Lu pour vous numéro 129

Détails

" Lu pour vous " n° 129*

 

Sommaire

  • Actualités sciences : un robot habile et silencieux
  • L'événement : le premier satellite quantique est lancé. Satellite Mozi : objectif : établir des communications totalement inviolables sur des grandes distances
  • Essai - mission Mars : l’atterrisseur européen a entamé da descente vers la planète rouge
  • Actualités biologie : toute la lumière sur les mouvements du tournesol
  • Nettoyer et sécuriser l'espace : débarrasser la banlieue

Actualités sciences : un robot habile et silencieux

lpv1291SpotMini sait gravir des escaliers, se relever et remplir un lave-vaisselle.

Voici SpotMini, le dernier robot Quadrupède à la démarche incroyablement fluide produit par les laboratoires de robotique américains Boston Dynamics (propriété du groupe Alphabet, la maison mère de Google).

La machine est capable de se baisser pour passer sous une table, sait gravir un escalier et se relever en cas de chute. Sur son dos, un emplacement permet de fixer un bras articulé pourvu d'une pince.

Dans une vidéo de démonstration, il saisit un verre pour le placer, sans le briser, dans un lave-vaisselle. Ce petit robot de la taille d'in labrador pèserait une trentaine de kilos, et serait capable de fonctionner durant une heure et demie sur ses batteries. Contrairement à ses prédécesseurs de plus grande taille, qui étaient pourvus de mécanismes hydrauliques, SpotMini n'est, lui, équipé que de moteurs électriques. « C'est l'un des robots les plus silencieux que nous ayons conçus », affirme ses concepteurs. L'enjeu est important : c'est à cause du bruit des machines que l'armée américaine a refusé, en janvier 2016, d'équiper ses fantassins de mules robotiques développées par Boston Dynamics.

Source : CHALLENGES, n°492 du 6 octobre 2016 (non signé)

lpv1292L’événement : le premier satellite quantique est lancé.

La Chine vient de mettre en orbite un satellite baptisé Mozi. L'objectif ? Etablir, d'ici à deux ans, des communications totalement inviolables sur de grandes distances.

Mozi, du nom d'un philosophe antique chinois, un cube de 600 kg en orbite désormais à 500 kilomètres d'altitude et réalise un tour complet de la Terre en 90 minutes. Sa mission ? Etablir d'ici à deux ans des communications totalement inviolables sur des distances de plusieurs milliers de kilomètres, en envoyant des photons.... Depuis l'espace !

Ce projet et d'autant plus important que le moyen le plus répandu aujourd'hui pour sécuriser nos communications, notamment les transactions bancaires, pourrait un jour devenir caduc.

Il s'agit du chiffrement RSA, technique consistant à crypter les données numériques échangées entre deux personnes grâce à une longue séquence de nombres, la clé du chiffrement. Cette dernière est obtenue par celui qui envoie les données en multipliant deux nombres premiers très grands. Quiconque voudrait lire les données cryptées devrait avoir connaissance de ces deux nombres premiers qui constituent la clé de déchiffrement. En pratique, un pirate qui voudrait retrouver ces deux nombres à l'aide d'un ordinateur devrait utiliser un algorithme de décomposition en facteurs premiers qui prendra au moins quelques centaines d'années pour arriver à un résultat ? « Devant la puissance de calcul grandissante des ordinateurs, les verrous de la cryptographie classique pourrait donc bientôt céder », alerte Nicolas Cerf, directeur du Centre pour l'information et la communication quantique, à l'université libre de Bruxelles.

Depuis les années 1980 les physiciens parient sur une toute autre méthode : la distribution quantique des clés. Elle consiste à utiliser les propriétés quantiques des photons pour établir une clé de chiffrement totalement sûre. De fait, l'information portée par un photon est par nature inviolable.
Car ce dernier est soumis aux lois de la mécanique quantique, qui stipule que toute mesure faite sur une particule modifie instantanément son état physique. Un espion qui intercepterait (ou mesurerait) des photons pour en extraire l'information modifierait instantanément leur état physique, ce qui révélerait sa présence.

