Chapitre XXII : Retombées de l’épisode barcelonais

Saut technologique…

Avertissement : Vous l’aviez compris, ceci n’est qu’un roman, une fiction, une « pure construction intellectuelle », sortie tout droit de l’imaginaire de son auteur.

Toute ressemblance avec des personnages, des lieux, des actions, des situations ayant existé ou existant par ailleurs dans la voie lactée (et autres galaxies), y compris sur la planète Terre, y est donc purement, totalement et parfaitement fortuite !

 

À son retour à Chengdu, alors qu’il en est à encore cogiter sur cette dernière rencontre d’avec « Birgit », « la magicienne » et le semi-échec du vol inaugural du prototype « 002 » et ses limites conceptuelles, il en a confié le morceau de papier qu’elle lui avait remise à son fidèle Luc, l’ingénieur à tout faire de l’usine ardéchoise, un génie du bricolage, venu avec femme et leurs deux petits-gamins, pas encore scolarisés, occuper l’une des villas mises à disposition pour les 法蘭西, les « frenchies », par les autorités locales.

De vastes demeures traditionnelles équipées de presque tout le confort occidental : il y manque seulement la machine à café, mais guère plus !

Un soir, il entre dans la salle à dessins où se tenait Paul.

« – Patron, je crois que j’ai fini par comprendre ce que c’est !

– Quoi donc ?

– Le « chiffon » que tu m’as remis à ton retour d’Aubenas.

– Et c’est quoi ?

– Une sorte de gel protecteur partiellement cuit dans lequel est incluse une couche de conducteur électrique, prise en sandwich avec une sorte d’adhésif ou de colle étirable.

– Et alors ? Ça sert à quoi ?

– J’ai mon idée. On n’avance pas sur le problème des températures de notre intrados.

– Oui… »

Soit il s’agit de renforcer la couche de céramique en l’épaississant, ce qui alourdira la masse au décollage, soit on se décide d’en faire une superficielle supplémentaire que l’on changerait après chaque vol.

Et si ce n’est pas la seconde, mais la première, comme il s’agit d’une pièce d’un seul tenant, dans les deux cas c’est carrément tout l’appareil qu’il faut refaire !

À moins que l’on se contente de rajouter une couche externe nettement plus légère et mieux dimensionnée comme premier bouclier thermique, et on ne change que celle-là dans la seconde hypothèse, ce qui alourdirait aussi l’appareil.

Le problème, c’est que la coque externe n’a pas été conçue pour recevoir une prothèse additive : il n’y a aucun point d’appui ou d’accrochage disponible, sauf à y faire des trous.

C’est d’ailleurs ce sur quoi cogite Paul sur le moment : quelle taille, sans détruire la résistance de l’ensemble ? Quelle type de « jonction », acier, tungstène, ou bien « soudures » cryogéniques ? Tire-fond ou simple « vissage ou rivetage » ? Quels emplacements ou comment répartir les efforts mécaniques au mieux ?

En bref, faut-il tout refaire ou est-ce encore adaptable ?

« Me laisserais-tu faire un essai sur un bout de nos céramiques avec une torche à plasma ? »

Pas sûr qu’on dispose d’un tel outil dans ce pays-là, mais on peut toujours essayer de trouver une lance à oxygène qui peut chauffer jusqu’à 4.500° C pour celles de type Kosanke.

Encore faut-il aussi en trouver une…

En principe les chantiers du BTP ou au moins ceux de la construction navale en disposent. Mais là, on est loin de la mer.

Les deux compères en trouvent une sur la base militaire voisine en quelques jours.

Et au premier essai, la bestiole fond le « gel » préparé par Luc, posé sur une chute de céramique en une poignée de dizaines de seconde.

Insuffisant.

Ça peut retarder le phénomène d’abrasion plasmatique, mais ça ne change rien au véritable problème.

Pourtant elle a dit : « ça vous évitera d’avoir à refaire votre bouclier thermique après chaque vol » et c’est, pour l’heure, justement ce qu’on cherche à faire.

 

Et puis en analysant la formule chimique du « conducteur » inscrite sur le « chiffon » de Luc, Paul s’aperçoit qu’on est sur un mélange de tellurure de bismuth (Bi₂Te₃) à très faible dose et d’un alliage silicium-germanium (SiGe) utilisés pour l'alimentation des sondes spatiales dans des générateurs thermoélectriques à radio-isotope.

C’est une « thermopile » agencée de façon particulière qui ressort naturellement du mode de cuisson !

Dans un matériau soumis à un flux électrique (courant constant) et à un gradient de température, le flux thermique généré par l'effet Peltier n'est pas constant.

De son côté, Kelvin a montré que les trois coefficients Seebeck, Peltier et Thomson ne sont pas indépendants les uns des autres. Ils sont liés par deux relations.

