Les trois problèmes que Reid tente de résoudre en utilisant le gyroïde dans le lit de catalyseur sont la perte de catalyseur, une forte chute de pression et la maximisation de la poussée par rapport à la concentration de peroxyde d’hydrogène – certains catalyseurs ont un point de fusion bas par rapport à la température des gaz qui en sortent.
Fasciné par tout ce qui se trouve à l’intersection de l’impression 3D et de l’aérospatiale, Simon Reid, étudiant en doctorat en génie chimique et des procédés à l’université de Canterbury, travaille depuis peu sur un lit catalytique imprimé en 3D qui permettra une utilisation plus efficace du peroxyde d’hydrogène concentré (un agent de blanchiment communément appelé eau oxygénée).
La solution serait un propergol pour les fusées nécessitant une poussée faible à moyenne. Le terme sicentifique pour cet agent de blanchiment est le peroxyde d’hydrogène. Ce dernier serait une alternative beaucoup moins toxique à l’hydrazine, un propergol couramment utilisé dans l’aérospatiale pour les applications de faible à moyenne poussée.
L’hydrazine est soupçonnée d’être cancérigène et nécessite des équipements et des protocoles de sécurité supplémentaires lors de son utilisation, ce qui augmente le coût d’utilisation du carburant. Le peroxyde d’hydrogène, quant à lui, n’est pratiquement pas toxique pour l’homme et est couramment utilisé dans les foyers pour blanchir les cheveux ou nettoyer les plaies.
Cependant, pour générer de la poussée à partir du peroxyde d’hydrogène, un catalyseur est nécessaire. Souvent un métal précieux, comme l’argent ou le platine, le catalyseur décompose rapidement le peroxyde d’hydrogène en un gaz énergétique. Dans la conception imprimée en 3D de Simon, la surface du lit catalytique en céramique est recouverte du catalyseur pour que le peroxyde d’hydrogène puisse passer à travers.
« En faisant passer du peroxyde d’hydrogène liquide sur un lit catalytique, on accélère la réaction de décomposition. Cette réaction dissocie la molécule, la transformant en eau et en oxygène. C’est la décomposition de la molécule qui produit une grande quantité d’énergie et de chaleur. La chaleur vaporise l’eau et produit un gaz à haute température. Le passage du gaz chaud dans une buse permet d’obtenir une poussée« , explique Reid.
L’objectif de ses recherches est d’affiner la conception du lit catalytique afin de maximiser la génération de la poussée à partir du peroxyde d’hydrogène tout en limitant la perte de catalyseur du lit et en conservant des composants légers.
En collaboration avec Callaghan Innovation, Simon utilise l’impression 3D pour générer de nouvelles structures catalytiques ayant de meilleures propriétés – une perte de pression plus faible et l’utilisation de différents matériaux catalytiques pour améliorer les performances des propulseurs.
« La forme que j’utilise s’appelle un gyroïde. C’est une forme mathématique, plus optimale pour les processus catalytiques, et qui ne peut pas être fabriquée à l’aide des techniques traditionnelles. »
Les trois problèmes que Reid tente de résoudre en utilisant le gyroïde dans le lit catalytique sont la perte de catalyseur, une forte chute de pression et la maximisation de la poussée par rapport à la concentration de peroxyde d’hydrogène – certains catalyseurs ont un point de fusion bas par rapport à la température des gaz qui en sortent.
« Dawn Aerospace, qui est un collaborateur local du projet, utilise actuellement le peroxyde d’hydrogène comme agent propulseur pour son avion spatial réutilisable qui mettra des satellites en orbite. Le catalyseur qu’ils utilisent est assez rudimentaire et existe depuis les années 1960, c’est ce que la recherche tente d’améliorer« , explique Simon.
Simon commencera bientôt à tester l’efficacité du nouveau lit catalytique, en comparant les résultats avec ceux des modèles existants.
« Seules quelques entreprises envisagent sérieusement le peroxyde d’hydrogène. Nous espérons qu’en concevant ces catalyseurs efficaces, nous pourrons le promouvoir comme une alternative viable à l’hydrazine et contribuer à rendre l’industrie aérospatiale un peu plus sûre. »
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