La propulsion hybride: un atout pour l'accès souverain à l'espace ?

Bordeaux - Entretien avec les fondateurs d'Hybrid propulsion for Space. La France, face aux nouveaux enjeux qui animent le secteur du spatial, est désormais dotée d'une stratégie qui lui offre  l'occasion de maîtriser à nouveau ses ambitions. Elle peut notamment pour cela s'appuyer sur les innovations de nouveaux acteurs de son riche écosystème. Aujourd'hui l'exemple de la propulsion hybride.

Illustrations: La propulsion hybride permet d'envisager une plus grande modularité des lanceurs avec, par exemple un décollage sans pas de tir, ici depuis une bouée (vues d'artiste HPS).

L'accès à l'espace est aujourd'hui (re)devenu une question stratégique, un enjeu de souveraineté, et même dirons-nous, une compétition. C'est une problématique que nous avons abordée de plus en plus fréquemment sur ce blog, à mesure que le monde du spatial évoluait ces dernières années, impliquant  par la même de façon croissante de nouveaux acteurs. 

Frappé d'un dynamisme renouvelé (et des défis qui l'accompagnent), le secteur doit s'adapter à l'arrivée de challengers que sont les puissances émergentes, et les acteurs du New Space. Pour les historiques du spatial, qui s'épanouissaient dans une confortable inertie, la révolution passera par l'innovation technologique, mais également l'innovation dans les process. Et bien entendu, l'investissement.

Hybrid Propulsion for Space (HPS), toute jeune start-up basée à Bordeaux (hébergée à l'ENSAM, bientôt membre d'Aerospace Valley), développe un propulseur spatial hybride innovant haute performance à coût réduit, grâce à une innovation technologique propriétaire. Entretien avec les fondateurs.

Pax Aquitania. Pouvez-vous nous présenter en quelques points la propulsion spatiale hybride ? Et notamment son intérêt quant aux lanceurs ? 

HPS. Traditionnellement, la propulsion spatiale se focalise sur deux technologies propulsives qui sont parfaitement éprouvées : la propulsion liquide consistant en un comburant et un carburant liquide, et la propulsion solide, où le comburant et le carburant sont mélangés au sein d’un même solide. Pour faire simple, la propulsion liquide favorise la performance technique, tandis que la propulsion solide favorise l’efficacité économique.

Hybrid Propulsion for Space se focalise sur un troisième type de propulsion : la propulsion hybride, où le comburant est liquide, et le carburant solide. Cette technologie réunit théoriquement les avantages de la propulsion liquide et de la propulsion solide. En pratique, la propulsion hybride souffre actuellement d’un verrou technologique qui l’empêche de délivrer son plein potentiel propulsif pour des moteurs de grande taille et de forte puissance. Hybrid Propulsion for Space cherche à lever ce verrou afin de créer un propulseur sans aucun compromis, peu cher à concevoir, produire et mettre en œuvre, mais aussi offrant un bon rendement propulsif, et la capacité de moduler la poussée ainsi que d’éteindre et de rallumer le moteur à volonté. Pour cela, HPS développe une innovation technologique permettant de lever le verrou technologique limitant le rendement et la poussée pour des propulseurs de grande taille. 

Cette innovation a déjà été testée sur un prototype lors d’essais de combustion au sol et une amélioration de 70% d’un facteur lié à la poussée a été mis en évidence. Ce qui a amené au dépôt d’un brevet. 

Une étude de l’état de l’art a de plus montré qu’aucune recherche n’a été faite dans la direction de l’innovation développée par Hybrid Propulsion for Space. En revanche on note une nette progression des dépôts de brevet sur la propulsion hybride depuis 2017, notamment en Chine.

La propulsion hybride:

La propulsion hybride consiste à injecter un ergol liquide stocké dans un réservoir dans une chambre de combustion qui contient également l'ergol solide. La chaleur dégagée par la combustion permet au bloc solide d'ergol de produire des gaz combustibles qui viennent se mélanger avec l'ergol liquide injecté. Ce processus entretient la combustion jusqu'à consommation complète d'un des deux ergols. 

