Lyon : un composé plus vert et plus performant pour la propulsion spatiale

 Le Laboratoire des Hydrazines et Composés Energétiques Polyazotés (Université Claude Bernard Lyon1/CNRS/Airbus-Safran Launchers), en collaboration avec la Faculté de Pharmacie de l’Université Lyon 1, mène depuis plusieurs années une étude sur le développement de carburants pour les systèmes propulsifs (fusée, satellite, sonde…).
Ces résultats aux applications prometteuses sont présentés dans un article publiés par la revue « Chemistry-A European Journal ». L’hydrazine est un agent réducteur liquide très fluide connu pour son utilisation en propulsion spatiale. L’énergie  nécessaire à une propulsion est généralement obtenue par une réaction chimique entre un oxydant et un réducteur, ici l’hydrazine. L’oxydant casse les liaisons entre atomes d’azote ce qui libère des quantités importantes d’énergie.
Depuis la fin de la Seconde Guerre Mondiale, l’hydrazine et ses homologues proches sont utilisés comme carburant pour les fusées et la propulsion dans l’espace de divers engins comme les satellites, les sondes. Exploitée depuis des années comme produit de propulsion cette famille de composés reste néanmoins très toxique ( mutagène, cancérigène reprotoxique) et donc réglementée par l’agence ECHA-European Chemicals Agency-dans l’application du Réglement européen REACH Registration, Evaluation, Authorization and Restriction of Chemicals.
Les chercheurs du Laboratoire des Hydrazines et Composés énergétiques Polyazotés, et des chercheurs de la faculté de Pharmacie de l’Université Lyon 1, ont cherché une alternative permettant une utilisation moins complexe en terme de sécurité d’exploitation.
La propulsion spatiale liquide, utilisée pour les dernières étapes du parcours de la fusée, demande des réducteurs à forte enthalpie de formation Les composés polyazotés à haute  teneur en azote et hydrogène sont particulièrement attrayants, car leur oxydation conduit à l’azote moléculaire qui permet de générer efficacement la poussée nécessaire.
Certaines hydrazines, comme la monométhylhydrazine (MMH), dont le laboratoire a mis au point le procédé
de production industrielle, sont devenues indispensables à la propulsion spatiale comme ergols stockables
dans les lanceurs et les satellites.
Cependant, leur toxicité entraîne de fortes contraintes d’utilisation impose de les remplacer. L’enjeu de ces nouvelles solutions n’est pas uniquement environnemental mais également technico-économique puisqu’une augmentation de l’impulsion spécifique d’un nouveau carburant  réduirait les couts aidant l’Europe et l’ESA à maintenir sa position dans ce secteur très concurrentiel.

Un nouveau composé polyazoté, le 1,1,4,4-tétraméthyl-2-tétrazène (T MTZ)  identifié par les chercheurs et pourrait être utilisé en remplacement des hydrazines spatiales actuelles. Ce nouveau composé chimique,  le TMTZ est un excellent réducteur et représente de nombreux avantages. Il est liquide dans un large domaine de température, hypergolique, et non sensible à l’impact. Ses performances propulsives sont similaires à celles de la MMH et il est moins volatil que les hydrazines spatiales, ce qui lui donne un avantage supplémentaire puisqu’il présente un risque moins élevé de toxicité.

D’autre part, l’équipe du Laboratoire des Hydrazines et Composés Energétiques Polyazotés a développé un procédé de synthèse du TMTZ propre et performant, avec de bons rendements. Pouvant se greffer sur des sites de production existants, le processus de synthèse ne requiert pas de solvants organiques et ne s’accompagne pas de sous-produits toxiques.
Une nouvelle avancée pour le laboratoire, qui prouve encore une fois son expertise internationale. En effet, il est également à l’origine de la conception de plusieurs unités de production industrielle, qui ont alimenté pendant 20 ans les lanceurs Ariane I à IV, puis Ariane V.
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