Navier, le moteur-fusée de Latitude
Les petits lanceurs visant la mise en orbite de nanosatellites ont largement recours à l’impression 3D. C’est le cas de Zéphyr, le nanolanceur de la start-up Latitude, capable d’emporter une centaine de kilos de charge utile et dont le déploiement est prévu
dès 2025. La société rémoise a dévoilé son premier prototype de moteur en 2021. Le Navier Mark-1 (photo) est « entièrement conçu en fabrication additive (FA) métallique », souligne Isabelle Valentin, la directrice des opérations. Pour donner corps à ce moteur, Latitude utilise la fusion laser sur lit de poudre, utilisant un alliage d’Inconel 718.
Cette méthode doit cependant être adaptée à la complexité du rotor. Il tourne à très haute vitesse afin de comprimer le fluide propulsif avant son injection dans les chambres de combustion du moteur. « La réalisation de cette pièce requiert une grande précision dans le dépôt des couches, étant donné la finesse de sa paroi, explique Isabelle Valentin. Mesurant 1 cm d’épaisseur, celle-ci intègre des canaux, ce qui constitue une difficulté supplémentaire compte tenu des caractéristiques granulométriques des poudres métalliques et des limites actuelles des lasers en termes de précision, oscillant entre 40 et 80 microns. On poursuit les travaux afin d’obtenir une pièce d’une exactitude optimale tout en maximisant sa densité. »
Latitude Un autre élément clé dans ce moteur est la tuyère, chargée d’accélérer et d’éjecter les gaz brûlés de la chambre de combustion. « Il s’agit de la structure qui se prête le mieux à la FA métallique. Elle est conçue avec des canaux dans sa paroi, qui facilitent la circulation et le refroidissement des fluides. » Une fois les 30 pièces assemblées, le Navier atteint un diamètre de 800 mm et une hauteur de 1 m, avant d’être incorporé au lanceur bi-étage de 19 m. Un premier essai, réalisé en 2023 à une échelle réduite, a permis de confirmer la résistance mécanique de ses pièces et « d’identifier les améliorations à apporter en termes de densité et de revêtement dans la chambre de combustion, afin d’optimiser les performances du moteur ». Ces ajustements seront validés par des essais de mise à feu prévus à la fin de l’année.
Spacebus Neo, les satellites télécoms de Thales Alenia Space
Chez Thales Alenia Space, la quasi-totalité des satellites de télécommunications sortant des salles blanches intègrent des composants issus de la fabrication additive (FA). Dès 2015, l’entreprise a mis en orbite des supports (photo) de l’antenne cornet radiofréquence, puis de l’antenne télémesure-télécommande en aluminium de grande dimension. L’impression 3D a pris une place importante dans sa plateforme de satellites télécoms Spacebus Neo. Ceux-ci intègrent quatre supports de roue à inertie en aluminium, d’environ 400 mm de côté. Ils sont conçus pour maintenir et stabiliser les roues de réaction, éléments cruciaux pour garantir la stabilité et l’orientation précise du satellite tout au long de sa mission.
LISI AEROSPACE ADDITIVE MANUFACTURING Grâce à la fusion sur lit de poudre (PBF), Thales Alenia Space a réussi à les produire « avec des géométries variables et optimisées. On a observé une réduction des coûts d’environ 10 %, un gain de masse de 30 % et une amélioration nette des performances mécaniques », souligne Florence Montredon, la responsable des technologies de FA de Thales Alenia Space. Parmi les réalisations notables de la série des Spacebus Neo figure aussi le mécanisme d’orientation des tuyères des plateformes satellites, intégrant sept ferrures en titane. Ce mécanisme de 360 mm oriente sur deux axes des propulseurs électriques. Ils sont nécessaires au positionnement nominal du satellite sur son orbite finale et au contrôle d’attitude durant sa durée de vie. « On a réalisé un travail d’optimisation topologique pour obtenir des formes aérées, plus adaptées à leurs fonctionnalités et présentant un avantage de compacité et d’accessibilité, avec une fonctionnalisation des pièces pour acquérir des performances mécaniques et thermiques importantes tout en réduisant la masse », ajoute-t-elle. L’entreprise poursuit le développement des applications de la FA dans les satellites en se concentrant sur les canaux de circulation de fluide, afin d’obtenir une pièce monobloc incluant le contrôle thermique.
Prometheus, le moteur du futur lanceur lourd européen
ArianeGroup Holding/ESA Pour demeurer compétitif dans la course mondiale à l’espace, ArianeGroup développe depuis 2017 un moteur cryogénique de forte poussée (photo). Prometheus est destiné à équiper les futurs lanceurs européens succédant à Ariane 6 à partir de 2030. Ce moteur promet une réduction de coûts d’un facteur 10 par rapport au Vulcain d’Ariane 6, grâce à la fabrication additive (FA). Près de 70 % des composants du moteur sont imprimés en 3D par fusion sur lit de poudre (PBF).
En 2021, le groupe a dévoilé la chambre de combustion, sur le site d’Ottobrunn en Allemagne. Elle comporte un système de refroidissement et une tête d’injection monobloc, tous deux réalisés par PBF. Autre élément notable du Prometheus, le carter. Ce composant enveloppe et préserve les éléments internes, de la turbopompe intégrée au système propulsif. Il est interconnecté aux diverses conduites assurant le transfert de fluides, tels que l’oxygène et le méthane, alimentant la chambre de combustion. « Grâce à notre expertise accumulée au cours de la dernière décennie, cette pièce est désormais aisément réalisable en impression 3D, avec des entrées et des sorties intégrées directement dans le carter, commente Hervé Gilibert, le directeur technique d’ArianeGroup. Il suffit de procéder aux connexions du réservoir situé à l’étage du lanceur, évitant ainsi la nécessité d’une double bride d’assemblage des composants jusqu’ici fabriqués séparément. »
La FA a également démontré son efficacité dans la réalisation de pièces rotatives, telles que les turbines des turbopompes employées dans Prometheus. Ces pièces, soumises à d’importantes contraintes thermomécaniques, servent à accroître la pression du liquide en le faisant circuler à travers les aubes de la turbine. La complexité est avant tout géométrique. « La forme en spirale de la pièce a nécessité l’adaptation du PBF, pour une fabrication horizontale avec une forte inclinaison, sans risque d’effondrement des couches », précise Hervé Gilibert. En outre, il était indispensable de démontrer la résistance thermomécanique d’une telle pièce. « Un défi relevé avec succès dans le cadre du moteur Vinci destiné à l’étage supérieur d’Ariane 6 ». ArianeGroup envisage de recourir davantage à la FA métallique et de l’utiliser notamment à plus de 70 % pour la construction des prochains moteurs. « La seule limite actuelle reste la taille des machines de PBF », laisse entendre son directeur technique.