L'innovation technologique d'HPS permet d'augmenter la vitesse de consommation de l'ergol solide et de favoriser le mélange des ergols. Ces deux facteurs étant nécessaires pour produire une poussée importante et efficace. Les tirs sur banc d'essais "Lily" effectués avec des prototypes ont permis de montrer un accroissement de 30 à 70 % de la vitesse de consommation du carburant.

Banc d'essais 'Lily"

Pax Aquitania. Le développement de cette technologie découle-t-elle directement des bouleversements du marché provoqués dans le cadre de la révolution du New Space ?

HPS. L'avènement du New Space dans les années 2010 a permis à des nouveaux acteurs de développer des activités spatiales. Des nouvelles applications ont demandé de nouveaux formats de satellites caractérisés par une faible masse, entre 0 et 500 kg. Ils sont si légers qu'à l'heure actuelle il n'y a pas d'offre de mise en orbite qui soit réellement adaptée à ces satellites, si bien que l'attente de lancement peut être de plusieurs années. 
Plus particulièrement, il n'y avait pas (jusqu'en 2018) de fusée ayant une capacité d'emport adaptée à ces petits satellites. Il s'est créé un déficit d'offres face à une demande grandissante. Le nombre de ces satellites a explosé, passant de 50 à placer sur orbite en 2010, à 350 en 2018. Les prévisions tablent sur un millier d'unités annuelles dans les années 2030 pour un marché de 20 milliards de dollars de lancement pour la décennie à venir, et pour une industrie spatiale dépassant le millier de milliards de dollars.

« Le développement de la brique technologique proposée par HPS permettrait à la France de disposer d’une technologie propulsive performante, peu chère, et permettre un accès à l’espace réactif »

Pax Aquitania. La technologie de propulsion hybride semble présenter une innovation qui pourrait s'avérer intéressante dans le cadre d'une stratégie spatiale de défense ? Ce que la France tente actuellement de mettre en oeuvre.

HPS. L’espace devient un champ d’affrontement et un théâtre d’opérations. Il permet en effet un support des forces armées en termes de communication, de géolocalisation et de renseignement. De plus il revêt un caractère stratégique pour la capacité d’action militaire, et plus récemment d’agir contre des menaces spatiales (satellites belliqueux). Dans le cadre de cette arsenalisation de l’espace et de l’augmentation de la  « spatiodépendance » des forces armées, une capacité de lancement dédiée aux charges utiles légères participera à la  « spatiorésilience » des nations.

La pierre angulaire de l’industrie spatiale, qu’elle soit civile, militaire ou duale, est celle de l’accès à l’espace. Un vecteur permettant d’aller dans l’espace mais aussi de s’y déplacer est la condition sine qua non du développement de cette industrie.

Et la clé de cet accès à l’espace est bien entendu le vecteur qui permet de s’y rendre, vecteur dont la performance technique et économique dépend du système de propulsion.

Le développement de la brique technologique proposée par HPS permettrait à la France de disposer d’une technologie propulsive performante, peu chère, et permettre un accès à l’espace réactif. Un microlanceur en propulsion hybride est adapté en taille et robustesse pour être transporté dans un container standard. En outre, pour les besoins militaires, le lanceur peut être transporté dans un A400M et être mis en œuvre par un porte-avions.
Cette technologie peut être implémentée bien entendu sur un lanceur de micro-satellites, véhicule ayant un marché potentiel le plus important, mais aussi au sein d’un lanceur suborbital, véhicule hypersonique ou encore un dispenser motorisé de micro-satellite, s’ils sont lancés par grappe sur un lanceur traditionnel.

Pax Aquitania. Vous avez présenté votre innovation à la Direction Générale de l'Armement, mais pour mener à bien ce projet, il faudra l'investissement de divers acteurs. Vous comptez notamment sur l'écosystème qui cimente la BITD française. 