Pas de piratage possible, les lois de la nature l'empêche. D'où un investissement massif de la Chine dans cette technologie stratégique.

lpv1293Le satellite Mozi, mis au point par l'équipe de Jian-Wei Pan, physicien à l’université de sciences et technologie de Chine, pourrait bien changer la donne. Il embarque à son bord une source de photons intriqués qu'il pourra transmettre vers des stations au sol distantes de plusieurs milliers de kilomètres. Au cours des deux prochaines années, Jian-Wei Pan et son équipe testeront ainsi pour la première fois la distribution quantique de clés par satellite sur de très grandes distances : soit entre les stations au sol de Delingh et de Lijiang, soit entre Delingha et Nanshann distantes de 1200 km, puis, si le succès est au rendez-vous, entre Pékin et Vienne, en Autriche, séparés de 75 km. Le record actuel appartient à l'équipe d’Hugo Zbionden, de l'université de Genève. En 2015, elle était parvenue à distribuer par fibre optique une clé secrète encodée par des photons sur 307 km.

Toutefois, il est difficile en pratique d'aller plus loin, car plus la fibre est longue, plus la probabilité qu'un photon arrive au bout diminue. Si bien qu'au terme de leur trajet dans la fibre, les photons, qui sont les supports de l'information quantique, ne sont plus détectables. Pas de quoi donc construire un réseau quantique à l'échelle mondiale, du moins pour l'instant. »De nombreuses équipes travaillent à l'élaboration de dispositifs, les répéteurs quantiques, destinés à augmenter la distance de communications par fibre optique. Mais la recherche avance relativement lentement dans ce domaine aux nombreux défis », précise Eleni Diamanti, chercheur au laboratoire traitement et communication de l'information, à Télécom Paris Tech.

La transmission de clés quantiques « à l'air libre » affiche un record de distance encore moindre de 144 km.

Dans un premier temps, l'équipe de Jian-Wei Pan prévoit d'échanger une clé secrète entre le satellite et une station au sol. Si l'essai est concluant, différents protocoles de cryptographie quantique seront alors testés en fonction de distances qui séparent deux stations au sol. Tout d'abord, le satellite testera la distribution de clé entre les stations de Delingha et Lijiang ou Nashan, deux villes assez proches pour « voir » le satellite en même temps. Ce dernier transmettra des paires de photons dits « intriqués » vers les deux stations.

Réseaux de demain.

Avec un protocole un peu différent, l'équipe de Jian Wei Pan prévoit également de de générer des clés quantiques entre deux stations situées sur des continents différents, entre Pékin et Vienne. « Il n'y a pas encore de calendrier pour cette expérience », explique Thomas Scheidl, physicien à l'université de Vienne et partenaire européen du projet chinois. Cela dépend beaucoup du succès des premières expériences. Quoi qu'il en soit, l'Europe a déjà les infrastructures pour capter les photons envoyés par Mozi à Vienne et à Graz, en Autriche, mais aussi à Tenerife, aux Canaries. Le protocole prévu pour de telles distances intercontinentales n'utilise pas des paires de photons intriqués, mais des photons uniques qui sont préparés par le satellite de façon que leur polarisation soit aléatoire. Ils sont envoyés vers une station au sol, par exemple Pékin, pour générer une première clé secrète entre la station et le satellite. Le satellite poursuit ensuite sa course autour de la Terre et apparaît dans le ciel européen. Là, il envoie un autre photon vers une station au sol, Vienne par exemple, pour générer une seconde clé secrète entre la station de Vienne et le satellite.

« Seul le satellite connaît les deux clés, précise le chercheur. Il les combine par une opération logique et transmet la clé issue de cette combinaison par un canal de communication classique. » Chaque station utilise alors sa propre clé et cette nouvelle clé pour extraire la clé secrète de l'autre station. Les deux stations peuvent ainsi l'utiliser pour encrypter et décrypter leurs communications.

