L'industrie spatiale européenne traverse une révolution rapide mais silencieuse : au lieu des ergols toxiques qui ont été la norme pendant des décennies, elle se tourne de plus en plus vers des solutions dites « vertes ». L'un des nouveaux produits les plus intéressants dans ce domaine est ARIEL – un nouveau propulseur chimique de 250 newtons au peroxyde d'hydrogène, développé par l'entreprise espagnole Arkadia Space sous l'égide du programme de l'Agence spatiale européenne (ESA) Future Launchers Preparatory Programme (FLPP). Il s'agit d'un moteur destiné aux systèmes de contrôle d'attitude (Reaction Control System – RCS) des fusées et des engins spatiaux, qui combine un carburant plus écologique, un haut degré de fiabilité et des coûts compétitifs, tout en ciblant un segment de marché dans lequel l'Europe ne disposait pas jusqu'à présent de produit disponible en série avec ces performances.

Propulseur pour le contrôle précis des engins spatiaux

Contrairement aux moteurs de propulsion principaux qui génèrent de grandes quantités de poussée pour qu'une fusée ou un engin spatial atteigne l'orbite ou change d'orbite, ARIEL est conçu comme un propulseur dit de contrôle d'attitude. De tels moteurs sont situés sur différentes parties du véhicule spatial et fonctionnent par courtes rafales ou par « allumages » plus longs et stables pour faire pivoter, stabiliser ou orienter précisément l'engin spatial dans la direction souhaitée. Avec sa poussée maximale d'environ 250 N, ARIEL pourrait maintenir en l'air sur Terre un sac de ciment pesant 25 kilogrammes, ce qui se traduit dans le vide de l'espace par un contrôle très fin et maîtrisé de grandes fusées ou de satellites massifs.

Pourquoi le peroxyde d'hydrogène remplace l'hydrazine

La particularité clé de ce propulseur est le choix de l'ergol. Au lieu de l'hydrazine classique, qui a été la norme de facto dans les missions spatiales pendant des décennies, ARIEL utilise du peroxyde d'hydrogène hautement concentré (High Test Peroxide – HTP) d'une pureté d'environ 98 %. Le peroxyde d'hydrogène en tant que monergol se décompose en présence d'un catalyseur en un mélange chaud de vapeur d'eau et d'oxygène, créant un jet qui génère une poussée sans nécessiter de système à deux composants (biergol). Cela simplifie l'ensemble du système d'alimentation, réduit le nombre de vannes, de tuyaux et de réservoirs, et augmente simultanément la sécurité des opérations au sol et en orbite.

L'hydrazine est, quant à elle, une substance extrêmement toxique et cancérigène, dont le stockage, la manipulation et le transport nécessitent des équipements de protection coûteux, des installations spécialisées et des procédures strictement réglementées. Les équipages sur les pas de tir ne doivent pas s'en approcher sans combinaisons de protection complètes avec leur propre système d'alimentation en air, et les éventuelles contaminations de l'environnement présentent un risque sérieux. C'est pourquoi l'industrie spatiale cherche depuis des années des alternatives qui conserveraient l'utilité de l'hydrazine, mais avec un impact moindre sur la santé humaine et l'environnement. ARIEL occupe précisément cette niche, comme l'un des premiers propulseurs monergols au peroxyde d'hydrogène de cette classe de poussée développés en Europe.

Développement rapide avec le soutien du programme FLPP de l'ESA

Le programme FLPP, dans le cadre duquel ARIEL a vu le jour, est conçu comme une sorte d'incubateur de technologies pour les futurs systèmes de lancement européens. À travers lui, l'ESA soutient financièrement et techniquement les entreprises qui développent des composants et des sous-systèmes ayant un potentiel d'application sur les futures fusées, avions spatiaux ou missions spatiales avancées. Dans le cas d'Arkadia Space, le premier contrat pour le développement et les essais d'ARIEL a été signé en juin 2023, et seulement sept mois plus tard, le moteur était prêt pour le premier allumage sur le banc d'essai. En moins de deux ans depuis la signature du contrat, ARIEL a atteint, après une série de tests, le niveau de maturité technologique TRL 6, ce qui signifie que la technologie a été démontrée dans un environnement pertinent et est prête à passer vers la qualification et les applications commerciales.

Centre d'essai à Castellón et vaste campagne de tests

La campagne d'essais a été menée au Arkadia Space Test Center situé à l'aéroport de Castellón en Espagne, où l'entreprise a construit sa propre installation spécialement adaptée aux essais de propulseurs de poussée moyenne et de durées de fonctionnement plus longues. Le banc d'essai et l'infrastructure associée doivent résister non seulement aux impulsions courtes, mais aussi aux « brûlages » continus d'une durée de plusieurs minutes, avec des cycles répétés d'allumage et d'extinction, des changements de pression et de température et des mesures dans des conditions proches du vide spatial. De tels tests permettent aux ingénieurs de caractériser précisément le comportement du moteur, d'optimiser la conception de la chambre de combustion, du lit catalytique et de l'injecteur, et de confirmer la fiabilité dans des conditions proches du vol réel.

Performances du moteur confirmées par des essais approfondis

Au cours de cette campagne, ARIEL a démontré une série de performances clés. Il a atteint une impulsion spécifique de l'ordre de 180 secondes dans le vide, ce qui le classe parmi les propulseurs monergols « verts » compétitifs sur le marché. Le moteur est capable de fonctionner en continu jusqu'à cinq minutes en un seul allumage, sans signes de dégradation ou de baisse de performance, ce qui est important pour des manœuvres telles que le freinage actif, la désorbitation ou le transfert vers une autre orbite. En même temps, il peut fonctionner par rafales très courtes et extrêmement précises de seulement 40 millisecondes, typiques pour le contrôle fin de l'attitude de l'engin spatial pendant des phases telles que la séparation des étages de la fusée, les manœuvres orbitales ou la préparation à l'entrée dans l'atmosphère.

Pendant les tests, un moteur individuel a effectué plus de 2000 impulsions et consommé plus de 100 kilogrammes de peroxyde d'hydrogène, ce qui donne une base statistique solide pour l'évaluation de la fiabilité. Outre le propulseur lui-même, le projet comprend également des prototypes de réservoirs de carburant et un système d'alimentation qui peut fonctionner en mode dit « blowdown » : à mesure que la consommation de HTP augmente, une partie du peroxyde d'hydrogène passe spontanément en phase gazeuse et pousse par sa pression le liquide restant vers la chambre du moteur. Cela réduit le besoin de gaz de pressurisation supplémentaire (comme l'hélium), ce qui simplifie encore le système et réduit la masse.

Avantages du peroxyde d'hydrogène en pratique

Le peroxyde d'hydrogène comme carburant apporte également toute une série d'avantages supplémentaires. Par rapport à l'hydrazine, le HTP offre un niveau compétitif d'impulsion spécifique, bien qu'il soit légèrement inférieur dans certaines configurations, mais cela est compensé par une architecture système plus simple, des coûts réduits et des exigences de sécurité moindres. De plus, le peroxyde d'hydrogène est moins cher, commercialement disponible dans de nombreux secteurs industriels et, avec des précautions adéquates, est nettement moins dangereux pour les personnes et l'environnement. Contrairement à l'hydrazine, qui est classée comme déchet très dangereux et nécessite des procédures d'élimination complexes, les produits de décomposition du peroxyde d'hydrogène sont l'eau et l'oxygène, ce qui facilite considérablement toute la logistique.

Du point de vue de l'infrastructure terrestre, le passage au peroxyde d'hydrogène signifie des préparations de mission plus courtes, un besoin réduit en combinaisons et équipements de protection spéciaux, moins de barrières administratives et des coûts opérationnels inférieurs. C'est précisément pourquoi de plus en plus d'agences spatiales et d'opérateurs de satellites envisagent ou mettent déjà en œuvre des systèmes de propulsion « verts », que ce soit sous forme de moteurs monergols au peroxyde d'hydrogène ou en combinaison avec d'autres carburants dans des configurations hybrides ou biergols. ARIEL se positionne comme l'un des outils permettant à l'industrie européenne de rattraper ce mouvement et de réduire simultanément la dépendance envers les fournisseurs externes de technologies clés.

