Space4Relaunch & l’UCLouvain

Le projet Space4Relaunch a pour but d'étudier à la fois les lanceurs spatiaux réutilisables ainsi que l'observation de la terre. Dans ces deux cas, des actionneurs sont nécessaires pendant le vol et en orbite. Ceux-ci peuvent être électromagnétiques mais peuvent aussi utiliser des valves cryogéniques.
Le poids, la géométrie et la fiabilité des pièces sont des facteurs clefs. La fabrication additive par fusion laser sur lit de poudre peut permettre de fabriquer des pièces complexes afin de réduire la masse de celles-ci.

La fabrication additive de métal est largement étudiée, mais il reste de nombreux défis afin de répondre aux critères de fiabilité. La caractérisation des pièces dans un contexte cryogénique notamment est très importante. De plus, le développement d'outil d'optimisation topologique pour déterminer la distribution de masse dans une pièce et d'en diminuer le poids tout en répondant au cahier des charges est important. Dans ce contexte, les procédés de fabrication classiques contraignent les solutions possibles. C'est une des raisons pour laquelle la fabrication additive est intéressante

Les recherches de l’équipe de Aude Simar sur cette méthode de fabrication des pièces des actionneurs visent à permettre la diminution de l'emprunte carbone des satellites à usage scientifique par la diminution de poids tout en garantissant la fiabilité des pièces imprimées en 3D. Pour ce faire, les chercheur.es s’attèle à la caractérisation des pièces imprimées en 3D dans des températures cryogéniques et à l'impression de pièces d'actionneurs électromagnétiques dont le poids est réduit grâce aux outils d'optimisation topologique.

Le milieu spatial est un environnement hostile tant pour le satellite que pour les équipements de mesure qu’il transporte. En effet, ils doivent fonctionner pendant des cycles de températures extrêmes dans un environnement irradié, tout en subissant des contraintes mécaniques provenant de la pression, de chocs et de vibrations.

Les recherches menées par l’équipe de Denis Flandre dans le cadre du projet Space4Relaunch ont deux objectifs : concevoir et fabriquer des capteurs de photons et une plateforme multi-physiques miniature, tous deux capables de résister à l’environnement spatial.

Le design des capteurs de photons a été de plus en plus miniaturisé, permettant leur intégration dans des puces, avec l’électronique nécessaire pour lire le signal produit par le capteur. Cette avancée a été réalisée avec succès ces dernières années. Toutefois, les études approfondies sur les effets des radiations sur ces capteurs et leurs circuits de lecture ne font que commencer. Il manque encore des méthodes efficaces pour les rendre résistants aux radiations.

En ce qui concerne la plateforme miniature, il existe actuellement des capteurs de plusieurs mm2, souvent déployés séparément ce qui limite le nombre de métriques qu’il est possible de monitorer sur une même surface très localisée. Grâce à un design d’une plateforme de l’ordre du mm2 il sera donc possible de monitorer plusieurs métriques en un seul point et d’optimiser la consommation des différents capteurs.

Au sein de l’équipe de recherche de Denis Flandre, deux doctorants travaillent à relever ces défis. Ils sont tous les deux orientées sur l’optimisation de capteurs pour des applications spatiales sur des satellites en orbite basse (LEO). On retrouve d’une part la conception de capteur de photons, notamment pour des caméras d’une sensibilité extrême, par exemple pour capturer des images détaillées de la Terre, ou pour détecter certaines particules radioactives provenant de l’espace. D’autre part la conception d’une plateforme miniature permettant de rassembler plusieurs capteurs nécessaires au monitoring des pièces qui composent les satellites, tels que des capteurs de déformation, de température et de radiation.

La première cause de défaillance des moteurs électriques est l’usure des roulements à billes permettant le guidage de leur partie tournante, appelée rotor, par rapport à la partie fixe, appelée stator. Cette problématique est exacerbée dans les applications spatiales par la difficulté, voire l’impossibilité de réaliser la maintenance des équipements.

La suspension magnétique se présente dès lors comme une alternative attrayante par l’absence de contact entre le stator et le rotor, menant à une durée de vie théoriquement infinie. Les machines électriques autoportantes assurent, au sein d'une même structure et donc de manière très compacte, la lévitation et l'entraînement du rotor par l’action de forces électromagnétiques.  Les implémentations entièrement passives de ces moteurs ne requièrent par ailleurs ni capteur ni électronique supplémentaires pour assurer la lévitation du rotor. Elles sont donc plus fiables, encore plus compactes et moins chères.
Cependant, l’utilisation des machines autoportantes entièrement passives est limitée par les faibles performances atteintes, tant du point de vue du guidage que de l’entraînement. Cet état de fait résulte des topologies de machines étudiées à ce jour, celles-ci ne comprenant pas d’éléments ferromagnétiques alors que ces derniers offrent un accroissement de performances important au sein de machines électriques classiques.
Les recherches de l’équipe de Bruno Dehez ont pour ambition d’améliorer significativement les performances des moteurs électriques à suspension magnétique entièrement passive, grâce à l’intégration d’éléments ferromagnétiques.
Dans un premier temps, le projet vise la conception, la modélisation et la validation expérimentale de nouvelles topologies de moteurs électriques à suspension magnétique entièrement passive intégrant des éléments ferromagnétiques statoriques. Dans un second temps, une roue de réaction pour satellite sera développée et testée sur base de ces nouvelles topologies.

Dans la chimie et la physique des atmosphères, la nucléation joue un rôle primordial. On accorde en effet de plus en plus d’importance à la réactivité unique qu’ont certains agrégats de petites tailles, composés de quelques molécules. Comme par exemple, l’interaction de l’eau et du CO2 qui est capitale dans différents procédés atmosphériques. On peut citer par exemple la formation de pluies acides, la possibilité de séquestrer du CO2 dans des clathrates ou encore la dissolution du CO2 dans les océans.

Peu de méthodes analytiques permettent de sonder ce type d’espèces moléculaires. La connaissance de la composition chimique de notre système solaire est limitée par nos capacités d’observation et par la capacité à réaliser des mesures de référence en laboratoire. Les recherches de l’équipe de Clément Lauzin a pour ambition d’avancer suivant ces deux directions dans la gamme spectrale associée aux micro-ondes.

Pour ce faire, les chercheurs construiront un spectromètre large bande (6-18 GHz) extrêmement sensible aux espèces polaires et trouveront des solutions originales dans le traitement des données obtenues. Expérimentalement, certaines parties du spectromètre seront miniaturisées pour rendre une application satellitaire possible. Les scientifiques enregistreront également des données de référence pour permettre la détection de petits agrégats d’eau et de CO2, des molécules isolées et des édifices pouvant contenir jusqu’à cinq molécules.