Dans le protocole, le satellite agit comme un relais pour établir une communication entre deux lieux trop distants pour avoir le satellite en ligne de mire au même moment. « Mais dans ce cas, il faut avoir confiance dans le satellite. De fait, son propriétaire pourrait accéder aux clés secrètes enregistrées par le satellite. » Néanmoins, si le satellite tient ses promesses, il préfigurerait les réseaux de communication de demain, « des réseaux quantiques qui impliqueraient à la fois des réseaux de fibres optiques à plus courte portée et la mise en place d'une constellation de satellites comparables à Mozi pour couvrir un large territoire, prévoit Thomas Scheidl. A terme, cela permettrait des communications sécurisées entre n'importe quel point sur Terre ».

La cryptographie quantique n'est pas le seul objectif visé par l'équipe de Jian-Wei Pan. Un autre volet de la mission, plus fondamental, prévoit de tester une des propriétés les plus surprenantes de la mécanique quantique, l'intrication, et à une échelle encore jamais atteinte.

« L'intrication quantique n'a encore jamais été testée sur des distances aussi grandes que celles rendues possibles par le satellite chinois », s'enthousiasme Eleni Diamanti. Dans un autre registre, le satellite quantique permettra également d'explorer l'influence, jamais constatée à ce jour, de la gravitation sur la mécanique quantique.

Source : LA RECHERCHE, N° 516, Octobre 2016, par Gautier Cariou, journaliste

Essai - mission Mars : l'atterrisseur européen a entamé sa descente vers la planète rouge.

lpv1294Dimanche 15 octobre 2016, le module Sciapparelli s'est séparé avec succès de la sonde avec laquelle il était parti il y a sept mois. Il entame une descente en chute libre de trois jours. Arrivé prévue mercredi 19.

« Exo » pour « exobiologie », science étudiant la possibilité d'une vie extraterrestre sur Mars. Après sept mois de voyage et 500 millions de kilomètres parcourus, l'atterrisseur Schiapparelli s'est séparé avec succès de la sonde Trace Gas orbiter pour entamer trois jours de chute libre. La séparation est confirmée, a lancé Michel Denis, directeur des opérations en vol d'ExoMars 2016, après avoir reçu une vingtaine de minutes plus tard le signal intercepté par le Giant Metrewave Radio Télescope de Pune, en Inde. Mais si Trace Gas orbiter a bien repris contact radio avec les stations au sol, permettant de confirmer la séparation, l'engin a tardé à envoyer les informations techniques (télémétrie) attendues par les ingénieurs, décrivant dans le détail son état de fonctionnement et indiquant sa position. Des informations importantes avec l'insertion des TGO en orbite mercredi, qui doit lui permettre de de traquer la présence de gaz permettant l'apparition de la vie. L'équipe a annoncé avoir reçu les signaux attendus.

lpv1295Avec Schiapparelli, l'Europe veut poser son premier objet en douceur après le semi-échec de Beagle en 2003, avant l'arrivée, prévue en 2020 d'un rover chargé de faire des forages à la recherche de traces d'une bactérienne passée. Objectif de la capsule de 2,40 mètres de diamètre pour 577 kilos au départ : Schiapparelli est équipé de capteurs qui devraient être activés une heure avant son atterrissage, et doit mesurer la pression, la température, la vitesse du vent mais aussi les champs électriques è la surface de Mars. Il disposera pour cela de deux à huit jours de vie avant que ses batteries ne rendent l'âme.

Si tout se passe comme prévu, Sciapparelli entrera dans l'atmosphère martienne, à 1 200 km de la surface, mercredi 19. De 21 000 km/h, sa vitesse atteindra 1 650 km/h à 11 km de la surface, puis un parachute s'ouvrira pour ralentir encore l'approche du module à 1 km, neuf rétrofusées prendront le relais pour un impact final à 10 km/h dans la plaine de Meridiani Planum, ou avait atterri le rover américain Opportunity en 2004. « La partie inférieure du module est protégée par une structure écrasable en aluminium, en nid d'abeilles, destinée à amortir le choc final », a précisé à I'AFP Thierry Blancquaert, responsable de l'atterrisseur à l'ESA, l'agence spatiale européenne.

