Archives de catégorie : Propulsion & Espace

Prix Edmond Brun

Remise du prix Edmond Brun, Académie des Sciences, 23 novembre 2021.

J’ai reçu hier après-midi à l’Institut de France à Paris le prix Edmond Brun de l’Académie des Sciences pour mes travaux en propulsion spatiale : Cérémonie de remise des prix 2021 de l’Académie des Sciences.

Je suis profondément honoré par cette distinction prestigieuse qui récompense plus de vingt-cinq années de travaux de recherche dans les domaines de la physique des plasmas et de la propulsion ionique.

Naturellement, il ne s’agit nullement de l’accomplissement d’un seul homme. Je souhaite donc chaleureusement remercier tous ceux qui m’ont accompagné dans cette belle aventure : mes proches, mes amis, mes doctorants, mes étudiants, mes vrais collègues et tous ceux qui m’ont épaulé, forcé à toujours donner le maximum et poussé à me remettre souvent en cause.

Je tiens à dédicacer ce prix à mon collègue et ami disparu trop tôt, le Professeur Michel Dudeck, qui m’a orienté vers la propulsion spatiale tout en me laissant prendre mon envol.

Enfin, je dédie ce prix à mon Père, lui aussi partit bien trop tôt. Il aurait été fiers de son petit garçon.

Le prix Edmond Brun est un prix biennal alternatif créé en 1980 destiné à un chercheur travaillant dans le domaine de l’astronautique ou dans le domaine de la mécanique des fluides et de la thermique.

53

Vue sur la Tour Eiffel depuis le 53ème étage de la tour Montparnasse.

J’étais à Paris hier. Je n’y avais pas mis les pieds depuis le printemps dernier, et encore, ce fût en coup de vent. Ma véritable dernière visite dans la capitale de la France remonte à 2019. Presque deux ans. La signature de la CoViD. Paris m’a un peu manqué. J’apprécie toujours autant cette ville, ses rues, ses immeubles et façades, ses monuments, la Seine et ses quais.

Je n’étais pour autant pas en ballade. J’ai rencontré la jeune et dynamique équipe de la startup GAMA. Nous avons passé plusieurs heures fort agréables et enrichissantes à parler et à partager nos points de vue sur l’exploration spatiale, les voyages interplanétaires et la propulsion car GAMA développe des voiles solaires pour les nano- et les micro-satellites. C’est l’une des rares startups, sinon la seule, à miser sur cette technologie efficace qui ne nécessite dans sa version primaire, ni énergie, ni carburant ; le moyen idéal de se déplacer sur de longues distances. Le lecteur intéressé peut consulter ce récent article pour en apprendre plus : « Prospects and physical mechanisms for photonic space propulsion, Nature Photonics 12, 649 (2018) ».

GAMA est située au 53 ème étage de la tour Montparnasse. Je n’avais jamais mis les pieds dans cette tour que j’ai pourtant vu tant de fois. Quelle vue superbe, incomparable. Sans doute la plus belle vue de Paris. On aperçoit tous les quartiers, tous les monuments les plus célèbres, dont la Tour Eiffel. Je reviendrai bientôt c’est certain, et cette fois en famille. Le panorama vaut le déplacement. Je le recommande vivement à tous.

Inspiration 4

SpaceX vient de mener le premier vol habité privé. Quatre personnes (deux femmes et deux hommes) ont fait plusieurs fois le tour de notre planète en orbite basse à bord de la capsule Crew Dragon pour quelques dizaines de millions de dollars. Le vol a duré trois jours et s’est terminé par un amerrissage au voisinage des côtes de la Floride. Après Virgin Galactic et Blue Origin, SpaceX nous projette à son tour dans l’ère du tourisme spatial.

La mission Inspiration 4 me laisse perplexe. Voire même dubitatif. Quel est le but d’un tel voyage ? Quelles valeurs y associer ? S’il s’agit juste de constater la rotondité de la Terre, pas besoin de prendre une fusée. On peut regarder des photographies prises depuis l’espace, prendre l’avion, regarder l’océan à l’horizon… Faire l’expérience d’un long vol en microgravité ? Frimer ? Gagner de l’argent ? J’avoue ne pas vraiment comprendre. Je ne parle même pas de la pollution engendrée, de l’impact climatique, des ressources gaspillées. Si ce genre de tourisme venait à croître à l’avenir, les conséquences globales sur l’environnement pourraient être désastreuses. Je pense qu’il y a aujourd’hui des enjeux bien plus importants que le développement du tourisme spatial.

