Le principe tient en une phrase : au lieu de capter la lumière du Soleil, ces sondes convertissent en électricité la chaleur dégagée par la désintégration naturelle d’un isotope radioactif, le plutonium-238. C’est ce mécanisme, appelé générateur thermoélectrique à radioisotope, qui permet aux deux sondes Voyager, lancées en 1977, de continuer à transmettre des données depuis les confins du système solaire. Et c’est justement ce combustible qui pose aujourd’hui un problème inédit : à peine 1,5 kilogramme en est produit chaque année sur Terre, et la NASA doit s’en contenter pour alimenter toutes ses missions au-delà de Jupiter.

Une pile nucléaire sans pièce mobile

Un générateur thermoélectrique à radioisotope ne ressemble à rien de ce qu’on imagine habituellement pour une centrale nucléaire. Sans pièce mobile susceptible de tomber en panne ou de s’user, ces générateurs reposent sur des thermocouples : deux plaques de métaux différents reliées en circuit fermé, dont la jonction à des températures différentes produit un courant électrique. Pas de turbine, pas de réaction en chaîne, juste la chaleur d’un caillou radioactif qui se refroidit lentement.

Depuis 1961, ces générateurs au plutonium-238 ont alimenté Pioneer 10 et 11, Voyager 1 et 2, Galileo, Ulysses, Cassini et New Horizons, toutes ces sondes ne pouvant compter sur des panneaux solaires pour leurs missions lointaines. Sur Mars, Curiosity et Perseverance embarquent le même type de générateur, sous une forme plus récente baptisée MMRTG. Le point commun de toutes ces missions ? Un environnement où le Soleil ne suffit tout simplement plus.

Pourquoi le solaire s’éteint après Jupiter

L’intensité lumineuse chute avec le carré de la distance. Résultat, près de Saturne, la lumière en provenance du Soleil n’est plus qu’un centième de ce qu’elle est sur Terre, un niveau bien trop faible pour que des panneaux solaires suffisent à alimenter une sonde. Au-delà, vers Uranus, Neptune ou l’espace interstellaire que Voyager 1 a atteint en 2012, la situation empire encore.

L’énergie solaire reste suffisante pour les missions à l’intérieur de la ceinture d’astéroïdes, mais pour les destinations les plus lointaines, vers les planètes géantes du système externe, le recours à un générateur thermoélectrique radioisotopique devient la solution la plus adaptée. Cette contrainte physique, aucune technologie de panneau n’y échappe. C’est elle qui a poussé les ingénieurs américains, dès les débuts de l’ère spatiale, à miser sur la radioactivité plutôt que sur la photosynthèse artificielle des cellules solaires.

Un stock qui s’est presque évaporé

La production de plutonium-238 sur le site américain de Savannah River s’est arrêtée en 1988, à la fin de la guerre froide, et les autres pays producteurs ont eux aussi cessé leur fabrication. Pendant plus de vingt ans, la NASA a vécu sur ses réserves, complétées par des achats à la Russie. Mais la dernière livraison russe est arrivée en 2010, et les stocks n’ont cessé de s’amenuiser depuis, inquiétant scientifiques et défenseurs de l’exploration spatiale.

Relancer la production n’a rien eu d’un simple interrupteur à rallumer : après la fermeture des installations de l’ère de la guerre froide, il a fallu développer et valider de nouvelles méthodes dans les laboratoires du Département de l’Énergie américain. Le premier résultat tangible est tombé en décembre 2015, quand le laboratoire national d’Oak Ridge a annoncé avoir produit 50 grammes de plutonium-238, une quantité presque dérisoire au regard d’une mission spatiale. Cinquante grammes. Pour toute une industrie spatiale.

La montée en cadence reste lente. Le Département de l’Énergie vise une production moyenne de 1,5 kilogramme par an d’oxyde de plutonium destiné aux générateurs, un objectif fixé pour 2026. Début 2026, l’agence a toutefois annoncé une avancée notable : la plus importante livraison de plutonium neuf depuis la relance de la production, un envoi d’un ordre de grandeur supérieur aux expéditions précédentes. Un signe que la chaîne industrielle, longtemps grippée, se remet doucement en marche.

Ce que la pénurie impose aux prochaines missions

Fabriquer du plutonium-238 ne s’improvise pas. Il faut exposer du neptunium-237 à des neutrons dans un réacteur, où le noyau capture un neutron et devient du neptunium-238, avant transformation chimique en plutonium. Aucune mine ne peut fournir ce matériau : il doit être fabriqué, séparé, transformé en céramique, puis scellé dans des modules à travers une chaîne de laboratoires spécialisés.

Cette rareté oblige déjà la NASA à faire des choix. Le stock ancien, vieux de plus de vingt ans et significativement dégradé, doit être mélangé au plutonium fraîchement produit dans une proportion de deux pour un afin d’étirer la réserve disponible. Sans ce mélange, la quantité utilisable pour équiper une nouvelle sonde diminuerait encore plus vite.

Au rythme de production actuel, la NASA ne peut envisager une mission équipée d’un générateur MMRTG qu’à environ quatre ans d’intervalle. C’est ce calendrier contraint qui façonne désormais le choix des futures destinations. La mission Dragonfly, qui doit envoyer un drone à hélices explorer Titan, la lune géante de Saturne, sera alimentée par un générateur thermoélectrique multi-missions et compte parmi les prochains bénéficiaires de cette production relancée. Chaque gramme fabriqué aujourd’hui conditionne déjà les explorations de la décennie qui vient.

Les sondes Voyager, elles, continuent d’avancer. Prévues pour durer cinq ans à l’origine, elles fonctionnent depuis un temps qui dépasse toutes les projections initiales, même si le plutonium embarqué s’est suffisamment désintégré pour que les ingénieurs de la NASA aient dû éteindre un à un certains instruments scientifiques. Une lente extinction, mesurée en watts perdus chaque année, qui rappelle qu’aucun générateur, aussi robuste soit-il, n’échappe à la demi-vie de son combustible.

Sources : spacedaily.com | generation-nt.com