L'équipe chargée de surveiller les opérations s'attendent toutefois à un atterrissage compliqué si la météo martienne est défavorable. « Nous savions que nous allions arriver pendant la saison de tempêtes de poussières et cela nous a amenés à faire un design plus robuste pour Schiapparelli », a expliqué Thierry Blancquaert.

Source : Le Figaro en ligne, sciences, mission ExoMars du 17/10

Actualités - Biologie : toute la lumière sur les mouvements du tournesol.

Les fleurs d'un champ de tournesol sont toutes tournées vers le matin. Les mécanismes biologiques permettant cette orientation vient d'être découverts.
La légende prétendant que les tournesols suivent le soleil au fil de la journée n'est pas tout à fait exacte. Les fleurs de tournesol sont immobiles. En revanche, chez les jeunes tiges, l'apex (le sommet de la tige) regarde l'est le matin, pour se tourner progressivement vers l'ouest le soir avant de se réorienter la nuit pour être face au lever du soleil.

D'où viennent ces mouvements ? Et pourquoi cessent-ils à la maturité florale, laissant la fleur à l'est ? Grâce à une série d'expériences, les biologistes de l'université de Californie à Davis ont découvert des mécanismes étonnants (H.S. Atamian et al., Science 353 5877, 2016).
Le mouvement du jeune tournesol est dû à une croissance asymétrique de la tige entre ses côtés ouest et est, commandée par un système d'horloge interne calé sur les cycles du jour et de la nuit.

Croissance facilitée

Pour démontrer l'existence de cette horloge interne, les biologistes ont placé des plants dans une chambre hermétique au jour, ou ils pouvaient parfaitement contrôler l'apport de lumière. Les plants immatures placés sous une lumière fixe permanente, par exemple, ont continué leur rotation d'est en ouest quelques jours, puis les mouvements étaient complètement désordonnés. « Ces résultats sont une jolie démonstration de l'horloge interne, souligne Bruno Moulia, directeur de recherche à l'lnra de Clermont -Ferrand.

Cette horloge est un processus cyclique d'origine chimique et génétique, mais qui « s'accroche » sur un rythme extérieur. Sans cela, il se désynchronise peu à peu. »

Pour préciser l'origine de la croissance asymétrique, les biologistes ont réalisés des analyses génétiques et moléculaires des cellules de la tige. Ils ont constaté qu'au fil de la journée, l'auxine, hormone végétale qui accélère la croissance de la tige, se concentre sur la face à l'ombre : la plante se courbe donc vers le soleil. C'est le phototropisme. La nuit, c'est dans la phase ouest de la tige que tout se passe : des gènes liés au système d'horloge interne s'activent pour induire la croissance. La plante se courbe alors vers l'est. « Les mouvements des jeunes plants sont donc pilotés par le phototropisme le jour et l'horloge interne la nuit », résume Bruno Moulia.

Ces mouvements des jeunes tiges facilitent la croissance, car ils alignent leurs feuilles avec la lumière du soleil. Lorsque les chercheurs ont bloqué ce mouvement en attachant les tiges, ils ont constaté que ces tournesols produisaient environ 10 % de matière en moins que les autres.

Nettoyer et sécuriser l'espace.

lpv1296Depuis l'envoi du premier satellite artificiel Spoutnik, en 1957, la banlieue terrestre est de plus en plus encombrée : des dizaines de milliers de débris orbitent autour de notre planète !

Filant à la vitesse de 36 000 km/h, ils menacent d'endommager les satellites de télécommunication et d'observation, les instruments scientifiques et même la station spatiale intercontinentale. La communauté spatiale redoute des collisions en cascade génératrices de nouveaux débris, au point de rendre l'utilisation des orbites autour de la Terre et toute exploration spatiale impossible !

L'agence spatiale européenne, des universités et des entreprises privées imaginent des solutions pour récupérer certains débris et les faire redescendre dans l'atmosphère terrestre ou ils se consumeront sous l'effet des frottements.

Projets :

Mission KITE (Agence spatiale japonaise) fin 2016 : prévoir pour la fin d'année. La mission Kite pour permettre de tester le concept de longe électrodynamique.