J’ai toujours, depuis ma plus petite enfance, était fasciné par la conquête de l’espace, par l’Univers et ses mystères. J’en est même finalement fait mon métier. Mais je milite pour une vision scientifique et non ludique. C’est l’exploration du système solaire qu’il faut mettre en avant, non le divertissement d’une certaine élite.

Congrès MPCS-5

Affiche du congrès MicroPropulsion & CubeSats 5.

J’ai organisé et supervisé, avec mes collègues et amis L. Garrigues du LAPLACE et A. Rossi du CNES, la 5ème édition du congrès MicroPropulsion & CubeSats (MPCS) la semaine dernière : MPCS-5. Après Bari, Singapour, Washington et Pékin, le congrès était cette année organisé depuis Toulouse et non, hélas, à Toulouse. En effet, à cause de la pandémie de COVID-19 et de la situation sanitaire mondiale, il nous a semblait plus raisonnable de réaliser l’édition 2021 en mode virtuel, même si ce type d’événements freine les échanges et abolit l’aspect social et la convivialité, si précieux aux yeux des chercheurs, quel que soit la discipline.
Le congrès, dont la taille est limitée depuis sa création afin de garder une atmosphère amicale, a cette fois-ci rassemblé 80 participants provenant de 20 pays. Nous avions programmé 30 conférences, 8 conférences invitées (CNES, ESA, Exotrail, ThrustMe, Comat, Gama, ienai Space) et 2 tables rondes, l’une centrée sur la science et l’autre sur les technologies et les perspectives. Une fois encore l’événement a répondu aux attentes, avec la présentation de nouveaux résultats et de nouveaux systèmes propulsifs, avec des conférences de grande qualité, avec des échanges nombreux et riches, et des discussions animées et passionnées. Un grand merci à tous pour votre participation et votre enthousiasma. Rendez-vous en 2023 pour la 6ème édition.

Lois de conservation

Lorsqu’il s’agit de l’EM-Drive, ou de concepts équivalents, mon rôle de physicien me conduit à mettre en avant les deux points suivants.

  1. Violer la loi de conservation de la quantité de mouvement, ce que fait l’EM-Drive, est un problème sérieux qui ne peut pas être simplement négligé. Remettre en cause cette loi, et les autres lois de conservation, c’est remettre en cause les fondements de la physique. C’est balayer d’un coup l’ensemble des théories (Electromagnétisme, physique quantique, relativité, physique des particules…). C’est effacer d’un coup de gomme les Symétries qui fondent l’ensemble de nos connaissances. Il faut donc être prudent et proposer un cadre théorique qui à la fois englobe l’ensemble des modèles actuels et les dépasse. Or rien de tel à ma connaissance n’est suggéré.
  2. A ce jour, aucune expérience digne de ce nom, c’est à dire respectant les protocoles et règles de la théorie de la mesure et proposant un calcul d’incertitude solidement établi, n’a prouver que l’EM-Drive génère une poussée. Au fur et à mesure que des expériences sont menées et affinées, telles que celles conduites au NRL ou bien au sein de l’équipe de mon collègue M. Tajmar, la valeur limite déterminée diminue. Je crains que dans un futur proche l’hypothétique poussée corresponde à la limite de détection ultime et devienne ainsi bien inférieure à 1 nN pour plusieurs centaines de Watts injectés dans la cavité.

D’où mon grand scepticisme. Mais aussi une certaine tristesse car, comme je l’ai à plusieurs reprises expliqué, la loi de conservation de la quantité de mouvement n’interdit nullement les voyages interstellaires mais elle oblige à recourir à des quantités d’énergie qui sont à ce jour et encore pour des siècles hors de portée pour l’humanité. Nous sommes pour longtemps confinés dans notre système Solaire.

Dans la même lignée je recommande la lecture de l’article de l’astrophysicien Paul Sutter  » Can the EmDrive actually work for space travel?  » publié en ligne sur le site Space.Com en novembre dernier.

Voyage vers les étoiles

Pourrons-nous un jour atteindre les étoiles qui nous encerclent et qui constituent notre Galaxie ?
La Physique ne s’y oppose pas. Alors un jour peut-être. Mais pas demain, ni même après demain. Nous ne serons guère plus avancés à la fin de ce siècle. A la fin du suivant ? Je ne sais pas. Dans mille ans ? La probabilité est plus élevée mais rien n’est garanti.

