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CDD ou post-doc : conception source froide de réacteur nucléaire spatial

ABG-93430 Job Any
2020-09-03 Fixed-term 12 Month > €35,000 and < €45,000 annual gross
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CEA
Saclay - Ile-de-France - France
Engineering sciences
  • Energy
  • Physics
réacteur nucléaire, spatial, conception
Research and Development

Employer

Le CDD (ou post-doc) est de 12 mois, renouvelable pour 12 mois.

Le poste se trouve au BCCR (bureau de conception) du SEMT (service de mécanique) du DM2S (département de modélisation des structures) du CEA Saclay. 
Le BCCR s'occupe de conception de système technologique complexe.

Position and assignments

Le développement de l’industrie spatiale est très important depuis ces dernières années. Ce secteur, désigné par le terme « new space », regroupe de nouvelles activités industrielles et des entreprises de toutes tailles. Ce développement vient modifier considérablement les activités spatiales telles qu’elles étaient pratiquées jusqu’à il y a quelques années ; c’est-à-dire sous l’égide des états et de la science. En effet, le new space ouvre des perspectives économiques nouvelles et attirent de ce fait de nouvelles entreprises.

Le développement de nouveau secteur d’activités a également pour effet de dynamiser le secteur spatial institutionnel, et des projets plus ambitieux voient le jour : retour sur la Lune des américains, projet de « moon village » de l’ESA, mission sur Mars, etc. Tous ces projets nécessitent de l’énergie en grande quantité, c’est-à-dire plusieurs ordres de grandeurs par rapport à ce qui est produit avec les moyens actuels.

Rien que les projets de propulseurs électriques tels que VASIM-R ou X3 (projets en cours depuis plusieurs années) se basent sur une consommation électrique de 200 kWe par propulseur. Ces projets mettront Mars à 40 jours de voyage (au lieu de 6 mois aujourd’hui) mais demandent beaucoup d’électricité.

 

Or la plus forte source électrique actuelle dans l’espace est l’ISS qui dispose de 125 kWe (production maximale dans les meilleures conditions d’ensoleillement) pour une surface de panneaux solaires de 2500 m2. Pour alimenter un seul propulseur, il faudrait donc une surface de 4000 m2 de panneaux.

Cet exemple illustre la problématique naissante. Plusieurs pays, dont les USA, recommencent à investir fortement dans le nucléaire spatial car il constitue la seule source d’énergie aujourd’hui capable de fournir les puissances correspondantes au développement nouveau du secteur spatial.

 

 

Par le passé, des réacteurs nucléaires spatiaux ont été étudiés, construits et envoyés dans l’espace. Mais ceux-ci étaient de faible puissance (~10 kWe ou moins) ce qui ne correspond plus aux besoins envisagés dans les années à venir.

Une analyse faite entre les différents partenaires du projet montre que si le développement d’un réacteur nucléaire et des systèmes de conversion d’énergie relève très largement de la R&D (une thèse est d’ailleurs en cours au CEA pour développer un réacteur spatial à sels fondus), la source froide du système complet constitue un verrou technologique majeur car toutes les anciennes sources froides utilisées se retrouvent totalement sous dimensionnées et inopérantes.

Par exemple : avec les techniques actuelles, il faudrait une surface de panneaux rayonnants de ~1000 m2 par MWth à évacuer dans l’espace, ce qui n’est pas envisageable pour des questions d’encombrement et de poids au lancement, mais également d’intégrité et de maintenance d’une telle surface dans un environnement aussi hostile que le vide spatial soumis aux micrométéorites et pour des durées de vie supérieures à 10 ans.

Trouver de nouveaux objets technologiques pour évacuer la chaleur non convertie en électricité est donc nécessaire et conditionne la production électrique massive.

 

Nous disposons de deux pistes intéressantes qui, si les études de faisabilité se révèlent positives, pourraient déboucher à termes sur des objets technologiques testables et brevetables pour l’industrie spatiale :

  • Un radiateur dans lequel le fluide condense
  • Un radiateur à gouttes (Liquid droplet radiator). Une innovation à été trouvée qui permet d’améliorer cette technologie

Geographic mobility:

No business trip

Profile

Ingénieur ou docteur.

Goals

Le projet dans son ensemble comporte plusieurs phases :

  • L’analyse de faisabilité,
  • La validation de certains points clés par de petites expériences ciblées,
  • La réalisation d’un premier design et un prédimensionnement,
  • La réalisation et le test d’un prototype.

Nous en sommes à la première phase : l’analyse de faisabilité qui va nécessiter l’utilisation d’outils de calculs pour déterminer si les concepts sont intéressants ou non.

Suivant les avancements, le travail se portera sur d'autres aspects (expériences, tests, etc.) visant à aborder les étapes suivantes.

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