Adras-1 (Astroscale, Singapour), 2018 : emmené dans l'espace par satellite de démonstration Adras-1, un satellite nettoyeur de 30 kg qui tentera de capter la cible qu'il aura apportée.

Sung-Sat (université A&M du Texas), pas avant 2020 : encore au stade théorique, ce modèle de satellite nettoyeur serait très économe en carburant, car il utiliserait l'énergie des débris.

Projet Cleanspace one (EPFL, Suisse), à l'horizon 2020 : piloté par l'Ecole Polytechnique de Lausanne, ce projet prévoit d'envoyer un satellite récupérer un nano satellite en fin de vie.

Un canon laser pour L'ISS (Coopération), vers 2025 : un canon laser grandeur nature devrait être installé en 2025 sur la station spatiale, après le test, en 2015, d'une version miniature.

Fin 2016 : freiner les gros objets à l'aide d'une longe.

Une façon de se débarrasser des débris spatiaux consiste à les ralentir : ils changent alors d'orbite pour une orbite plus basse, et finissent par atteindre l'atmosphère, ou ils se consument. Dans cette optique, l'agence spatiale japonaise (Jaxa) a mis au point un système de freinage original

lpv1297Et économe en énergie pour les plus gros débris spatiaux (satellites en fin de vie, étages de lanceurs...) : la longe électrodynamique.
Il s'agit d'un filin en aluminium et en acier inoxydable, à fixer sur un débris. Le filin, à l'extrémité duquel est placé un émetteur d’électrons (un tapis de nanotubes de carbone), sert de câble de conducteur. Les électrons présents dans l'espace circulent ainsi dans le filin, donnant naissance à un courant électrique. Or, quand le débris se déplace sur son orbite, la longe et son courant électrique coupent les lignes du champ magnétique terrestre, ce qui induit des forces de freinage électromagnétiques (force de Lorentz) qui s'opposent à son mouvement. Prévue pour la fin de l'année, la mission Kite devrait permettre de valider cette technique de freinage.

Une longe électrodynamique longue de 700 mètres sera installée avant le décollage sur le cargo japonais HTV qui doit ravitailler la Station spatiale internationale.

Déployée dans l'espace à son retour, la longe devrait provoquer le désorbitage du vaisseau cargo et, à terme, sa destruction dans l'atmosphère. Par la suite, l'objectif de la Jaxa est de mettre au point un satellite capable d'aller attacher une longe sur les plus gros débris spatiaux.
D'après les calculs, elle devra alors mesurer plusieurs kilomètres.

Attraper les débris spatiaux.

La société Astroscale développe une solution originale pour la collecte des débris spatiaux. Pour les attraper ni bras mécanique ni filet, système qu'elle juge trop lourd, trop onéreux et trop complexe à mettre en œuvre.

A la place, un satellite nettoyeur doté d'une tête adhésive de 30 cm de diamètre, inclinable (pour s'adapter au mieux à sa cible lors de la rencontre), et composée de 21 coussinets préencollés. A base de silicone, la substance adhésive a été testée sur Terre sous vide d'air. Prochaine étape : dans l'espace, lors de la mission programmée en 2018, le satellite de démonstration Adras déploiera une cible et un petit satellite colleur de 30 kg.

A terme, Astroscale projette de fabriquer un satellite colleur autonome dont le mode de propulsion et la tête adhésive varieront selon le type de débris à récupérer (du hors d'usage aux étages de fusée) et leur orbite.

L'entreprise vise en particulier les modèles défaillants des flottes de satellites que des entreprises comme SpaceX et OneWeb comptent déployer à 1 200 km d'altitude pour offrir un accès internet sur toute la surface du globe. Les premiers encollages commerciaux pourraient avoir lieu en 2022.
Utiliser leur énergie pour les éliminer : pas avant 2020.

Parce que les débris spatiaux se déplacent à grande vitesse, ils ne sont pas seulement un problème : ils sont aussi une source potentielle d'énergie !

lpv1298Pourquoi alors, ne pas en profiter ?

