Propulseurs Mercury : une catastrophe mondiale évitée juste à temps

Le domaine de la conception de véhicules spatiaux est obsédé par l’efficacité par nécessité. Le coût pour faire quoi que ce soit dans l’espace est astronomique, et également fortement lié au poids du lancement. Ainsi, toute technologie ou technique qui peut faire baisser ces chiffres est primordiale pour l’exploitation.

Ces dernières années, les propulseurs au mercure promettaient d’être l’une de ces technologies. Le seul hic était le coût environnemental potentiellement ruineux. Aujourd’hui, nous allons examiner les avantages des propulseurs au mercure et comment ils ont été interdits en peu de temps.

Poussée électrique

Comme nous l’avons exploré dans notre précédent explicatif approfondi, les propulseurs ioniques se sont révélés utiles dans d’innombrables missions spatiales. Plutôt que d’utiliser des réactions chimiques pour générer une poussée, ils utilisent plutôt des champs électriques pour accélérer les ions. Comparées aux fusées traditionnelles, elles ne peuvent pas générer autant de poussée. Cependant, ils sont beaucoup plus économes en carburant. Cela signifie qu’ils peuvent générer beaucoup plus de delta-v (changement de vitesse) avec la même quantité de carburant.

La NASA a expérimenté des propulseurs ioniques à base de mercure sur les engins spatiaux SERT-I (photo) et SERT-II. Cependant, le mercure a été jugé trop toxique pour être utilisé dans les missions futures. Crédit : NASA, domaine public

Bien que leur poussée soit si faible que vous ne pourriez jamais en utiliser un pour lancer un véhicule en orbite, ils trouvent leur principale application dans le maintien en position des satellites, les aidant à maintenir leur position dans le temps contre les forces de traînée dans la haute atmosphère. Ils peuvent également être utilisés pour propulser des sondes à longue portée qui n’ont pas de gravité à combattre.

De nos jours, la plupart des propulseurs utilisent des gaz inertes comme le xénon ou le krypton comme carburant. Cependant, ces gaz sont chers et leurs molécules sont relativement légères. Le mercure, en revanche, est beaucoup plus lourd, toujours très facile à ioniser et facile à stocker sur un vaisseau spatial sous forme liquide. C’est aussi très, très bon marché. En raison même de sa toxicité, de nombreuses industries doivent souvent payer pour éliminer le mercure en tant que sous-produit. Le vieil adage selon lequel «tu ne peux même pas le donner» s’applique vraiment ici.

Le problème

Le mercure a une multitude d’utilisations, comme le thermomètre vu ici. Cependant, le métal liquide argenté est maintenant utilisé moins souvent en raison de la connaissance de ses effets négatifs sur la santé. Crédit : CambridgeBayWeather, domaine public

Alors que le mercure constitue un excellent carburant pour les propulseurs ioniques sur le papier, sa toxicité est trop puissante pour être ignorée. Causant des effets délétères sur le système nerveux et le cerveau, sa présence dans l’environnement peut avoir des effets négatifs majeurs sur les populations humaines. Qu’il s’agisse d’abaisser le QI ou d’endommager la mémoire, tout est mauvais jusqu’au bout. C’est une toxine qui s’accumule dans le corps au fil du temps et pénètre souvent dans le corps humain par la chaîne alimentaire. En effet, les concentrations de mercure dans de nombreuses créatures marines signifient qu’il est spécifiquement conseillé aux femmes enceintes d’éviter de nombreux types de fruits de mer.

Pour cette raison, la NASA a abandonné l’utilisation du mercure comme propulseur après les premières expériences dans les années 1970. En plus de contaminer l’atmosphère, le mercure comporte également d’autres risques. Il existe des risques professionnels pour les équipages travaillant sur les propulseurs. De plus, des explosions sur la rampe de lancement ou des collisions propageraient la matière toxique dans l’environnement environnant.

Pour ces raisons, le mercure a rapidement été considéré comme un « combustible mort » par la NASA, tout simplement trop dangereux à utiliser malgré les avantages.