Pour la réfrigération ou la génération d’électricité par effet thermoélectrique, un « module » est constitué de « couples » connectés électriquement. Chacun des couples est constitué d’un matériau semi-conducteur de type p (S > 0) et d’un matériau semi-conducteur de type n (S < 0). Ces deux matériaux sont joints par un matériau conducteur dont le pouvoir thermoélectrique est supposé nul. Les deux branches (p et n) du couple et tous les autres couples composant le module sont connectés en série électriquement et en parallèle thermiquement.

Cette disposition permet d’optimiser le flux thermique qui traverse le module et sa résistance électrique.

Si les matériaux choisis ont de bonnes propriétés thermoélectriques, ce flux thermique créé par le mouvement des porteurs de charge sera plus important que celui de la conductivité thermique. Le système permettra donc d'évacuer de la chaleur depuis la source froide vers la source chaude, et agira alors comme un réfrigérateur.

 

En revanche, dans le cas de la génération d'électricité, c'est le flux de chaleur qui entraîne un déplacement des porteurs de charge et donc l'apparition d'un courant électrique.

L'alliage SiGe utilisé pour l'alimentation de la sonde Voyager n'est en effet efficace qu'à des températures supérieures à 1.000 K environ.

Un tel module permet donc d'obtenir une efficacité énergétique, une puissance électrique, ou une chaleur extraite, avec des rendements de conversion obtenus à l'heure actuelle voisins de 15 %, ce qui signifie que 15 % de la chaleur traversant le matériau est convertie en puissance électrique.

 

Le matériau le plus étudié à l’heure actuelle est Bi₂Te₃ (alliage de bismuth et de tellure). Il est utilisé dans tous les dispositifs fonctionnant au voisinage de la température ambiante, ce qui inclut la plupart des dispositifs de réfrigération thermoélectrique.

Les meilleures performances sont obtenues lorsqu’il est à un alliage de Sb₂Te₃ (alliage d'antimoine et de tellure) qui possède la même structure cristalline.

Pour une utilisation à moyenne température (550 K/750 K environ), le matériau le plus utilisé est le tellurure de plomb (PbTe) et ses alliages (PbSn)Te (tellurure de plomb-étain).

Les deux composés PbTe et SnTe peuvent former une solution solide complète ce qui permet d’optimiser le gap (bande interdite du semi-conducteur) à la valeur désirée. Les meilleurs matériaux obtenus ont des facteurs de mérite proches de l’unité autour de 700 K.

Cependant, ces valeurs sont obtenues uniquement dans les matériaux de type n. Le PbTe ne peut donc pas à l’heure actuelle constituer à lui seul les deux branches d’un thermo-élément.

La branche p est donc généralement constituée d’un matériau de type TAGS (pour Tellure-Antimoine-Germanium-Argent), qui, quant à lui, permet d’obtenir des facteurs de mérite supérieurs à l’unité à 700 K uniquement en type p.

Quant aux alliages à base de silicium et germanium, qui possèdent de bonnes caractéristiques thermoélectriques aux hautes températures (au-dessus de 1.000 K), ils sont notamment utilisés pour la génération d’électricité dans le domaine spatial.

Ce sont notamment des alliages de ce type qui sont utilisés pour l'alimentation en électricité de la sonde Voyager.

 

Paul aurait dû y penser plus tôt. Les applications actuelles et potentielles des matériaux thermoélectriques tirent parti des deux aspects de l’effet Thomson : d’une part, l’établissement d’un flux de chaleur, opposé à la diffusion thermique, lorsqu’un matériau soumis à un gradient thermique est parcouru par un courant, permet d’envisager des applications de réfrigération thermoélectrique. Cette solution alternative à la réfrigération classique utilisant des cycles de compression-détente ne nécessite aucune pièce mobile, d’où une plus grande fiabilité, l’absence de vibration et de bruit.

D’autre part, la possibilité de convertir un flux de chaleur en courant électrique permet d’envisager des applications de génération d’électricité par effet thermoélectrique, notamment à partir de sources de chaleur perdue comme les pots d’échappement des automobiles (gain de 5 % à 10 % du carburant attendu en limitant l'utilisation de l’alternateur), les cheminées d’incinérateurs, les circuits de refroidissement des centrales nucléaires… Les systèmes thermoélectriques constitueraient alors des sources d’énergie d’appoint « propres », puisque, utilisant des sources de chaleur existantes inutilisées et en principe perdues.

De plus, la très grande fiabilité et durabilité des systèmes (grâce à l’absence de pièces mobiles) a conduit à leur utilisation pour l’alimentation en électricité des sondes spatiales. C’est notamment le cas de la sonde Voyager, lancée en 1977, dans laquelle le flux de chaleur établi entre du PuO₂ fissile (PuO₂ est radioactif et se désintègre, c'est donc une source de chaleur) et le milieu extérieur traverse un système de conversion thermoélectrique à base de SiGe (alliage de silicium et germanium), permettant l’alimentation de la sonde en électricité (en effet, les sondes spatiales s'éloignant trop du soleil ne peuvent pas être alimentées par des panneaux solaires, le flux solaire devenant trop faible).