Telle est l'idée qu'ont eue un chercheur et un étudiant de l'université A&M du Texas : ils ont imaginé un satellite nettoyeur capable d’éliminer plusieurs débris tout en étant économe en carburant en se faisant tracter par eux.

Concrètement, le modèle Sling-Sat se compose d'une partie centrale de part et d'autre de laquelle se déploient deux bras, munis à leur extrémité d'un récepteur en forme de bol. A la manière d'une fronde, le satellite capture un débris avec un de ses bras, qui bascule et le relâche au moment opportun vers l'atmosphère terrestre. Grâce à cette astuce, non seulement le satellite ne s'alourdit pas au fil de la mission, mais il utilise pour se déplacer l'impulsion conférée d'abord par la capture du débris mobile, puis par son rejet la longueurs des deux bras est ajustable, ce qui permet au satellite de modifier le centre d'inertie de l'ensemble qu'il forme avec le débris, de contrôler la vitesse et l'angle d'éjection, et de modifier sa trajectoire afin d'atteindre le prochain débris.

Ainsi, Sling-Sat « rebondit » d'un débris à l'autre à peu de frais. Il communiquerait en continu avec le sol ou tous les calculs sont prêts. Mais il reste des questions techniques à trancher, comme la réalisation des récepteurs et leur mécanisme de capture. Ils pourraient être tapissés d'un revêtement ultrarésistant en kevlar et en céramique, comme il en existe sur l'USS.

Neutraliser un objet précis : à l'horizon 2020.

Le projet CleanSpace One, qui prévoit d'envoyer à l'horizon 2020 un satellite pour qu'il débarrasse l'espace du satellite Swiss Cube quand il sera en fin de vie, est piloté par L'Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL).

Lancé en 2009 à 720 km d'altitude, SwissCube fut le premier satellite aux couleurs de de la Confédération helvétique. Il s'agit d'un CubSat : un nano satellite de 10 cm de côté, pesant moins de 1kg, dont la mission est d'observer les phénomènes de luminescence provoqués par l'entrée de particules énergétiques solaires dans l'atmosphère. Il a été conçu et fabriqué par 200 étudiants de l'EPFL. Le but était d’abord éducatif.

Puis la mission de récupération s'est imposée d'elle-même.

lpv1299Quelques mois avant le lancement de SwissCube, un accident est en effet survenu sur sa future orbite : deux satellites sont entrés en collision, provoquant une nuée de dangereux débris. Depuis que SwiissCube a été mis en orbite, il est alerté au moins une fois par mois par le réseau de surveillance dédié aux objets en orbite autour de la Terre d’une possible collision avec ces débris !

Dépourvu de système de propulsion, le nano satellite serait incapable se dérouter ? Par chance, il n'a pas encore été percuté.

La mise en pratique du principe de satellite nettoyeur s'est révélée ardue. Première difficulté, la faible précision des informations sur l'emplacement du nano satellite fournies par les radars au sol. Cela revient à trouver un cube de 10 cm dans une sphère de 5 km de rayon.

Pour repérer sa cible, le satellite CmeanSpace One associe ainsi un radar et une caméra infrarouge qui détecte de loin la lumière solaire réfléchie par le nano satellite. Les phases d'approche et de capture seront, elles aussi, délicates : SwissCube tournoiera sans doute sur lui-même (du fait de sa forme et des frottements) et, contrairement à l’ISS qui communique avec les vaisseaux Soyouz lors de leur arrimage, n'apportera aucune aide.

La solution du « Pac-Man ».

lpv12991CleanSpace One doit s'approcher avec précision et en douceur du nano satellite. Car s'il le percute, il l'éjectera dans l'espace...
Les étudiants travaillent donc sur un système de vision capable d'apprécier la distance et la rotation de SwissCube. Il associe une caméra classique, une caméra 33D et un flash Lidar (un système de télédétection par laser). Complication supplémentaire : les faces du nano satellite réagissent très différemment à la lumière. Celles portant les panneaux solaires sont opaques, tandis que les autres, dévoilant la structure en aluminium, réfléchissent fortement la lumière. Les algorithmes d'analyse d’images doivent donc s’adapter à ces forts contrastes de luminosité.

