Le Laboratoire de Mécanique des Fluides de Lille (LMFL) accompagne l’industrie aérospatiale dans ses démarches d’innovation. Le projet de moteur à très bas coût Prometheus, permettant un gain d’un facteur 10 par rapport à la génération actuelle, témoigne de la coopération renforcée entre le CNES et ArianeGroup dans le secteur des lanceurs.

L’industrie aérospatiale et l’innovation

Depuis le début des années 60, la France fait de l’espace une priorité stratégique. Pour ce faire, elle s’appuie sur une communauté scientifique du meilleur niveau mondial et sur des technologies de pointe.

Le défi à relever

Prometheus, démonstrateur européen de moteur réutilisable et « low cost », est destiné à un futur lanceur européen réutilisable, voire à une version améliorée d’Ariane 6 de façon à simplifier son architecture et augmenter ses performances. Le coût unitaire devrait être divisé par 10 par rapport au moteur Vulcain 2 d’Ariane 5 (1 million contre 10 millions d’euros) et Prometheus devra descendre à 5.000 euros le coût au kilogramme mis en orbite géostationnaire, contre 10 000 € visés avec Ariane 6 et 20 000 € aujourd’hui avec Ariane 5.
Pour atteindre cet objectif très ambitieux, le CNES et ArianeGroup, à l’origine du projet, parient sur un moteur réutilisable de 5 à 10 fois et une conception simplifiée, s’appuyant sur de nouvelles techniques.

Le partenariat

La boucle SESAME est une boucle hydraulique, unique en France, dédiée à l’étude du comportement cavitant et instable des premiers étages de pompes de moteurs spatiaux, les inducteurs. Elle est installée sur le Campus Arts et Métiers de Lille. Sur ce moyen d’essais, un moteur de 200 kW entraîne les pompes jusqu’à une vitesse de 6000 tr/min. La boucle d’essais est régulée en température et en pression afin de contrôler les conditions cavitantes de la pompe. Les débits volume et les surpressions maximaux générés par ces pompes sur la boucle d’essai sont de l’ordre de 500 m3/h et 16 bar. La boucle est complètement équipée pour permettre des mesures de pression instationnaires, de vibrations et d’efforts sur l’arbre afin d’être en mesure de  caractériser finement les instabilités pouvant apparaître sur ce type de machine.
Dans le cadre du partenariat liant le LMFL et l’industrie spatiale (ArianeGroup et CNES), cette boucle a été remise en fonctionnement en 2015.
Les travaux incluent des essais et des analyses sur de nouvelles géométries des parties fixes ou mobiles de la pompe de moteurs spatiaux. Notamment, des essais vont prochainement démarrer dans le cadre du programme spatial Prometheus. Le partenariat devrait à court terme  se concrétiser également par une thèse CNES portant sur la compréhension physique des différents régimes instables rencontrés ainsi que certains effets technologiques.

 

Photo : ESA/DUCROS David, 2016