LA PROPULSION PAR.....BOMBE!

Il s'agit de propulser un engin en utilisant la poussée obtenue par une série d'explosions nucléaires successives.
Aussi incroyable que cela puisse paraître, le système peut se révéler efficace et relativement plus facile à mettre en oeuvre que beaucoup d'autres.

Le "moteur" se presente très shématiquement comme ceci:

Les bombes nucléaires sont donc envoyées les unes après les autres dans une sorte de cloche géante.

Un puissant champs magnétique (en mauve) dévie et canalise les produit de fissions pour qu'ils soient dirigés vers l'arrière.

L'intérieur de la cloche est protégé du rayonnement thermique par ablation (voir: la propulsion chimique) et/ou par couche réfléchissante.

D'énormes amortisseurs placés entre la cloche et la fusée permettent "d'étaler" les puissantes impulsions successives produites par les explosions.

Ce système de propulsion fût parfois envisagé pour propulser une sorte de super sonde spatiale interstellaire (project Orion).

Remarque: la forme donnée aux charges nucléaires sur le dessin ci-dessus n'a été choisie que pour mieux illustrer qu'il s'agit de bombes. Dans la réalité, les charges doivent comporter le moins "d'emballage" possible. De simples sphères sont nettement plus indiquées.

LA PROPULSION THERMONUCLÉAIRE (FUSION).

Comme ce fût le cas pour la propulsion nucléothermique à fission, nous allons commencer par un petit rappel sur ce qu'est la fusion thermonucléaire.

A la différence de la fission nucléaire qui constituait en la division (fission) de noyaux d'éléments lourds (contenant donc un grand nombre de particules (U235, Pu239)), la fusion nucléaire consiste en une réunion (fusionner c'est réunir, assembler) de noyaux d'éléments légers (contenant peu de particules (H, He)).

Exemple: la fusion de l'Hydrogène pour former de l'Hélium.
L'hydrogène est le plus petits, et le plus léger des éléments. Son atome ne contient qu'un proton et un électron.
Il existe trois isotopes différents de l'hydrogène, le plus courant est celui dont le noyau n'est fait que d'un proton, les deux autres sont:
-le deutérium (²H) dont le noyau comporte un proton ET un neutron.
-le tritium (³H) dont le noyau comporte un proton et deux neutrons.

Dans tous les cas, il n'y qu'UN proton et UN électron, seul le nombre de neutron peut varier.

Les protons en rouge, les neutrons en vert, les électrons en bleu.

Remarque: cette représentation de l'atome est pratique et populaire, mais elle est fausse; surtout parcequ'elle représente l'électron comme une petite "boule" tournant autour du noyau, ce qui, non seulement n'est pas le cas, mais en plus est impossible (en tournant de la sorte, l'électron devrait rayonner de l'énergie électomagnétique, et donc perdre de l'énergie et "tomber" sur le noyau).

Seule la mécanique quantique donne une représentation valable de l'atome, mais pour ce que nous faisons ici, une représentation simple est suffisante, d'ailleur ce sont les noyaux qui nous intéressent dans les réactions nucléaires, pas l'atome entier.

La fusion de l'hydrogène va donc donner de l'hélium. L'hélium est le deuxième élément, en terme de légèreté, après l'hydrogène. Il possède DEUX protons et DEUX électrons. Il y a deux isotopes de l'hélium à pouvoir être formés par la fusion de l'hydrogène: l'hélium 3 (³He), et l'hélium 4.

Les protons en rouge, les neutrons en verts, et les électrons en bleu.

Même remarque que précédemment sur la validité de cette représentation de l'atome.

Puisque l'hélium a deux protons, et que l'hydrogène en a un, il faut faire fusionner deux noyaux d'H pour obtenir un noyau d'He, comme ceci:

Dans cet exemple, il y a formation d'hélium 4 à partir de la fusion d'un noyau de deutérium et d'un noyau de tritium.

Le neutron expulsé emporte près des 3/4 de l'énergie libérée lors de la fusion.

Les neutrons présents dans le deutérium (²H) et le tritium (³H) sont utilent pour la formation du noyau d'hélium qui en contient deux, mais en plus ils facilitent un peu la réaction.

Exemple: on peut obtenir de l'hélium 3 en provoquant une fusion deutérium + hydrogène , donnant de l'hélium 3 + de l'énergie sous forme éléctromagnétique (rayonnement gamma), ou une fusion deutérium + deutérium, donnant de l'hélium 3 + un neutron qui emporte la majeure partie de l'énergie, cette dernière étant plus facile.

La réaction décrite dans le dessin ci dessus s'accompagne d'une libération d'énergie de plus de 17 MeV (Méga électron-Volts), dont 14,1 sont emportés par le neutron expulsé.

Un électron-Volt = 1,60217653*10-19 joules, un mégaélectron-Volt, c'est un million d'électron-Volt, soit: 1,60217653*10-13joules. Ce qui signifie qu'environ 5 grammes deutérium-tritium produiraient 1,60217653*10-13*6,02*1023joules, soit: 9,6451027106*1010 joules ou plus de 96 milliard de joules!!!

En fissionnant, un noyau d'Uranium 235 libère une énergie de 200 MeV, mais le noyau d'uranium 235 est 47 fois plus lourd qu'un noyau de deutérium plus un noyau de tritium. Au point de vue rapport masse/énergie libérée, la fusion deutérium-tritium est donc plus de 4 fois plus énergétique.

La fusion nucléaire n'est pas réservée aux isotopes de l'hydrogène, pour les noyaux plus lourd, elle est seulement plus difficile, voir contre-productive, car certaines réactions peuvent consommer plus d'énergie qu'elles n'en produisent.

La limite étant le fer, TOUS les éléments de masse atomique supérieure au fer, ne peuvent produire d'énergie par fusion (ils en réclame plus pour fusionner qu'ils n'en libèrent en fusionnant).

Pour obtenir une fusion nucléaire il "suffit" donc de rapprocher suffisamment des noyaux d'éléments légers pour qu'ils se réunissent en formant un noyau d'un élément plus lourd. Sauf que..... c'est très très difficile car les différents noyaux, tous chargés positivement, se repoussent vigoureusement.

Comment faire alors?

Disons tout d'abord que s'il est vrai qu'ils se repoussent très, très fort, lorsqu'ils sont bien séparés, ils ne se repoussent plus du tout, que du contraire, lorsqu'ils sont vraiment très, très, très près, de chez très, très, très près; en fait, lorsque la distance entre les noyaux devient inférieure à 1,5*10-15mètres (1.5 fois un millième de milliardième de millimètre!!!!).
C'est à partir de cette distance que la force d'interaction forte (celle qui assure la cohésion entre les particules d'un noyau) peut agir.

Comme vous le voyez, cette force ne peut agir que sur de très petite distance, mais son intensité est plus de cent fois plus grande que la force électromagnétique (responsable de la répulsion électrique), et 1039fois (1000 milliards de milliards de milliards de milliards) plus grande que la "force" gravitationnelle!!!!.