Pourquoi les États-Unis se précipitent pour construire un réacteur nucléaire sur la Lune

La NASA accélère un projet de construction d'un réacteur nucléaire sur la Lune d'ici 2030, en vertu d'une nouvelle directive de l'administrateur par intérim de l'agence, Sean Duffy.

Ce plan ravive un rêve vieux de plusieurs décennies d’accroître l’énergie nucléaire dans l’espace, un changement qui ouvrirait des possibilités futuristes et testerait les directives juridiques et réglementaires sur l’utilisation des ressources et des environnements extraterrestres.

Duffy, qui est également secrétaire aux Transports du président Donald Trump, a présenté le fait d'être le premier à installer un réacteur sur la surface lunaire comme un enjeu incontournable dans la nouvelle course à la Lune. « Depuis mars 2024, la Chine et la Russie ont annoncé à au moins trois reprises un effort conjoint pour installer un réacteur sur la Lune d'ici le milieu des années 2030 », indique Duffy dans la directive , datée du 31 juillet.

« Le premier pays à le faire pourrait potentiellement déclarer une zone d'exclusion qui empêcherait considérablement les États-Unis d'établir une présence Artemis planifiée s'ils n'étaient pas là en premier », a-t-il ajouté, faisant référence au programme Artemis de la NASA, qui vise à faire atterrir des humains sur la Lune dans les années à venir.

La directive établissait une feuille de route pour la conception, le lancement et le déploiement d'un réacteur opérationnel de 100 kilowatts au pôle Sud lunaire dans un délai de cinq ans. Ce réacteur serait construit avec des partenaires commerciaux (à titre de comparaison, 100 kilowatts pourraient alimenter environ 80 foyers américains). Bien que les spécifications restent, pour l'instant, spéculatives, 100 kilowatts représentent une augmentation considérable de la puissance par rapport aux générateurs nucléaires de base qui alimentent les rovers et les sondes spatiales martiennes , qui fonctionnent généralement avec quelques centaines de watts seulement, soit l'équivalent d'un grille-pain ou d'une ampoule électrique.

Les implications seraient transformatrices, « non seulement pour la Lune, mais pour l'ensemble du système solaire », déclare Bhavya Lal, ancien administrateur associé de la NASA pour la technologie, la politique et la stratégie, et chef technologue par intérim. L'implantation d'un réacteur nucléaire sur la Lune permettrait à l'industrie spatiale de « commencer à concevoir des systèmes spatiaux en fonction de nos objectifs, et non de ce que de faibles quantités d'énergie nous permettent de réaliser. C'est le même bond en avant que les sociétés terrestres ont franchi lorsque les bougies ont remplacé l'électricité produite par le réseau électrique. »

Établir une centrale nucléaire sur la Lune d’ici 2030 ne sera pas facile, mais de nombreux experts pensent que c’est à portée de main.

« Quatre ans et quelques, c'est un délai très serré », mais « la technologie est là », affirme Simon Middleburgh, professeur de matériaux nucléaires et codirecteur du Nuclear Futures Institute à l'université de Bangor au Royaume-Uni.

Jusqu'à présent, le problème n'était pas nécessairement la maturité technologique, mais plutôt l'absence de demande pour des réacteurs extra-terrestres ou d'incitations politiques à forcer leur achèvement. Ce calcul est en train de changer.

« Nous avons investi plus de 60 ans et dépensé des dizaines de milliards de dollars, et la dernière fois que nous avons lancé quoi que ce soit, c'était en 1965 », explique Lal, en référence à la mission SNAP-10A de la NASA, qui fut le premier réacteur nucléaire lancé dans l'espace. « Je pense que le grand changement a eu lieu l'année dernière, lorsque la NASA a, pour la première fois de son histoire, choisi l'énergie nucléaire comme principale technologie de production d'énergie de surface pour les missions habitées vers Mars. »

« Il existe désormais une certitude politique que nous n'avions pas auparavant », ajoute-t-elle. « Enfin, le secteur privé n'est pas seulement intéressé par l'utilisation de l'énergie nucléaire spatiale, il est même intéressé par sa fourniture. » Des start-ups et des entreprises aérospatiales établies comme Boeing et Lockheed Martin étudient l'utilisation de l'énergie nucléaire dans l'espace. « De nombreuses pièces du puzzle se sont assemblées de manière positive, nous permettant ainsi d'avancer concrètement. »

Le programme Artemis de la NASA est censé jeter les bases d'une base permanente au pôle Sud lunaire et de technologies pionnières pour le déploiement sur Mars, bien que son avenir soit incertain . Quoi qu'il en soit, les besoins énergétiques de toute mission habitée dans des environnements exotiques comme la Lune, où les nuits durent deux semaines et les températures fluctuent considérablement, nécessitent une alimentation électrique stable et abondante.

