l’air entrant entre -140 °C et -150 °C.


[Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]

L'échangeur de chaleur mis au point par Reaction Engines. L'air chaud (Hot Air, en rouge) pénètre dans un réseau de tubules métalliques d'un millimètre de diamètre parcourus par de l'hélium liquide (Coolant Flow, flux refroidisseur, en vert). L'air sortant est froid (Cold Air, en bleu) et peut pénétrer dans la turbine où il rencontrera l'hydrogène (froid), avec lequel il réagira.

Éviter la formation de glace dans la turbine

Les ingénieurs doivent concevoir un refroidisseur capable d’effectuer cette chute de température en un centième de
seconde, sur un flux d’air de très grand volume. Ce n’est pas impossible mais, sans précaution, l’humidité de l’air entrant, même faible, emprisonnerait instantanément la turbine dans un bloc de glace.

Les ingénieurs sont penchés sur la question depuis 4 ans, et ils viennent de trouver une solution. L'échangeur de chaleur
est essentiellement constitué de tubes dans lesquels circule de l'hélium liquide (une complication de plus pour le futur avion hypersonique, qui devra embarquer ce système réfrigérant). Ces tubes sont très petits, ne mesurant qu’1 mm de diamètre, avec une paroi épaisse de seulement 27 µm. Le nombre de tubes est très grand, ce qui donne une surface d'échange très vaste. S'y ajoute un « système de contrôle de la prise en glace » (dixit le communiqué de l'entreprise), fonctionnant selon un « principe confidentiel ».

Une centaine de tests ont permis de vérifier le bon
fonctionnement du refroidisseur, du moins la validité de son principe technique. Le communiqué affirme que les spécialistes de l’Esa sont satisfaits des essais. L’une des principales difficultés d’un futur moteur hypersonique vient donc d’être surmontée. Il en reste encore quelques-unes avant le décollage, entre 2030 et 2040…


Source : [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien]