Aircraft Nuclear Propulsion — Wikipédia

Le programme Aircraft Nuclear Propulsion (en français : « Propulsion nucléaire aérienne », abrégé ANP) et le projet précédent Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft (en français : « Énergie nucléaire pour la propulsion aérienne », abrégé NEPA) étaient des projets de développement d'un système de propulsion nucléaire pour un avion à très long rayon d'action^[1].

L'United States Army Air Forces (USAAF) initia le projet NEPA le 26 mai 1946^[2],[3]. Après un apport de fonds de 10 millions de dollars en 1947^[4], le NEPA fut opérationnel jusqu'en mai 1951, quand le projet fut transféré à l'ANP^[5], fruit d'une entreprise conjointe entre la Commission de l'énergie atomique des États-Unis (AEC) et l’US Air Force^[6].

L'USAF poursuivit en envisageant deux types différents de moteurs propulsés par une réaction nucléaire : le concept « à cycle d'air direct » (Direct Air Cycle), qui fut développé par General Electric à partir du 21 mars 1951^[5], et le concept « à cycle d'air indirect » (Indirect Air Cycle), qui fut attribué à Pratt & Whitney. Le programme avait pour but de développer et tester le Convair X-6, mais fut abandonné en 1961 avant que cet avion ne soit construit^[7].

Dans son principe, un propulseur nucléaire à cycle direct (« Direct Air Cycle ») ressemble à un turboréacteur conventionnel, excepté le fait qu'il ne possède aucune chambre de combustion. L'air admis par le compresseur est envoyé vers un plenum qui dirige l'air directement dans le cœur du réacteur nucléaire. Un échange thermique s'opère à l'endroit où le réacteur est refroidi : l'air entrant prélève la chaleur du réacteur, puis est envoyé vers un second plenum. Celui-ci dirige l'air vers une turbine, qui l'envoie enfin vers l'échappement (la tuyère). Le cœur nucléaire remplace ainsi le carburant habituellement consommé par un turboréacteur. Les réactions nucléaires en chaîne permettent de propulser ainsi l'avion sur de longues périodes.

Le programme de General Electric fut proposé le 28 août 1951^[5] et était basé à Evendale dans l'Ohio. Il fut poursuivi pour les avantages qu'il proposait : simple, fiable, efficace, il pouvait être démarré rapidement. Des sections de compresseur et de turbine de moteurs à réaction classiques étaient utilisés, la seule différence venant de cet air réchauffé par un réacteur nucléaire avant d'être expulsé à travers la turbine.

L’Aircraft Reactor Experiment (ARE) était une expérience utilisant un réacteur nucléaire P-1 à neutrons thermiques de 2,5 MW, conçu pour atteindre une haute densité volumique de puissance pour un futur emploi dans un bombardier à propulsion nucléaire. Il utilisait comme carburant nucléaire un mélange de sels fondus NaF-ZrF₄-UF₄ (53-41-6 %mol), était modéré par de l'oxyde de béryllium (BeO), utilisait du sodium liquide comme réfrigérant secondaire et atteignait une température maximale de 860 °C. Le développement fut accepté en 1952, les tests au sol planifiés pour 1954 et les premiers vols pour 1957^[5]. Il fonctionna pendant un cycle de 1 000 heures en 1954 et fut le premier réacteur nucléaire à sels fondus au monde. Les travaux sur ce projet furent arrêtés en mai 1953^[5], après que l'apparition des missiles balistiques intercontinentaux le rendit obsolète. Les concepts de ces moteurs sont toujours visibles de nos jours au bâtiment mémorial de l’Experimental Breeder Reactor I, au Laboratoire national de l'Idaho.

En 1955, ce programme produisit avec succès le moteur X-39, constitué de deux General Electric J47 modifiés, la chaleur étant fournie par le Heat Transfer Reactor Experiment-1 (HTRE-1). Le premier essai à pleine puissance du HTRE-1 uniquement sur puissance nucléaire prit place en janvier 1956. Un total de 5 004 MWh de fonctionnement furent effectuées pendant le programme de tests^[8]. Le HTRE-1 fut remplacé par le HTRE-2, puis finalement par le HTRE-3, fournissant de la puissance aux deux turboréacteurs J47. Le HTRE-3 utilisait un système de bouclier « de type aéronautique » et aurait probablement été utilisé pour propulser le X-6, si le programme avait été mené à son terme.

Le 5 février 1957, un autre réacteur atteignit la criticité au Critical Experiments Facility du laboratoire national d'Oak Ridge (ORNL), dans le cadre du programme de réacteur à circulation de carburant de Pratt and Whitney Aircraft Company (PWAC). Il fut désigné PWAR-1, pour « Pratt and Whitney Aircraft Reactor-1 ». Le but de l'expérience était de vérifier expérimentalement les propriétés théoriquement prédites d'un réacteur PWAC. L'expérience ne dura que peu de temps : à la fin du mois de février 1957, toutes les données avaient été collectées et le démantèlement avait commencé. L'expérience avait été menée essentiellement à zéro puissance nucléaire. La température de fonctionnement fut maintenue constante à approximativement 677 °C, ce qui correspondait de près à la température de fonctionnement de conception du modérateur du PWAR-l. Cette température était maintenue par des chauffages externes. Comme l'ARE de 2,5 MWt, le PWAR-1 utilisait le mélange NaF-ZrF₄-UF₄ comme carburant et réfrigérant principal^[9].

Le cycle indirect (« Indirect Air Cycle ») implique des échanges thermiques ayant lieu hors du cœur nucléaire. Au lieu d'entrer directement au contact du matériau radioactif, l'air arrivant du compresseur du moteur est envoyé vers un échangeur de chaleur^[1], qui reçoit également l'eau chaude pressurisée ou du métal liquide en provenance du cœur du réacteur. Ce liquide chaud est ainsi refroidi par l'air, qui est ensuite redirigé vers la turbine d'échappement, produisant de la poussée en sortant de la tuyère^[1].

Le programme à cycle d'air indirect fut attribué à Pratt & Whitney, à une usine située près de Middletown (Connecticut). Par sa conception, qui favorise un net cloisonnement entre les diverses parties principales du réacteur, ce projet aurait produit beaucoup moins de pollution radioactive que le précédent. Une ou deux boucles de métal liquide auraient fourni la chaleur du réacteur vers les éléments du moteur^[1]. Ce programme nécessitait cependant un gros travail de recherche et le développement de nombreux systèmes légers utilisables dans un avion, comme des échangeurs de chaleur, des turbopompes à métal liquide et des radiateurs^[1].

Finalement, le programme Indirect Cycle n'atteignit jamais le stade de production d'un quelconque élément adapté à l'aéronautique.

Le 5 septembre 1951, l'armée de l'air américaine attribua à Convair un contrat pour faire voler un réacteur nucléaire à bord d'un B-36 Peacemaker modifié^[10], faisant partie du programme ANP, mais sous le nom de code MX-1589 Project.

L'avion de tests nucléaires (Nuclear Test Aircraft, NTA), le NB-36H, devait permettre d'étudier les besoins de boucliers anti-radiations pour un réacteur aéroporté, afin de déterminer si un avion à propulsion nucléaire était faisable. Il s'agit là du seul programme connu d'expérimentations de réacteurs nucléaires aéroportés entrepris par les Américains avec un vrai réacteur opérationnel à bord. Le NTA effectua un total de 47 vols de tests du réacteur au-dessus de l'ouest du Texas et du sud du Nouveau-Mexique. Le réacteur, désigné « Aircraft Shield Test Reactor » (ASTR), était opérationnel mais ne propulsait pas l'avion, étant donné que le but principal de ces vols était le test de boucliers.

À la suite des résultats des expériences menées avec le NTA, le X-6 et le programme Aircraft Nuclear Propulsion entier furent abandonnés en 1961.

Après de nombreux problèmes, le projet fut mis en sommeil en mars 1953, pour n'être rouvert qu'un an après^{[réf. souhaitée]}. La compétition technologique avec l'Union soviétique, représentée par exemple par le lancement de Spoutnik 1, et le soutien en continu apporté par l'US Air Force avaient permis au programme de tenir un temps, malgré des divisions assez importantes entre le département de la Défense (DoD) et la Commission de l'énergie atomique (AEC). L'entrée en service des missiles balistiques intercontinentaux en septembre 1959 rendait toutefois obsolètes ces projets. L'élection de John F. Kennedy comme président changea la donne. Dénonçant le coût exorbitant du programme, il écrivit : « 15 ans et près d'un milliard de dollars ont été alloués à la tentative de développement d'un avion à propulsion nucléaire, mais la possibilité de créer un appareil militaire utilisable dans un futur proche est toujours très éloignée »^{[Note 1],[11]} dans son discours clôturant le programme ANP le 26 mars 1961^[6],[12].

Néanmoins, les résultats du projet ARE incitèrent les scientifiques et ingénieurs du ORNL à soumettre à la Commission de l'énergie atomique une proposition de conception préliminaire d'un réacteur nucléaire à sels fondus expérimental de 30 MW_th à destination de la production d'électricité civile^[13]. Le résultat fut la conception, la construction et l'exploitation du Réacteur expérimental à sels fondus (Molten-salt Reactor Experiment, MSRE)^[14].

• Avion à propulsion nucléaire
  • Convair NB-36H
  • Convair X-6
  • Georgia Nuclear Aircraft Laboratory
• Projet Pluto
• WS-110A
• Réacteur nucléaire à sels fondus
• Projet Rover
• NERVA

 : document utilisé comme source pour la rédaction de cet article.

• (en) Eugene M. Emme, Aeronautics and Astronautics: An American Chronology of Science and Technology in the Exploration of Space, 1915–1960, Washington DC (USA), NASA, 1961 (lire en ligne).
• (en) D. Scott, G.W. Alwang, E.F. Demski, W.J. Fader, E.V. Sandin et R.E. Malenfant, AEC Research & Develelopment Report : A Zero Power Reflector-Moderated Reactor at Elevated Temperature, Laboratoire national d'Oak Ridge (ORNL), 9 juillet 1963, 101 p. (lire en ligne [PDF]).
• (en) Eugene M. Emme, Aeronautics and Astronautics: An American Chronology of Science and Technology in the Exploration of Space, 1915–1960, Washington DC (USA), NASA, 1961 (lire en ligne).
• (en) Jesse Stoffel, Dreams of Nuclear Flight — The NEPA and ANP programs, University of Wisconsin-Madison, 10 mai 2000, 23 p. (lire en ligne [PDF]).
• (en) Richard Martin, SuperFuel: Thorium, the Green Energy Source for the Future, MacMillan, 8 mai 2012, 272 p. (ISBN 0230341918 et 9780230341913, lire en ligne), « ANP ».

• (en) « Nuclear HTRE propulsion », Above top secret, 14 mars 2005 (consulté le 13 novembre 2016).
• (en) Soviet top secret nuclear airplane M-60, Akademi Portal
• (en) Comprehenshive technical report - General Electric direct-air-cycle aircraft nuclear propulsion program, 6 décembre 1961
• (en) “Flyable” Reactors & Neutron Coupling, sur HolosGen

v · m Propulsion nucléaire
Spatiale	Propulsion nucléaire pulsée catalysée par antimatière Collecteur Bussard Propulsion par fragments de fission Propulsion par fusion nucléaire Moteur-fusée nucléaire à noyau gazeux (en) Propulsion nucléaire électrique Fusée nucléaire photonique (en) Propulsion nucléaire pulsée Fusée nucléaire à eau salée (en) Propulsion nucléaire thermique Propulsion radioisotopique États-Unis Projet Orion NERVA Projet Longshot Projet Rover Projet Prometheus Royaume-Uni Projet Daedalus URSS RD-0410 Réacteur nucléaire TOPAZ TMK
Navale	Sous-marin nucléaire Brise-glace nucléaire
Aérienne	États-Unis Aircraft Nuclear Propulsion program Convair B-36 Convair NB-36H Convair X-6 Projet Pluto WS-125 URSS / Russie Tupolev Tu-119 Miassichtchev M-60 Bourevestnik 9M730
Terrestre	Cadillac WTF Ford FX-Atmos Ford Nucleon Ford Seattle-ite XXI

v · m Avion
Composants principaux	Cellule aile fuselage nacelle empennage train d'atterrissage Caisson de voilure Longeron Longeron de voilure Réservoir structurel Groupe motopropulseur hélice turbopropulseur turboréacteur statoréacteur Poste de pilotage manche à balai pilote automatique affichage tête haute servitude de bord Avionique communication navigation radar
Aérodynamique	Aérofrein Bandes de décrochage Bord de fuite Couche limite Dispositif hypersustentateur Effet de sol Finesse Générateur de tourbillons Instabilité de Crow Portance Profil Saumon Tourbillon marginal Traînée Turbulence de sillage Winglet (Ailerette)
Mécanique du vol	Roulis Tangage Lacet Stabilité longitudinale Commande de vol gouverne aileron élevon flaperon
Pilotage	Décollage (Catapultage) Croisière Atterrissage Amerrissage Appontage Contrôle aérien
Type d'avion	Ligne Fret Régional Affaires Tourisme Militaire chasse reconnaissance transport
Catégorie	Avion à réaction Avion suborbital ADAC ADAV Avion à effet de sol Avion à propulsion nucléaire Avion électrique Avion à hydrogène Avion solaire Hydravion Avion amphibie Planeur Drone ULM Aile volante Corps portant Modèle réduit

v · m Moteur à réaction
Aérobie	Moteur à ondes de détonation pulsées Moteur à détonation rotative Pulsoréacteur Soufflante non carénée Statoréacteur Superstatoréacteur Turbine à gaz Turbomoteur Turbopropulseur Turboréacteur Turbosoufflante Turbosoufflante à engrenages Aircraft Nuclear Propulsion
Anaérobie	Tuyère aerospike Hydrojet Moteur-fusée Moteur-fusée à ergols liquides Propulsion à propergol solide Propulsion ionique Statofusée
Non chimique	Moteur atomique Moteur à plasma Propulsion électrique Propulsion nucléaire thermique Voile solaire

• Portail de l’aéronautique
• Portail du nucléaire
• Portail de la guerre froide
• Portail des forces armées des États-Unis
• Portail de l’énergie