Défis techniques : catalyseur et fabrication additive

Sur le plan technique, le développement d'un propulseur monergol fiable au peroxyde d'hydrogène n'est pas une tâche triviale. Le plus grand défi réside dans le développement d'un lit catalytique qui doit résister aux cycles répétés de décomposition du HTP, aux températures élevées et aux contaminants potentiels, tout en conservant des performances stables tout au long de la durée de vie du moteur. Arkadia Space, dans le cadre du projet ARIEL, avec le soutien des experts en propulsion de fusée de l'ESA, a optimisé la géométrie de la chambre, le choix des matériaux et la configuration des éléments catalytiques afin de réduire la perte de charge, d'empêcher les surchauffes locales et de garantir que la décomposition du carburant se déroule de manière contrôlée et répétable, du premier au dernier allumage.

Un autre composant important dans la conception de propulseurs de cette classe est la possibilité d'imprimer en 3D certaines pièces, réduisant ainsi le nombre de joints, raccourcissant le temps de production et facilitant les modifications de conception. Arkadia a développé une partie de ses propulseurs précisément en pensant à la fabrication additive, ce qui coïncide avec la tendance générale dans l'industrie spatiale où de plus en plus de pièces critiques – des injecteurs aux structures porteuses – sont fabriquées sur des imprimantes 3D adaptées à l'utilisation d'alliages à haute température. Une telle approche permet également une adaptation plus facile aux différentes configurations de fusées ou de satellites, car certains éléments peuvent être rapidement redessinés et réimprimés.

Du démonstrateur au produit commercial

ARIEL ne reste pas seulement au stade de démonstrateur. Dès l'année 2025, la technologie a commencé à recevoir des applications commerciales concrètes. Arkadia Space a signé son premier contrat entièrement commercial avec l'entreprise française MaiaSpace, qui développe une nouvelle génération de petites fusées européennes partiellement réutilisables. Les propulseurs ARIEL de 250 N ont été sélectionnés pour le système de contrôle de réaction (RCS) sur leur véhicule de lancement, où ils assureront un contrôle précis de l'orientation de la fusée après le décollage, pendant les phases de séparation des étages et le retour éventuel de parties de la fusée pour réutilisation. Pour Arkadia, ce contrat signifie la confirmation de la maturité de la technologie et le début de l'entrée sur le marché en tant que fournisseur de composants de propulsion clés.

Selon les données techniques accessibles au public, ARIEL est aujourd'hui classé au niveau de maturité technologique TRL 8, ce qui implique que le système est à un haut degré de maturité et très proche d'une utilisation opérationnelle complète et en série. La qualification en vol est prévue pour la fin de 2025, ce qui, après l'achèvement réussi du processus, ouvrirait la porte à une introduction plus large du moteur sur les futures plateformes de lancement et orbitales. La conception du propulseur couvre une plage de poussée d'environ 75 à 275 N, avec un nominal de 250 N, une impulsion minimum bit inférieure à dix newton-secondes et une impulsion totale disponible de plusieurs centaines de milliers de newton-secondes au cours de sa durée de vie, avec un nombre projeté d'impulsions supérieur à 10 000.

Portefeuille plus large de propulseurs verts d'Arkadia Space

En toile de fond de ce succès commercial se trouve également un ensemble plus large de projets de l'ESA auxquels Arkadia participe. Outre ARIEL, l'entreprise développe également des moteurs plus petits, comme le propulseur DARK de 5 newtons pour les manœuvres orbitales précises des satellites, couvrant ainsi tout le spectre des besoins – du contrôle fin des petits satellites à la fourniture de stabilisation et de contrôle des fusées pendant le lancement. L'entreprise a déjà démontré ses systèmes de propulsion au peroxyde d'hydrogène en orbite, lors de missions de fournisseurs commerciaux de services d'élimination des débris spatiaux et de maintenance de satellites, ce qui renforce encore le statut de cette technologie comme une option fiable pour les missions opérationnelles.

Contexte européen et autonomie stratégique

Au niveau de l'ensemble du secteur, le passage vers des propulsions « vertes » a également des implications géopolitiques plus larges. Ces dernières années, l'Europe a activement cherché à assurer une plus grande autonomie stratégique dans l'espace, que ce soit par le développement de ses propres fusées et constellations de satellites, ou par l'investissement dans de nouvelles générations de systèmes de propulsion. La dépendance aux importations d'hydrazine et aux réglementations associées, notamment hors de l'UE, est une faiblesse à long terme que de tels projets cherchent à atténuer. Le peroxyde d'hydrogène, qui peut être produit en Europe, avec nettement moins de barrières réglementaires, s'inscrit dans la nouvelle stratégie industrielle et de sécurité, et ARIEL concrétise cette vision sous la forme d'un produit entrant en usage commercial.

