NOUVELLES STRATEGIES D’ELABORATION D’UN ERGOL LIQUIDE UTILISE POUR LA PROPULSION DE LA STATION SPATIALE INTERNATIONALE - INNOVATIVE STRATEGIES OF ELABORATION OF A LIQUID PROPELLANT USED FOR THE INTERNATIONAL SPACE STATION PROPULSION – ERISS

Le projet étudié concerne la recherche d'une nouvelle stratégie d'élaboration d'un ergol liquide, par intensification du procédé Raschig, qui s'inscrit dans le cadre du développement durable. Il est global et intègre les segments synthèse, extraction et purification. Il vise à remplacer un atelier de production industrielle. La future unité a vocation à fabriquer principalement des ergols ultra purs, pour l'industrie aérospatiale, mais aussi, par sa polyvalence, des hydrazines relevant du secteur des sciences de la vie (produits pharmaceutiques, cosmétiques…). Ces travaux sont effectués avec un partenaire privé dans le cadre d'une recherche industrielle.
Les critères et les innovations recherchés se situent à plusieurs niveaux :
1. Au niveau de la synthèse : par une diminution des quantités de matières premières injectées, ce qui nécessite une nouvelle analyse des mécanismes réactionnels et l'introduction d'une technologie innovante en génie des procédés, celle des micromélangeurs
et microréacteurs. Cette dernière est incontournable pour assurer la faisabilité de réactions conduites dans des conditions extrêmes d'exothermicité (multi-injection). D'autre part, dans un marché mondialisé soumis à des fluctuations, les microsystèmes permettent d'adapter en permanence la taille de l'unité aux volumes de production.
2. Au niveau de l'isolement : par la recherche d'une nouvelle procédure d'extraction et de purification sélective et multifonctionnelle, permettant un gain en énergie, une économie de réactifs et une réduction drastique des opérations unitaires, évaluée par le projet aux environs de 70 %.
3. Maintenir le caractère discriminant du procédé actuel par rapport à la concurrence (chimie « propre » en solution aqueuse ne faisant intervenir aucun solvant organique).Contrairement au couple cryogénique H2/O2, les propergols liquides stockables sont incontournables pour les missions dans l'espace de longue durée. Ainsi, l'AVT (Automated Transfer Vehicle), élaboré par EADS Space Transportation et qui transporte 6 tonnes de propergols, sera utilisé pour le ravitaillement de la Station Spatiale Internationale (ISS) et pour la propulsion de cette dernière lors de la remontée périodique de son orbite (30 km/an). Au niveau mondial, les besoins vont s'amplifier par le développement, au-delà de 2015, des projets de l'Agence Spatiale Européenne (évolution de l'AVT) et de la NASA (projet « Constellation »), qui prévoit toute une flotille de véhicules spatiaux habités et de cargos (conçus pour soutenir l'activité humaine en orbite basse, la desserte de la Station Spatiale Internationale et l'installation d'une base sur la lune en 2018). L'accès à l'espace des nouvelles puissances émergentes intensifie également ces marchés (Inde, Chine, Brésil).Le laboratoire Hydrazines et Procédés (LHP) a acquis depuis de nombreuses années une expertise internationale reconnue (NASA, Defense Energy Center Support/DESC…) dans le domaine de la chimie fondamentale des interactions N-N pour la propulsion et la chimie fine. Ce savoir faire s'appuie sur la synergie entre les deux équipes du laboratoire : la mécanistique réactionnelle au sens large du terme (synthèse) et la thermodynamique des systèmes multiconstitués (extraction et traitement de milieux complexes). L'interaction qui en résulte permet de maîtriser toute la chaîne d'un procédé depuis les réactifs de départ jusqu'au produit de pureté contrôlée (génie des procédés). Le LHP est à l'origine de la conception de plusieurs prototypes pilotes industriels et d'unités de production dans divers groupes industriels relevant de l'espace ou de la pharmacie. Il collabore dans le cadre de contrats avec divers organismes nationaux (CNES, DGA, DCN). Il compte à son actif 30 brevets, 50 publications et 100 communications internationales.