Nouveaux propulseurs plasmas pour satellites en orbite basse terrestre – POSEIDON

Dans les prochaines années, avec un marché des satellites de plus en plus compétitif, les satellites avec une propulsion électrique devraient prendre une importance croissante, estimée selon les acteurs du secteur entre 25 et 50% des parts de marché d’ici 2020. Parmi les différents systèmes de propulsion électrique, les propulseurs à effet Hall sont développés en France par SNECMA, le partenaire industriel de cette chaire. SNECMA, pionnier de la propulsion électrique en Europe, commercialise avec succès des moteurs plasmiques pour la propulsion et le contrôle d'orbite de sondes d'exploration spatiale et de satellites. Un enjeu crucial dans les années à venir pour SNECMA concerne le développement d’un propulseur à effet Hall de faible puissance (300-500W) pour le marché en très forte expansion des petits satellites en orbite terrestre basse (500 à 2000 km).
Les propulseurs à effet Hall, inventés dans les années 60, ont été très largement étudiés. Toutefois, la physique des plasmas magnétisés de ces propulseurs est complexe et plusieurs phénomènes physiques qui ont un impact direct sur les performances et la durée de vie des propulseurs sont encore mal compris. C’est pourquoi, actuellement, la conception et le développement de ces propulseurs se fait de façon semi-empirique avec de longs et coûteux tests de durée de vie. L’objectif final de la chaire POSEIDON est de développer une nouvelle méthodologie expérimentale et numérique permettant de réduire le nombre de tests expérimentaux pour le développement des futurs propulseurs à effet Hall. La chaire est structurée autour de quatre axes scientifiques, un axe de coordination du projet et un axe de valorisation et formation. Dans les axes scientifiques, des expériences et des simulations originales sont proposées, fondamentales et appliquées pour approfondir la compréhension de phénomènes physiques clefs dans les propulseurs à effet Hall : le transport électronique, l’interaction plasma-surface et l’érosion et la question du choix du gaz propulsif pour les applications futures. Les buts de ce projet sont de mieux comprendre les plasmas dans les architectures réelles des propulseurs à effet Hall, de développer des outils numériques 3D pour simuler les plasmas dans ces moteurs et de mettre ces outils à disposition de l’industriel pour améliorer l’efficacité des moteurs actuels et permettre des avancées technologiques majeures dans la conception de nouveaux propulseurs plasmiques.
La chaire industrielle sera accueillie au laboratoire LPP (Laboratoire de Physique des Plasmas, UMR7648, CNRS, Ecole Polytechnique, UPMC, Université Paris Sud and Observatoire de Paris). Le LPP contribuera par son expertise internationalement reconnue en physique des plasmas. La titulaire de la chaire est Anne Bourdon, directrice de recherche au CNRS, qui a rejoint le LPP en 2014 pour renforcer le développement de la simulation numérique.
La Chaire industrielle POSEIDON insufflera la dynamique nécessaire à ce domaine de recherche fondamental et appliqué, d'intérêt stratégique tant sur le plan scientifique qu'économique. La chaire renforcera les relations entre le LPP et la SNECMA. Pour le LPP, ce projet permettra de structurer et développer l’axe de recherche stratégique sur la propulsion électrique au laboratoire, avec une collaboration à long terme avec un industriel leader dans le domaine. Pour SNECMA, le projet POSEIDON permettra d'améliorer sa réactivité, d’accroître ses parts de marché et de maintenir sa place de leader dans le marché très compétitif de la propulsion électrique. Les partenaires de cette chaire sont reconnus au niveau international et les travaux menés renforceront l’expertise française dans un domaine d'études internationales très actif. Finalement, cette chaire permettra la formation d’experts sur la propulsion électrique qui pourront être recrutés par des laboratoires de recherches ou par le partenaire industriel pour soutenir son investissement dans une stratégie à plus long terme.