L'aspect écologique n'est pas secondaire. Bien que la quantité totale de carburant utilisée par l'industrie spatiale ne puisse pas encore rivaliser avec la consommation mondiale de combustibles fossiles dans le transport aérien ou routier, toute technologie qui réduit les émissions et les risques est un gain pour l'environnement. Les analyses du cycle de vie indiquent que le peroxyde d'hydrogène comme carburant peut réduire les émissions jusqu'à environ 40 % par rapport à l'hydrazine, si l'on observe toute la chaîne depuis la production, le stockage et le transport jusqu'à l'utilisation et l'élimination. En même temps, le risque de contamination de l'environnement aux alentours des pas de tir ou des centres d'essai est réduit, car les fuites éventuelles se décomposent en substances que les systèmes naturels tolèrent plus facilement.

Applications pour les opérateurs de satellites et de fusées

Pour les opérateurs de satellites et de systèmes de lancement, ARIEL et les propulseurs similaires représentent un moyen de combiner une haute précision orbitale avec une empreinte écologique plus acceptable et des coûts opérationnels réduits. Le contrôle précis de l'attitude de l'engin spatial est crucial, par exemple, pour les constellations de satellites en orbite terrestre basse, où chaque milliseconde de fonctionnement du propulseur peut faire la différence entre une position optimale et sous-optimale par rapport au reste de la constellation. Étant donné que de telles missions nécessitent des milliers et des milliers d'allumages sur plusieurs années de fonctionnement, la fiabilité et la répétabilité des performances qu'ARIEL a démontrées lors des tests se traduisent directement par des économies de carburant, une durée de vie plus longue de l'engin spatial et un service plus stable pour les utilisateurs finaux.

La suite pour ARIEL et Arkadia Space

Dans les années à venir, on s'attend à la poursuite du développement de la gamme de produits ARIEL, y compris des adaptations aux différentes exigences des clients – des fusées réutilisables aux grands satellites et aux services orbitaux. Il existe également un potentiel pour combiner le HTP avec d'autres carburants dans des systèmes hybrides ou biergols, où la même base technique – réservoirs, vannes et une partie de l'infrastructure de propulsion – pourrait servir de base pour des moteurs plus complexes à poussée plus élevée. Mais dès à présent, en tant que propulseur monergol de 250 newtons au peroxyde d'hydrogène, ARIEL symbolise une nouvelle génération de technologie spatiale européenne qui s'efforce d'allier innovation, durabilité et compétitivité sur le marché.

Collaboration entre l'industrie et l'agence comme accélérateur de développement

La collaboration entre l'ESA et Arkadia Space sur ce projet montre également comment les programmes institutionnels européens peuvent accélérer le chemin de l'idée au produit. Le contrat dans le cadre du FLPP a donné à Arkadia non seulement un soutien financier, mais aussi l'accès à des experts en propulsion de fusée, des procédures de test et des normes qui ont été peaufinées pendant des décennies sur de grands programmes européens comme Ariane. Une telle synergie permet aux entreprises relativement jeunes d'éviter les « maladies infantiles » habituelles et d'intégrer dès les premières phases de développement les exigences liées à la certification, à la sécurité et à l'intégration dans des systèmes spatiaux complexes.

Pour Arkadia Space, fondée il y a seulement quelques années, ARIEL est aussi un ticket d'entrée dans le club des entreprises qui fournissent en Europe des technologies de propulsion clés. Après une campagne de tests réussie et une validation en coopération avec l'ESA, la signature du contrat avec MaiaSpace représente la confirmation que leur approche de la propulsion « verte » a un sens non seulement technologique, mais aussi commercial. À mesure que le nombre de lancements augmente et que l'intérêt pour des alternatives de propulsion plus durables et plus sûres grandit, des propulseurs comme ARIEL pourraient devenir une partie standard des fusées et satellites européens, établissant ainsi définitivement le peroxyde d'hydrogène comme un remplaçant sérieux de l'hydrazine dans de nombreuses applications.