Pourquoi mener des expériences en apesanteur ?
Sur Terre, la gravité influence de nombreux phénomènes physiques, biologiques et chimiques et en masque d’autres, gênant ainsi la résolution de certaines questions scientifiques. Les effets de la gravité tendent à rendre l’exécution d’expériences ou l’analyse des résultats difficiles, et parfois même impossibles. Grâce aux expériences réalisées en micropesanteur, les scientifiques peuvent déterminer l’impact réel de la gravité sur divers phénomènes et ajuster les modèles théoriques en conséquence.
En physique appliquée, l’apesanteur est un environnement original pour la recherche de solutions innovantes pour améliorer les procédés industriels.
Enfin, avant leur lancement dans l’espace, il est précieux de pouvoir tester et qualifier des équipements ou dispositifs ayant vocation à fonctionner en apesanteur (dans la station spatiale ou à bord de satellites).
De la sélection au vol, parcours d’une expérience
Etape 1 : sélection
La phase de sélection d’une expérience scientifique débute par des appels d’offre de vol parabolique qui sont effectués chaque année par les agences spatiales pour les laboratoires de recherche. Chaque expérience retenue pour sa pertinence scientifique est programmée pour une campagne précise. Au-delà de la sélection par agences, n’importe quel institut de recherches ou industriel peut directement contacter Novespace pour trouver une opportunité de vol.
Etape 2 : développement
Environ 6 mois avant la date des vols, les ingénieurs de Novespace entrent en contact avec les laboratoires pour encadrer les diverses phases de développement de leur expérience.
La première phase est la conception. Elle est effectuée dans le respect des exigences techniques qui concernent par exemple sa masse, son centre de gravité, son système de fixation, sa résistance aux accélérations, aux vibrations, ses équipements électriques, les matériaux dangereux, etc.
Cette phase s’achève environ 11 semaines avant le vol par la remise du Formulaire expérimental, qui détaille les caractéristiques de l’expérience comme ses divers systèmes, leur fonctionnement, les produits utilisés, le système électrique, les procédures, les dimensions, l’encombrement, la résistance mécanique, etc.
Etape 3 : construction
Se déroule ensuite la phase de construction de l’expérience, qui est son assemblage dans le respect des exigences techniques.
Etape 4 : tests et validation
Vient ensuite une phase de tests et de validation de l’expérience, durant laquelle les expérimentateurs testent son bon fonctionnement, valident les sécurités et le respect du Formulaire expérimental.
Enfin l’expérience est acheminée à Novespace dans la semaine qui précède les vols et subit une série de vérifications avant d’être autorisée pour embarquement.
Etape 5 : préparation du vol
Une fois dans l’avion, l’expérience est testée de manière à s’assurer que son transport n’a pas engendré de défaillances. C’est la phase de préparation au vol.
Avant chacun des vols de la campagne, les expériences sont inspectées le matin par les ingénieurs, et un débriefing a lieu après l’atterrissage. Chaque après-midi les expérimentateurs peuvent y apporter des modifications. À la fin de la campagne, les expériences sont débarquées et réacheminées vers leur laboratoire d’origine.
Voir aussi les campagnes de vols scientifiques
Une grande exigence de sécurité pour les expériences
Les expérimentateurs sont en charge d’analyser leur expérience pour rechercher les différents risques qu’elle comporte, les classer en fonction de leur gravité et les gérer en mettant en place un certain nombre de barrières de sécurité.
Ils doivent aussi montrer la conformité de leur expérience et de leurs procédures avec les exigences de conception imposées par Novespace. Ce travail doit être documenté et se réalise avec le support d’un ingénieur de Novespace.
Un niveau de sécurité élevé comme celui qui est appliqué aux vols paraboliques, demande un effort particulier aux expérimentateurs qui doivent s’appliquer à présenter leur expérience et ses risques de manière très détaillée, à respecter toutes les règles et à mettre en place les différents éléments de sécurité demandés. Il convient de noter qu’une expérience ne pourra être effectuée que si les services compétents de Novespace ont été convaincus que le vol peut être effectué en toute sécurité.
Exemples de sujets de recherche en apesanteur
Physique fondamentale
- Physique des plasmas
- Phénomènes d’agrégation
- Comportement des aérosols
- Interactions gaz-poussières
Science des matériaux
- Etude des phénomènes de fusion
- Stabilité des microstructures
- Capillarité des milieux granulaires
Physique des combustions
- Combustion des aérosols
- Comportement des suies
- Propagation des flammes
- Combustion des gouttelettes
- Evaporation des carburants
Physique des fluides
- Diffusion, ébullition, dynamique et stabilité
- Viscosité, phénomènes d’interface, émulsions
- Transferts de chaleur, évaporation
- Dynamique des bulles et gouttelettes
Physiologie
- Fonction cardiovasculaire
- Etude du Fluidshift
- Fonction respiratoire
- Performances musculaires
- Posture et locomotion
- Système squelettique
- Fonction vestibulaire
- Orientation spatiale
- Performances cognitives
- Etude des gestes fins
- Mal des transports
Biologie – Physiologie des plantes
- Déplacements des statolithes,
- Etudes du gravitotropisme et des gravitorécepteurs
Biologie cellulaire et du développement
- Physiologie animale
- Processus de vieillissement
- Etudes des cellules osseuses
- Propriétés électrophysiologiques et morphologiques de cellules humaines
Technologie
- Validation d’expériences destinées à la station spatiale
- Tests d’équipements spatiaux d’analyses biologiques
- Systèmes de purification de l’eau
- Systèmes de dissipation de chaleur
Une large gamme d’instruments et d’équipements utilisables en vol
Sous réserve du respect des exigences techniques et de sécurité, les chercheurs peuvent utiliser pour leurs expériences une large gamme d’instruments et équipements scientifiques dont certains exemples sont donnés ici.
Support d’expérience
- Enceintes de confinement
- Fours
- Chambres de combustion
- Centrifugeuses
- Incubateurs
- Systèmes sous pression
- Pompes à vide
Appareils de mesure
- Rhéomètres
- Lasers
- Thermocouples
- Capteurs de pression
- Débitmètres
- Pyromètres
Instruments optiques
- Microscopes
- Caméras
- Spectromètres
- Lasers
Equipements médicaux
- Echographe
- Doppler
- Electrocardiographe
- Electromyogramme
- Pléthysmographe
- Moniteurs
Servitudes
- Racks expérimentaux
- Boitiers électriques
- Bouteilles de gaz comprimé
- Circuit d’évacuation de gaz
Un volume dédié aux expériences sans équivalent
Certains équipements particulièrement encombrants peuvent être utilisés en vol parabolique, comme des tapis roulants ou des vélos ergomètres. Le nombre habituel d’expériences embarquées (10 à 15) n’est pas figé, et peut être réduit pour les besoins d’expériences volumineuses. L’avion a même été déjà utilisé pour une seule expérience (déploiement d’antenne satellite pour l’agence spatiale NASDA, aujourd’hui JAXA). Cette grande latitude dans le volume utilisé est une opportunité sans égale pour les chercheurs.