Après plusieurs études, c'est la solution du « Pac-Man » qui a été retenue pour la capture : un filet conique en kevlar que CleanSpace One déploiera sur des tiges flexibles (en métal ou en carbone, est encore à l'étude). Une fois le nano satellite dans ses mailles, le filet se resserrera autour de sa proie pour l'immobiliser.

Grâce à ses propulseurs, CleanSpace One entamera sa descente vers l'atmosphère ou son passager et lui seront calcinés.

Reste une question : à quoi bon fabriquer et lancer un satellite de 80 kg, pour un coût total estimé à 25 millions d'euros, pour faire disparaître un nano satellite de 1kg ? « CleanSpace One a pour but de démontrer les possibilités technologiques d'un tel procédé, répond Muriel Richard-Noca .

Le système de capture par filet conique n'est certes pas applicable aux plus gros débris comme les étages de fusée, mais il est efficace pour les satellites jusqu'à 500 kg, qui sont en pleine expansion.

Quant au système de vision, il sera utilisable dans tous les cas. Si le projet réussit, les élèves ingénieurs suisses pourront se targuer d'avoir participé à une première spatiale.

Equiper l'lss d'un canon laser.

lpv12992Pour protéger la station spatiale internationale des débris qui la menaceraient, les scientifiques ont eu l'idée d'associer deux outils. Repérés par un télescope, les objets devraient ensuite poussées en direction de l'atmosphère par un laser.

Le 16 juillet 2015, pour la quatrième fois de l'histoire de l'ISS, l'équipage est allé se réfugier préventivement dans le vaisseau Soyouz arrimé à la station. Un débris étant susceptible de traverser la zone e sécurité, une région de 50 x 50 x 1,5 km avec, en son centre, la station grande comme un terrain de football. La plupart du temps, ces rencontres sont calculées suffisamment à l'avance pour modifier l'orbite l'ISS. Mais cette fois, le temps a manqué. Le fragment en question provenant de la collision en 2009 de deux satellites de télécommunication engendra 2 269 morceaux en orbite, selon le décompte du catalogue des objets spatiaux. Le risque de collision avec l'ISS fut pris très au sérieux, comme il l'est pour tous les instruments et satellites en orbite autour de la Terre.

Ainsi, au sol, 29 télescopes et radars, répartis sur tout le globe, traquent en permanence les objets de plus de 10 cm. Finalement, l'ISS n'a pas été touchée et l'équipage a pu la réintégrer.

Le détail du catalogue révèle l'ampleur du problème. Sur les 18 000 objets qu'il recense, seuls 6% sont des satellites actifs. Le reste se compose de 3 300 satellites hors service, de 2 200 étages supérieurs (vestiges de qui les ont mis en orbite), de 2 400 objets divers relâchés volontairement dans l'espace et, surtout, de débris issus de l'explosion ou de la dégradation des objets déjà cités. Des débris représentent t la moitié des objets en orbite dans l'espace. Il faut encore ajouter pas moins de 720 000 débris entre 1et 10 cm et même 135 millions de débris plus petits qu'une bille !

Ces innombrables déchets représentent une menace, cars ils filent dans l'espace à la vitesse de 36 000 km/h !

Avec l'énergie cinétique engrangée à cette vitesse, une particule de 1millimètre équivaut ainsi à une boule de de bowling lancée à 100 km/h et une bille, à une grosse voiture lancée à 130 km/h ! Les dégâts liés à un impact sont donc potentiellement considérables, allant de la panne à la pulvérisation pure et simple.

Si la situation est de plus en plus préoccupante, le niveau d'encombrement varie avec l'altitude. Ce sont les orbites basses, situées entre 700 et 1 100 km, qui sont les plus polluées. Elles accueillent les satellites d'observation terrestre, météorologiques et de téléphonie.

L'ISS elle, se déplace en dessous de l'essentiel des débris spatiaux, sur une orbite située entre 650 et 400 km d'altitude. Trouver un moyen de protéger la Station spatiale internationale des débris indétectables par les systèmes de contrôle au sol, ceux d'une taille inférieure à 10 cm.