HPS. Afin de faire ce projet en France, le soutien de la DGA Essais Missiles est nécessaire pour notre phase de R&D, afin de pouvoir effectuer nos essais propulsifs de développement et de qualification autant au sol dans un premier temps, qu’essais en vol par la suite. En effet, il est économiquement beaucoup plus favorable pour HPS d’exploiter les infrastructures existantes de la DGA EM, afin de profiter du cadre réglementaire et sécuritaire adéquat pour ces activités.

Nous avons pour l’instant détaillé notre innovation aux experts techniques de la DGA, qui ont reconnu l’avantage technique potentiel de notre innovation. Nous sommes aussi en lien avec l’Agence d’Innovation de Défense qui est la seule entité permettant de décider d’un partenariat avec la DGA EM.

Nous avons également commencé les démarches pour obtenir des financements de la part de la région Nouvelle-Aquitaine, qui demande un engagement de la DGA avant tout éventuel soutien. La DGA et l'AID sont donc les premières institutions dont nous cherchons à obtenir le soutien.

Aussi, nous avons postulé à un appel à projet organisé par l’industriel MBDA pour développer des technologies innovantes et ayant une application dans les prochaines générations de systèmes de missiles.

Une fois notre brique technologique développée, nous souhaitons nous associer avec un industriel pour concevoir le reste du véhicule.

Nous envisageons aussi la possibilité de ne pas trouver les soutiens et les financements souhaités en France, et explorons les pistes à l’étranger. Nous avons pour l’instant des contacts aux Etats-Unis, mais aucune possibilité n’est exclue.

Au vu des développements aux USA, l’industrie spatiale va connaitre un essor fulgurant dans les prochaines décennies. L’avenir est beaucoup moins certain pour les acteurs individuels européens. La faillite du britannique OneWeb et de sa méga-constellation a par exemple un impact financier direct sur Arianespace.

« Si la France n’adapte pas sa façon de considérer l’investissement dans le spatial, nous serons contraints de partir à l’étranger »

Pax Aquitania. La France (ou plus largement l'Europe), semble tarder à s'investir pleinement dans cette économie de l'innovation si déterminante en termes de souveraineté, et ce particulièrement en ce qui concerne le New Space. Le risque est-il réel que, comme dans le secteur de la défense, des innovations nationales d'ampleur stratégique soient captées par l'étranger ?

HPS. L’industrie spatiale européenne est organisée de la même façon qu’il y a 30 ans, lorsque le marché était complètement différent. L’inertie d’une telle centralisation implique une inadéquation entre les capacités opérationnelles de ce que propose l’Europe du spatial, et le marché qui évolue chaque mois.

Une révolution tant conceptuelle que structurelle est néanmoins sur le point de débuter en Europe, et nous comptons bien entendu y contribuer.  

Nos perspectives de développement en France et en Europe sont corrélées à un changement de façon de penser l’industrie spatiale. Ce constat a été fait au niveau politique (rapport Jean-Marie Bockel au Sénat, BPI France), mais tarde à avoir de d’écho chez les industriels et investisseurs du milieu.
Dans le spatial comme dans la défense d'ailleurs, trop d'acteurs restent en effet soumis au phénomène de « vallée de la mort », qui voit disparaître nombre de PME et Start-up alors qu’elles abordent la phase de financement d’un prototype ou démonstrateur. Il y a une vraie pénurie en capital développement.

Ces problématiques de financement spécifiques à l'Europe engendrent fatalement un risque majeur: celui de laisser échapper à l’étranger des compétences et technologies souveraines.
Si malheureusement, la France n’adaptait pas sa façon de considérer l’investissement dans le spatial, nous serons contraints de partir à l’étranger.

Un grand remerciement à Sylvain, l'un des cofondateurs d'Hybrid Propulsion for Space, pour cet entretien riche en enseignements !