Pourquoi une telle échelle de temps ? On peut être sceptique en effet à la lecture des lignes qui précèdent. Après tout, le développement technologique de l’humanité accélère, les progrès sont exponentiels, la Lune est accessible, on posera bientôt le pieds sur Mars et l’exploration des planètes géantes et de leurs satellites est au programme. Alors ?

On peut invoquer de nombreuses raisons à l’impossibilité de réaliser un voyage vers les étoiles même proches dans les décennies à venir, voire les siècles, telles que les immenses distances à parcourir, la durée, l’autonomie du vaisseau… En réalité, tout cela se résume à une quantité triviale : l’énergie. La quantité d’énergie à mettre en jeu pour un voyage interstellaire effectué sur une durée raisonnable est gigantesque. Elle dépasse de très loin ce que nous savons exploiter et maîtriser. Il faudra donc attendre que l’humanité s’étende, que ses ressources et son potentiel augmentent et qu’elle sache gérer et manipuler des montagnes d’énergie et de matière. Je rappelle ici que notre civilisation n’a pas encore atteint le type I, d’après l’échelle de Kardachev, et ne l’atteindra pas avant plusieurs siècles.

Sur ce sujet je vous conseille le documentaire de la BBC intitulé « Will our spacecraft ever reach the stars? ». Je l’ai écouté en podcast il y a quelques jours. On y parle de propulsion, dont la propulsion électrique, de cryogénisation, de manipulation de la gravité… C’est très bien fait, simple, accessible et vrai. Vous y trouverez la réponse de divers collègues et spécialistes à la question posée au début de ce billet. Pas de surprise. Leur réponse n’est pas différente de la mienne.

Propulseur MICRO R3

La startup ENPULSION, avec laquelle je collabore, vient de révéler son dernier propulseur, le MICRO R3, qui complète une gamme déjà large. Tout comme ses petits frères le MICRO R3 est un propulseur à émission de champ (FEEP en anglais) fonctionnant avec de l’indium liquide.

Le MICRO R3 est un propulseur de classe 100 W capable de délivrer une poussée de 1 mN et une impulsion spécifique de 6000 s. Les détails techniques et les caractéristiques sont disponibles ici. Le système, très compact puisque le volume total est de l’ordre de 1,5 U, développe une impulsion totale supérieure à 50 kNs, ce qui signifie que le temps de propulsion continue dépasse les 13000 h, soit 20 mois. Une tel niveau d’impulsion permet d’atteindre un increment de vitesse de plusieurs km/s pour un Cubesat de quelques kilogrammes, assez pour envisager des missions spatiales de grande envergure.

Je tiens à féliciter ici toute l’équipe d’ENPULSION pour le travail réalisé car je connais les difficultés à surmonter pour en arriver là. Je suis aussi ravi et fiers que deux de mes anciens étudiants aient participé activement à l’élaboration et à la qualification de ce nouveau produit pour la propulsion des Cubesats et des microsats. Continuez d’avancer, d’autant plus qu’il y a de sérieux concurrents derrière vous.

Je conseille à tous ceux qui désire en savoir d’avantage la lecture d’un article récemment paru dans SpaceNews qui retrace la jeune histoire d’ENPULSION et donne des informations sur l’ensemble de la gamme des propulseurs FEEP de cette entreprise.

ENPULSION avait déjà fait parler d’elle il y a quelques mois lorsqu’elle a dévoilé le premier micropropulseur à vecteur poussée orientable, le NANO AR3. L’objectif est d’accroitre la flexibilité du système propulsif et de se passer des systèmes d’orientation mécaniques. J’ai écrit deux articles sur ce sujet : Rendre les nanosatellites plus agiles (Air & Cosmos 2678 p. 18-19, mars 2020), Un moteur orientable va booster l’exploration spatiale, (Science & Vie 1233, p. 17, juin 2020).

ISCT200-Neo

Propulseur de Hall ISCT200-Neo en tir à 250 V avec du xénon.

Mon équipe vient de terminer le développement du propulseur à courant de Hall (1) ISCT200-Neo. Je suis fiers du travail accompli en seulement quelques mois. Je tiens ici à remercier sincèrement tous les membres de EP_team et à les féliciter, en particulier Théo Lejosne qui a supervisé ce projet.