 

Les systèmes de conversion utilisant l’effet thermoélectrique ont cependant des rendements faibles, ce qui limite pour l’instant les thermopiles à quelques applications dans lesquelles la fiabilité et la durabilité sont plus importantes que les coûts et le rendement. Des générateurs thermoélectriques permettent de recharger les dispositifs portables (batterie de mobiles) en cas panne secteur.

Comme ce fut le cas à New York, lors de l'ouragan Sandy.

Une application de l'effet thermoélectrique a été mise en œuvre par une jeune canadienne, Ann Makosinski, qui a conçu une lampe transformant la chaleur de la main en électricité et a remporté un prix financé par Google en 2013.

 

Et là, il s’agit d’une grosse quantité de chaleur à transformer en une petite quantité d’électricité mais sous haute tension.

En tout cas assez haute pour créer un tel différentiel de potentiel qu’il peut et doit créer un champ électromagnétique assez fort entre l’anode et la cathode, l’une en tête de l’avion, l’autre sur les bords de fuite des ailes, afin d’ioniser dans un premier temps les molécules d’air, milieu dans lequel est plongé l’avion à haute vitesse, jusqu’à générer un plasma et un champ magnétique qui le – et les – repoussera loin des parois en céramique.

Un mécanisme qui est en plus autorégulé : plus ça chauffe, plus la thermopile génère du courant, qui alimente à la fois le perche à plasma et le champ électromagnétique, et plus ce champ repousse plus loin des parois les gaz chauds. Qui font du coup du coup perdre de sa puissance à la thermopile, ce qui réchauffe le conducteur, qui reprend de la puissance et ainsi de suite…

Magnifique.

Et le week-end suivant, tout cela est calculé, simulé, modélisé tel que Luc est un peu surpris de retrouver son patron les yeux rougis de manque de sommeil des « nuits enthousiastes » (ou blanches, selon les circonstances) le lundi matin.

Il s’agit maintenant de fabriquer assez de « Gel de Birgit », comme d’un film étirable, de faire quelques essais, d’apprendre à l’appliquer correctement sur quasiment toute la structure et de modifier l’étrave de l’avion qui prendra son allure de bec de canard, 2.1, « fumant une clope », pour la perche en tungstène !

C’est que de toute façon, il faut faire passer des câbles conducteur d’avant en arrière, de la proue à la poupe, de la perche aux bords de fuite des ailes, pour créer un circuit fermé et faire tourner le courant électrique ainsi généré qui alimentera le champ électromagnétique tout autour de l’appareil à travers ledit « gel » qui du coup va revêtir toutes les surface de l’appareil, intrados, bien sûr, mais également extrados pour créer un champ magnétique de protection complet.

Alors, on en profite pour allonger l’engin et « reprendre » la courbe initiale des « œuvres-vives » au niveau de son aplatissement originel, juste avant l’émergence des emplantures d’aile : ce sera la partie amovible, interchangeable.

 

Le second vol a lieu avec le même équipage que le premier, dans la deuxième quinzaine de mars, en pleine effervescence des « grands travaux » innovateurs dans les ateliers, peu avant l’éclipse totale solaire du 20 et les quatre attentats-suicides au Yémen contre deux mosquées contrôlées par les milices chiites houthis à Sanaa et à Saada tuant simultanément 142 personnes ; c’est aussi un peu après que l'avion solaire Solar Impulse 2 décolle d'Abou Dabi pour un premier « tour du monde sans carburant » une peu contrarié ; que deux hélicoptères se percutent en plein vol à proximité de Villa Castelli en Argentine pendant le tournage de la version française de l'émission « Dropped » où périront quelques athlètes de haut-niveau dont Florence Artaud ; que la Grèce change de ministre de la finance en pleine négociation du sauvetage des finances publiques du pays, que le cyclone Pam balaye le Vanuatu et l’attaque du musée du Bardo, dont il a été question ci-avant.

 

Curieusement, le troisième vol du « 002.1 », avec à son bord quelques officiels volontaires et le « capitaine Haddock » officiant comme copilote se fera après éclipse lunaire ; que des hackeurs « cyber-djihadistes » se revendiquant de l'État islamique interrompent la diffusion de la chaîne de télévision française TV5 Monde et prennent le contrôle de ses sites internet.

Mais aussi l’ouverture 7^ème sommet des Amériques à Panama et la rencontre historique entre le président américain et le président cubain Raúl Castro, une première entre dirigeants des deux pays depuis 1956, en marge dudit sommet !

Une ère nouvelle s’ouvrirait-elle ?

 

Bref, un petit saut technologique, mais un saut tout de même qui autorise le vol du extraatmosphérique « Nivelle 002.1 » en toute sécurité, là où Paul était dans une impasse.