Des réservoirs pour fusée en polymères renforcés de fibres de carbone (CFRP)

S’appuyant sur de précédentes études, MT-Aerospace AG basé en Allemagne a présenté un tout nouveau design de réservoir au format réduit, fabriqué en polymères renforcés de fibres de carbone (CFRP), qui est non seulement étanche à l'hydrogène liquide, mais également compatible avec l'oxygène liquide, sans utiliser de revêtement métallique.

Un réservoir composé uniquement de CFRP est bien plus léger que le métal, comporte moins de pièces et est donc plus rapide et moins cher à fabriquer.

Il s'agit d'une avancée majeure car, le stockage de propergols cryogéniques comme ceux-ci, qui sont refroidis à -253˚C, nécessite normalement des réservoirs dotés de revêtements métalliques pour les rendre étanches, avec ou sans enveloppe composite.

« Les réservoirs de carburant sont des éléments essentiels à la sécurité de tout système de propulsion », explique Hans Steininger, PDG de MT Aerospace AG. « Nous avons pu démontrer qu'un réservoir haute performance en CFRP peut résister à une pression cryogénique. À l'avenir, l'utilisation de réservoirs haute performance en CFRP devrait non seulement permettre de lancer des fusées en toute sécurité, mais aussi d'exploiter l'avantage d'un poids bien inférieur à celui des réservoirs métalliques. »

« C’est un énorme bond en avant. Nous avons trouvé un composite en carbone ainsi qu’une méthode de traitement très spécifiques qui nous permettront d'envisager de nouvelles architectures et combinaisons de fonctions pour les étages supérieurs des fusées, ce qui n'est pas possible avec le métal », a ajouté Kate Underhill, chef de projet démonstrateurs propulsion et étages supérieurs du Future Launcher Preparatory Program (FLPP) à l’ESA.

« Le métal est étanche. Pour recréer cette même propriété avec le composite en carbone, il a fallu un tissage complexe de fibres de carbone noir et une résine spéciale. Le matériau a résisté aux températures cryogéniques, aux cycles de pression et aux substances réactives lors d’un certain nombre de tests distincts. »

Après ces essais « éprouvette », des prototypes de réservoirs à petite échelle avec protection thermique intégrée seront bientôt construits pour poursuivre les tests. Les données recueillies alimenteront le développement d'un prototype grandeur nature d'un futur étage supérieur hautement optimisé, appelé Phoebus. 

Le démonstrateur Phoebus sera testé avec des fluides cryogéniques en 2023 pour confirmer les performances fonctionnelles des technologies et des nouvelles méthodes de fabrication à moindre coût dans le cadre d'un nouveau contrat ayant pour objet le développement d'étages supérieurs hautement optimisés. 

« Cela illustre parfaitement comment le soutien de l'ESA dans le développement de technologies de pointe conduit à des avancées majeures. Ce nouveau matériau léger à base de carbone permettrait la fabrication d'un étage supérieur d'Ariane 6 qui serait plus léger de deux tonnes - un gain libéré pour les charges utiles », a déclaré Daniel Neuenschwander, Directeur du transport spatial à l'ESA. 

Le projet Phoebus est une initiative conjointe de MT Aerospace AG et d'ArianeGroup en Allemagne visant à valider les technologies clés développées avec le soutien de l'ESA depuis mai 2019.