Leméthane liquide est leméthane refroidi en dessous de son point decondensation, soit−161,52 °C àpression atmosphérique (101 325 Pa). Il a unemasse volumique de422,62 kg/m3[1].
Il est généralement désigné par l'acronyme « LCH4 » pour les applicationsastronautiques. C'est uncombustible utilisé depuis peu dans l'astronautique notamment parSpaceX et son moteurRaptor ouBlue Origin et le moteurBE-4 en développement.
Le méthane est un combustible qui compose jusqu'à 90 % legaz naturel. Sonpoint d'auto-inflammation dans l'air est de540 °C. La réaction decombustion du méthane s'écrit :
La combustion du méthane à25 °C libère une énergie de 39,77 MJ/m3 (55,53 MJ/kg)[a], soit 11,05 kWh/m3 (15,42 kWh/kg)[b].
Le méthane liquide présente plusieurs avantages opérationnels qui le rendent compétitif avec l'oxygène liquide (LOX) par rapport à l'hydrogène liquide (LH2) malgré uneimpulsion spécifiquethéorique d'environ 380 s, contre environ 450 s pour le système LOX/LH2, soit une valeur 16 % inférieure. En effet, les technologies demoteurs-fusées à ergols liquides desannées 2020 permettent d'opérer à des pressions plus élevées qui améliorent sensiblement leurs performances, tandis que laliquéfaction du méthane et la manipulation du méthane liquide requièrent des installations moins complexes et moins coûteuses que celles nécessaires pour l'hydrogène liquide[2], bien plus froid : les intervalles de températures auxquelles ces substances existent à l'état liquide à pression atmosphérique sont de54 à90 K pour ledioxygène,91 à112 K pour le méthane liquide, mais14 à20 K pour ledihydrogène.
Cependant, ces intervalles, trop rapprochés, de températures auxquelles ces deux réactifs existent à l'état liquide sont responsables d'une instabilité de combustion : il n’y a plus d'état de matière évident pendant la vaporisation (possiblement incomplète) et la combustion[3]. En outre, les deux réactifs sont miscibles, ce qui augmente leur potentiel explosif[4].
Cependant, face au couple LOX/RP-1 ayant une impulsion spécifique comprise entre 270 et 360 s, légèrement inférieure à celle obtenue avec le méthane, les avantages sont moindres : le léger gain d'impulsion spécifique nécessite un système de refroidissement et de pressurisation, certes plus simple que celui requis pour le LH2, mais beaucoup plus complexe que le système requis pour le RP-1, utilisable à température ambiante. C'est pourquoi cet ergol n'avait jamais été utilisé pour deslanceurs spatiaux.
Toutefois, l'utilisation du méthane liquide avec l'oxygène liquide requiert une isolation thermique entre les deux moins importante que celle devant isoler le RP-1 ou le LH2 du LOX : deux réservoirs avec un fond commun sont possibles.
En revanche, par rapport au RP-1, l'utilisation du méthane ne produit pas desuies ou denoir de carbone et n'encrasse pas les moteurs, ce qui simplifie leur remise en état pour une éventuelle réutilisation et est encore moins polluante, y compris en prenant en compte les émissions dedioxyde de carbone grâce à son rapportH/C de 4, le plus élevé de tous leshydrocarbures (contre environ 2 pour les hydrocarbures saturés comme le RP-1)[5]. De plus, en remplaçant l'hydrogène, le méthane permet d'éviter tous les problèmes liés à lafragilisation par l'hydrogène, simplifiant là encore une réutilisation.
Autre intérêt du méthane liquide commeergolcombustible, il peut être produit localement sur la planèteMars par une combinaison deréaction de Sabatier et deréaction du gaz à l'eau inverse (RWGS) dans le cadre de technologies d'utilisation des ressources in situ (ISRU)[6],[7].
Ces deux derniers points sont responsables du regain d'intérêt pour cet ergol au début des années 2020. Alors que seules quelques entreprises avaient effectué des études et une construction en petite série, ainsi par exemple des études préliminaires avaient été menées dans lesannées 2000 parRocketdyne sur le moteurRS-18 (en) dans le cadre duprogrammeConstellation de laNASA, annulé en 2010, cette technologie est développée par plusieurs constructeurs américains, européens, russes et chinois.
La « course au lanceur orbital au methalox » ou « course au méthane » (« methalox race to orbit »), surnommée ainsi dans les médias, est remportée le 12 juillet 2023 par le lanceurZhuque-2 propulsé par ses moteursTQ-12 (en), après l'échec de sa première tentative de lancement en décembre 2022, suivie des échecs au lancement deTerran 1 (mars 2023) et duStarship (avril 2023).
[PDF], surInterstellar Technologies,| Généralités |
|
|---|---|
| Énergie non renouvelable | |
| Énergie renouvelable | |
| Vecteur énergétique | |
| Stockage | |
| Économies d'énergie | |
.svg)