D'où l'idée de l'association de deux projets différents : le télescope JEM-Euso et le laser CAN.

lpv12993A l'origine, ce télescope doit observer les rayons cosmiques, ces flux de particules à ultrahaute énergie qui circulent dans l'espace. « Quand les rayons cosmiques traversent l'atmosphère terrestre, ils créent des gerbes de particules en cascade jusqu'à épuisement de leur énergie initiale », explique Etienne Parizot, astrophysicien à l'université Paris-Diderot. Ces nouvelles particules excitent à leur tour les molécules présentes dans l'atmosphère, qui, au moment de reprendre leur état initial, émettent de la lumière fluorescente dans les ultraviolets. Equipé d’une lentille de 2,5 m de diamètre et d'un capteur de 350 000 pixels, Euso peut repérer ces traces lumineuses. Euso est capable de percevoir la lumière rasante du soleil réfléchie par les débris. Au lieu de pointer le télescope vers la Terre et l'atmosphère, il s'agit de l'orienter vers l'avant de l'ISS, afin de détecter les débris circulant dans la direction de la station.

Le télescope sera capable de détecter un objet de 1cm à une distance de 140 km, et un objet de 10 cm à 1 000 km. Il servira de viseur ultrasophistiqué : une fois le débris dans son champ de vision, son électron calculera la trajectoire dans une fraction de seconde et prédira ou il se situera l'instant d'après.

Le deuxième projet n'avait, lui, rien de spatial au départ. Il s'agit d'un nouveau type de laser, le laser CAN. Il diffère du laser conventionnel par son système d'amplification de la lumière : ce sont des fibres optiques en très grand nombre qui assurent cette fonction, à la place de la barre de verre ou du saphir usuelle. « Chaque fibre émet la même lumière amplifiée que les autres. A la sortie, les faisceaux se recombinent en une lumière unique, cohérente et de très grande puissance.», explique Gérard Mourou, de l'école polytechnique. Plus facile à refroidir qu'un laser conventionnel, le laser CAN est capable de tirer à une fréquence très élevée, de l'ordre de 10 000 impulsions par seconde ! C'est d'ailleurs pour cela qu'il est destiné à transmettre l'énergie nécessaire aux particules dans les futurs accélérateurs.

Dans le cas des débris spatiaux, le laser CAN présente un premier avantage : il prend moins de place qu'un laser conventionnel et son efficacité électrique est meilleure.

En pratique, le laser vaporisera une infime quantité de la matière du débris. Ce jet de gaz propulseur s'opposant ç la direction dans laquelle se déplace le débris, il le freinera et, en conséquence, le fera désorbiter. Le débris descendra et rejoindra l’atmosphère, ou il brûlera. Néanmoins, avec des débris qui foncent à une vitesse de 8 km/s, il faut ajuster le tir très vite. C'est là que le laser CAN possède un autre avantage : on peut en changer la focale (le point de concentration de l'énergie) très rapidement, par modification de la phase des faisceaux qui circulent dans les fibres optiques.

L'association du télescope JEM Euso et du laser Can constitue, sur le papier, un moyen de défense efficace. L'installation sur l'ISS d'une version miniature du futur JEM-Euso (avec une lentille de 20 cm) est prévue pour 2017. Les équipes de recherche souhaitent profiter de l'occasion pour embarquer aussi un laser CAN de 100 fibres optiques.

Le système laser complet mesurera 10 m de long.

A l'horizon 2030, l'ultime déclinaison de la solution prendra la forme d'un satellite autonome équipé du laser, dont la mission sera de nettoyer les orbites basses les plus encombrées. A moins que, d'ici là, un autre aspirateur à débris ai déjà fait le ménage.

Source : SCIENCE et VIE, Hors-Série, n°276, Septembre 2016, par Olivier Lapirot

*Les articles qui figurent dans cette rubrique sont transmis à titre d'information scientifique et / ou Technique. Ils ne sont en aucun cas l'expression d'une prise de position de l'UDISS ou d'un jugement de valeur

   
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