« La gravité lunaire et les variations thermiques sont brutales », explique Lal. « Les températures diurnes avoisinent les 100 degrés Celsius. La nuit, elles sont proches du zéro absolu. Toute l'électronique doit être protégée contre les radiations. Mais, pour être honnête, les plus grands risques ne sont pas techniques. Le plus grand risque est de maintenir la dynamique et l'objectif de la mission. »

C'est là qu'intervient la Chine, qui prévoit également une base lunaire au pôle Sud. Cette région, riche en ressources et en glace d'eau, constitue un site d'exploration attractif et une potentielle présence permanente. La Chine est en pourparlers avec la Russie pour y construire un réacteur d'ici 2035. Ces avancées ont incité les responsables de la NASA, du ministère de la Défense et du ministère de l'Énergie à se lancer dans la course.

« C'est possible, car nous nous en sortons très bien aux États-Unis face à un adversaire puissant, et nous n'en avons pas eu depuis 40 ans », déclare Mohamed El-Genk, professeur de génie nucléaire et directeur fondateur de l'Institut d'études spatiales et nucléaires de l'Université du Nouveau-Mexique. « Mais beaucoup de choses doivent être réglées pour que cela se produise. »

La directive de Duffy comprenait peu de détails sur la conception ou l'échelle du réacteur prévu, et personne ne peut prédire quels concepts pourraient émerger dans les mois à venir.

« Afin de renforcer la concurrence américaine et de renforcer son leadership sur la surface lunaire dans le cadre de la campagne Artemis, la NASA s'active pour développer rapidement l'énergie de surface par fission », a déclaré Bethany Stevens, attachée de presse au siège de la NASA, dans un courriel adressé à WIRED. « Cette technologie essentielle contribuera à l'exploration lunaire, permettra la production d'énergie à haute puissance sur Mars et renforcera notre sécurité nationale dans l'espace. Parmi les efforts déployés pour faire progresser le développement, la NASA désignera un nouveau responsable de programme pour gérer ces travaux et lancera un appel d'offres auprès de l'industrie dans un délai de 60 jours. La NASA communiquera ultérieurement des détails supplémentaires sur cette proposition. »

La directive fait écho aux conclusions d’ un récent rapport sur l’énergie nucléaire spatiale, coécrit par Lal et l’ingénieur aérospatial Roger Myers, qui comprenait une option « Go Big or Go Home » pour construire un réacteur de 100 kW sur la Lune d’ici 2030.

Cette conception de 100 kW serait « à peu près équivalente à envoyer quelques éléphants africains adultes sur la lune avec un parapluie dépliable de la taille d'un terrain de basket, sauf que les éléphants produisent de la chaleur et que ce parapluie n'est pas destiné à l'ombre, mais à rejeter la chaleur dans l'espace », a déclaré Lal dans un e-mail de suivi à WIRED.

La NASA pourrait également s'inspirer de son dernier projet de développement d'un réacteur lunaire, connu sous le nom de concept Fission Surface Power , lancé en 2020. Le projet prévoyait la construction d'un réacteur de 40 kW qui serait déployé de manière autonome sur la surface lunaire. Bien que l'on ne sache pas encore quelles entreprises remporteront les contrats pour la construction du nouveau réacteur de 100 kW, le précurseur de 40 kW a bénéficié de la contribution de diverses organisations, dont Aerojet Rocketdyne, Boeing et Lockheed Martin du secteur aérospatial ; les entreprises nucléaires BWXT, Westinghouse et X-Energy ; la société d'ingénierie Creare ; et les entreprises de technologie spatiale Intuitive Machines et Maxar.

Les entreprises contractantes pour ce projet n'ont pas été en mesure de respecter l'exigence de masse maximale de 6 tonnes lors de la phase de conception initiale. Cependant, la directive de Duffy suppose que le réacteur serait livré par un atterrisseur lourd capable de transporter des charges utiles allant jusqu'à 15 tonnes.

Le réacteur de 100 kW, le combustible à l'uranium, les radiateurs et les autres composants pourraient être livrés en plusieurs lancements et atterrissages. Le site de la centrale pourrait se trouver à l'intérieur d'un cratère lunaire, voire sous terre, afin d'éviter toute contamination en cas d'accident.