Il s’agit de la nouvelle version de l’ISCT200, un propulseur de classe 200 W. L’architecture de base et la géométrie restent celles de la série ISCT200 . La chambre est en nitrure de bore et le champ magnétique est produit à l’aide d’aimants permanents. Les améliorations concernent les aspects thermique et mécanique. En outre l’anode, qui joue aussi le rôle d’injecteur de gaz, a été réalisée en impression 3D. Nous avons ainsi poursuivi l’étude sur l’I3D conduite dans le cadre de la thèse de Lou Grimaud sur les propulseurs de Hall à écrantage magnétique.

La photographie ci-dessus montre le propulseur ISCT200-Neo en tir avec du xénon dans la chambre à vide EPIC. Le propulseur opère à 250 V de tension de décharge avec une pression résiduelle de 10-4 mbar-Xe.

(1) Les désignations « propulseur de Hall » ou « propulseur à effet Hall », qui sont le plus souvent utilisées, sont en réalité incorrectes. L’appellation « à courant de Hall » est une description juste du principe de fonctionnement qui fait référence au courant électronique dans la direction azimutale créé par la dérive en champs électrique et magnétique croisés.

Ejection de matière

Le trou noir MAXI J1820+070 éjectant une goutte géante de plasma – Première observation réalisée en novembre 2018.

L’image ci-dessus révèle un jet de matière relativiste produit par le trou noir MAXI J1820+070. Elle a été obtenue par une équipe Internationale à partir d’imagerie spatiale dans le domaine radio et dans le domaine des rayons X. Quelle belle et grande découverte qui fait suite à la première photographie d’un trou noir de la galaxie Messier 87 publiée en avril 2019. Comment ne pas être fasciné et ému par la beauté et la magie de notre Univers. Par sa complexité aussi.

C’est ce genre d’images et d’observations qui m’ont fait aimer la Science et la Physique en particulier. Jeune je me régalais des articles du magazine Science & Vie puis de La Recherche en rêvant de marcher sur les traces de ces hommes et de ces femmes qui nous faisaient avancer sur le long chemin de la connaissance. J’ai en grande partie réalisé mon souhait.

Les chiffres issus de l’étude de MAXI J1820+070 sont vertigineux : une vitesse d’éjection atteignant 80 % de la vitesse de la lumière, une énergie interne de l’ordre de 6×1052 eV et une quantité de matière estimée à 2×1017 kg. Face à cette démesure il nous faut rester humble. Nous ne représentons pas grand chose pour ne pas dire rien. Un souffle de trou noir et nous disparaissons instantanément sans laisser de traces.

Les lecteurs désireux d’en apprendre d’avantage peuvent lire la pré-étude déposée sur arXiv et l’article publié dans The Astrophysical Journal Letters.

IPSA-One

Voici un article sur l’association IPSA-One écrit par le journaliste Rémy Decourt, avec qui je collabore régulièrement, et paru récemment dans la revue Futura Sciences : Aragosat-1, un CubeSat réalisé par des étudiants de l’école IPSA.

IPSA-One est une association d’étudiants de l’école d’ingénieurs IPSA située à Ivry-sur-Seine dans laquelle j’enseigne la propulsion spatiale ionique entre autres sujets depuis plusieurs années. Cette jeune association, créée en 2016 et pilotée par des étudiants très motivés qui ne comptent par les heures, a pour objectif majeur de faire voler le CubeSat 3U Aragosat-1, dont la mission est la démonstration d’un système propulsif à plasma.

Mon équipe travaille avec IPSA-One depuis sa création via une collaboration formelle CNRS-IPSA. Nous avons ainsi aidé les étudiants à définir le type de propulseur le mieux adapté à leur mission. Après de nombreuses études théoriques et pratiques, les étudiants ont finalement opté pour un propulseur radio-fréquence qu’il ont baptisé NOO. Ce dernier est actuellement en développement. Les premiers essais dans une chambre à vide devraient avoir lieu à ICARE au printemps. La route est encore longue pour les membres d’IPSA-One et nul doute qu’elle sera sinueuse. Mais quand je vois leur détermination, leur motivation, leur engagement et la passion qui les anime, je ne doute pas une seule seconde du succès de cette aventure à laquelle je suis chanceux de participer.