Concernant les développements

La NASA est passée aux propulseurs à effet Hall alimentés au xénon après que le mercure ait été jugé trop dangereux à utiliser. Crédit : NASA JPL, domaine public

Comme c’est souvent le cas, cependant, une startup de la Silicon Valley aurait «perturbé» une industrie établie en ressassant une vieille idée. Bloomberg a publié une histoire en 2018, concernant les activités de la startup Apollo Fusion. Des initiés de l’industrie ont déclaré au point de vente que la startup cherchait une nouvelle technologie de propulseur utilisant du mercure comme propulseur.

Cela a rapidement déclenché la sonnette d’alarme pour de nombreuses personnes dans le monde. Avec SpaceX prévoyant de lancer plus de 10 000 satellites sur une période de quelques années, et de nombreuses autres entreprises se précipitant pour établir leurs propres flottes de satellites massives, les perspectives étaient terrifiantes. Si Apollo Fusion a obtenu un contrat pour équiper des milliers de satellites de propulseurs au mercure, la pollution généralisée de la Terre entière était soudainement sur la table.

Un article scientifique a montré qu’une constellation de 2 000 satellites avec 100 kg de propulseur à bord déposerait 20 000 kg de mercure dans la haute atmosphère chaque année pendant une décennie. En raison du poids des ions mercure, la majorité finirait par retomber sur Terre et représenterait 1 % des émissions mondiales de mercure existantes. La modélisation a suggéré que 75% de ce mercure finirait dans les océans du monde, avec des impacts négatifs sur la vie marine et les opérations de pêche.

60 satellites Starlink vus avant le déploiement en 2019.
Les inquiétudes abondaient quant au fait que si des propulseurs au mercure étaient utilisés pour les constellations à venir de milliers de satellites, cela pourrait propager une pollution importante dans l’atmosphère et dans le monde entier. Crédit : SpaceX, domaine public

De grands efforts ont été déployés au fil des décennies pour réduire la quantité de mercure dans l’environnement. La Convention de Minimata sur le mercure, un traité des Nations Unies, a fourni un cadre pour contrôler l’utilisation du mercure par les pays signataires. 128 pays ont signé le traité, impliquant des restrictions sur l’utilisation du mercure dans tout, des piles aux lampes, savons et cosmétiques.

Au moment de la signature en 2013, l’idée d’un retour à la propulsion au mercure n’était tout simplement pas sur la table. Apollo Fusion n’a été créée qu’en 2016. Pire encore, la réglementation américaine signifiait qu’il n’y avait que très peu d’arrêts pour toute entreprise souhaitant lancer du mercure dans l’espace. Les satellites de communication relèvent de la compétence de la Federal Communications Commission, qui a permis aux opérateurs de satellites de certifier eux-mêmes que leur engin n’a aucun impact délétère sur l’homme ou l’environnement.

Une résolution sûre

Heureusement, le travail acharné des scientifiques faisant pression contre la technologie a porté ses fruits. En mars de cette année, l’ONU a tenu une réunion concernant la Convention de Minamata sur le mercure et a adopté une résolution visant à éliminer progressivement toute utilisation du mercure comme propulseur de satellite d’ici 2025.

La plupart des nations spatiales étant signataires de la convention, cela rend l’analyse de rentabilisation des propulseurs au mercure pratiquement non viable. Quant à Apollo Fusion, la société s’en est tenue à travailler dans le monde de la propulsion ionique, bien qu’elle ait peut-être abandonné les propulseurs au mercure pour le moment. La société, qui a été acquise par la société américaine de lancement spatial Astra, a depuis piloté un propulseur au xénon dans l’espace dans le cadre de la mission Transporter-2 de SpaceX l’année dernière.

En tout cas, il semble que les milliers de satellites qui seront mis en orbite dans les années à venir iront dans l’espace sans propulseurs crachant du mercure à bord. Cela devrait être un grand soulagement pour nous tous ici sur Terre, où il y a déjà plus qu’assez de pollution par le mercure.