AddUp imprime un moteur spatial développé par des éléves de l’ESTACA

AddUp, le spécialiste français de l’impression 3D métal, et neuf étudiants de l’ESTACA, école d’ingénieurs spécialisée dans les transports et les nouvelles mobilités, se sont associés pour réaliser un moteur spatial unique en son genre en utilisant l’impression 3D. Ce projet de fin d’études baptisé Aurora Liquid Engine, vise à démontrer l’intérêt de la fabrication additive dans l’aérospatial en fabricant un moteur à très faible coût en seulement six mois.

Réalisé en partenariat avec les industriels ArianeGroup et Air Liquid, ce moteur 3D est le premier développé par l’ESO (l’association Estaca Space Odyssey) à utiliser des propergols liquides, oxygène/kérosène. Accompagné de son banc de mise à feu statique, il est conçu pour délivrer une poussée de 100kg durant 30 secondes et sera testé au début de l’été.

On le sait, l’impression 3D ne se limite pas aux applications terrestres et a largement prouvé son potentiel dans l’espace. De la NASA à ArianeGroup, de nombreux acteurs de l’aérospatial ont déjà intégré cette technologie pour améliorer les performances de leurs lanceurs et diminuer les coûts de production particulièrement élevés dans ce secteur. A titre d’exemple, Prometheus, le moteur d’ArianeGroup qui comportent plusieurs pièces imprimées en 3D, permettrait de diviser par 4 le coût du kilogramme de mise en orbite géostationnaire, soit 5000 € contre 20 000 € aujourd’hui avec Ariane 5. Il serait également 10 fois moins cher à produire.

Dans un domaine où les fabricants doivent constamment lutter contre le poids, la faculté de l’impression 3D à réduire drastiquement le nombre de pièces et optimiser leurs formes est un atout de taille. Les chiffres parlent d’eux même ; aujourd’hui 80% des pièces des métalliques des satellites sont produites par impression 3D.

Les moteurs spatiaux se composent de milliers de pièces qu’il faut ensuite assembler selon un montage complexe. A contrario des procédés classiques par usinage, l’impression 3D permet de fabriquer une pièce en une seule fois, tout en répondant à la plupart des défis géométriques. La suppression des points de faiblesse que sont les fixations et les soudures, ajoute à la résistance de la pièce.

Des pièces complexes à bas coûts et une réduction drastique des temps de production

Dans le cas du projet Aurora Liquid Engine, c’est le procédé de fabrication additive métallique sur lit de poudre : LBM (Laser Beam Melting) d’AddUp et l’inconel 718 qui ont été privilégiés. Non seulement il permet la fabrication à bas coûts de pièces complexes, habituellement très onéreuses, mais aussi de réduire drastiquement les temps de production. Grâce à son expertise dans le domaine de la fabrication additive, AddUp a permis aux étudiants d’optimiser leur moteur pour le rendre imprimable sans support et en une seule pièce avec la machine FormUp 350.

Le projet Aurora Liquid Engine a pour objectif d’effectuer toutes les étapes de développement d’un moteur à ergols liquides, depuis les études préliminaires et dimensionnement jusqu’à la fabrication d’un banc et des pièces du moteur. Cette expérience unique permet aux élèves d’approfondir leurs compétences pratiques et expérimentales en abordant des domaines variés de l’ingénierie : optimisation fluidique, topologique et thermique.

« Sur le plan expérimental, le projet donne l’opportunité d’effectuer des tests à petite échelle sur des nouvelles solutions innovantes dans le domaine de la propulsion spatiale liquide : la chambre de combustion et la tuyère imprimées 3D en métal, le choix d’un type d’injection en triplet mais aussi l’optimisation de forme de canal de refroidissement. » Commente AddUp.

On apprend que le moteur est équipée d’un « circuit à cycle régénératif », qui permet de récupérer une partie de la chaleur de la combustion via la paroi du moteur et de la retransmettre au carburant qui passe dans des canaux situés dans l’épaisseur de la chambre. Tout en refroidissant la chambre, le mélange est ainsi réchauffé avant de venir s’enflammer dans la chambre de combustion.

Le projet Aurora Liquid Engine sera sanctionné ce mois-ci par un tir statique sur un banc d’essai réalisé sur le site de Vernon d’Ariane Group où sont construits et testés les moteurs Vinci et Vulcain 2.1 d’Ariane 6. Les données de performances du moteur peuvent être analysées pendant 30 secondes, ce qui correspond largement au temps nécessaire pour une fusée de rejoindre la stratosphère. A l’avenir, une itération de ce moteur est prévue les années suivantes et devrait propulser la future fusée sonde de l’ESO, l’association spatiale de l’ESTACA.