« La Lune présente de sérieux défis d'ingénierie », a déclaré Carlo Giovanni Ferro, ingénieur aérospatial et chercheur à l'Université polytechnique de Turin, en Italie, dans un courriel adressé à WIRED. « Sans atmosphère, il n'y a pas de refroidissement par convection ; on ne peut pas compter sur la circulation d'air sur les composants, contrairement aux systèmes terrestres, pour rejeter l'excès de chaleur. »

Ferro ajoute que la gravité lunaire, six fois inférieure à celle de la Terre, affecterait la dynamique des fluides et le transfert de chaleur, et que le régolithe lunaire – la couche de poussière et de petites roches qui recouvre la surface lunaire – est collant et électrostatique, ce qui pourrait interférer avec les radiateurs et autres composants. « C'est probablement réalisable d'un point de vue technique, mais cela reste très ambitieux », dit-il à propos des projets proposés par la NASA.

Toutes les technologies nucléaires exigent des restrictions de sécurité strictes, en particulier celles destinées aux lancements de fusées explosives et aux atterrissages dans des environnements extraterrestres.

« Il est essentiel qu'un groupe d'experts se réunisse et définisse les exigences nécessaires pour répondre à toutes les préoccupations », explique El-Genk. « La meilleure solution n'est pas de proposer des solutions aux problèmes potentiels, mais de se demander : pouvons-nous les éviter dès la conception ? »

À cette fin, le déploiement d'un réacteur lunaire – par la NASA, la Chine ou toute autre entité – sera soumis à des normes réglementaires strictes à chaque étape. Par exemple, le combustible à l'uranium sera probablement contenu dans des couches protectrices robustes en cas de panne de la fusée.

« La raison d'être de cette réglementation est la sécurité », explique Middleburgh. « Nous ne voulons pas que les astronautes tombent en panne d'énergie. Nous ne voulons pas qu'ils aient un accident là-haut dont nous ne pourrions pas nous remettre. Ce serait une catastrophe totale. »

« Ce sera réglementé jusqu'au bout », poursuit-il. « La question est de savoir qui réglementera, mais quoi qu'il en soit, on ne se contentera pas d'introduire des produits qui n'ont pas été étudiés et dont l'innocuité n'a pas été démontrée. Ce serait la fin du programme. »

Outre le développement d'une stratégie de sécurité robuste, la course à l'énergie nucléaire sur la Lune ouvrira de nouvelles perspectives en matière de droit et de politique spatiale. La nation ou l'entité qui y parviendra en premier établira probablement ce que la directive appelle une « zone d'exclusion » pour des raisons de sécurité. Ces zones, qui pourraient couvrir quelques kilomètres carrés, empêcheraient les concurrents de pénétrer dans le même espace.

De telles activités doivent être conformes aux directives établies par le Traité sur l’espace extra-atmosphérique, qui stipule que les corps célestes ne peuvent être utilisés qu’à des fins pacifiques et que l’exploration et l’utilisation de l’espace extra-atmosphérique doivent être menées au profit de « toute l’humanité ».

« Je ne pense pas qu'il y ait violation d'un quelconque traité », déclare Lal. « Il s'agit plutôt d'une exclusion fonctionnelle, qui pourrait être liée aux risques de radiation, aux contrôles thermiques ou aux protocoles d'urgence. Elle serait en réalité justifiée par l'article neuf du Traité sur l'espace extra-atmosphérique, car elle est nécessaire pour prévenir toute interférence nuisible. »

« Ils ne revendiqueront aucune souveraineté », ajoute-t-elle. « Nous ne disons pas qu'il s'agit d'une forme d'accaparement de terres. »

L'énergie nucléaire spatiale semble se profiler à l'horizon depuis des générations, mais de nombreux experts estiment que son heure est enfin arrivée et qu'il faut frapper tant que le fer (ou plutôt l'uranium) est chaud. Si les réacteurs nucléaires s'implantent dans l'espace, cela décuplera les possibilités d'exploration et d'industrie.

« Avec ce type de puissance, nous pouvons envisager des infrastructures de surface permanentes sur la Lune et sur Mars, des systèmes d'extraction minière lunaires et martiennes pour extraire de l'oxygène, de l'eau et des propergols dans des habitats humains réels – non seulement pour la survie, mais aussi pour l'habitabilité », explique Lal. « Nous pouvons faire de la science à grande échelle. Nous n'avons pas besoin de miniaturiser nos instruments pour qu'ils ne consomment pas trop d'énergie, qu'il s'agisse de radars ou de sismomètres. »

« C'est la base de l'ouverture du système solaire », ajoute-t-elle. « C'est ce qui me passionne vraiment. »

Les premières nations à réussir à installer un réacteur sur la Lune joueront un rôle majeur dans la construction de cet avenir, et les acteurs les plus probables font tourner leurs moteurs.

« La nouvelle course à l'espace ne consiste pas à atteindre la Lune en premier », explique Ferro. « Il s'agit de savoir qui pourra y rester. »