L’UCLouvain a développé pour l’ESA les antennes qui équiperont l’instrument LaRa qui partira sur Mars en 2020 étudier l’habitabilité de la planète rouge. De l’idée à la fabrication, les antennes ont été produites en 3 mois. Une prouesse ! L’originalité du concept UCLouvain ? Des antennes produites à partir d’un seul bloc d’aluminium, pour une légèreté (132g !), une miniaturisation (de la taille d’une main) et une résistance à toutes épreuves (notamment des variations de températures de plus de 200 °C entre le jour et la nuit).
Tempêtes de poussière, rayonnement cosmique ionisant, température ultra négative la nuit,… la planète Mars n’est pas véritablement hospitalière ! C’est à ces conditions extrêmes qu’a dû s’adapter l’équipe de recherche de Christophe Craeye, professeur à l’École Polytechnique de l’UCLouvain, pour développer les antennes de l’instrument de mesure « LaRa » (Lander Radioscience) qui partira étudier Mars en 2020.
Des antennes, le laboratoire de Christophe Craeye en produit depuis plus de 15 ans, pour divers usages : radars routier, imagerie par résonance magnétique, suivi d’objets équipés de puces RFID (Radiofrequency Identification). Dans tous les cas, l’objectif est le même : récupérer à distance les données envoyées par un instrument de mesure (de la vitesse d’un véhicule, de l’intérieur du corps, de la localisation d’un objet ou d’une personne, etc.).
C’est pour cette expertise que l’Agence spatiale européenne (ESA) a contacté (via la société Antwerp Space) l’UCLouvain, dans le cadre de la mission ExoMars. L’objectif de la mission ? Étudier les rotations de la planète Mars pour en savoir plus sur la composition de son noyau et ainsi comprendre si la planète a été/sera un jour habitable. Comment ? Au moyen de l’instrument LaRa, qui communiquera par ondes radio avec la Terre. L’importance des antennes ? Elles reçoivent et émettent ces ondes radio. En mesurant l’effet Doppler, c’est-à-dire le décalage entre les fréquences des ondes émises à l’aller (Terre-Mars) et au retour (Mars-Terre), elles permettront de mieux cerner les mouvements de Mars et donc la composition de son noyau. C’est pourquoi LaRa est équipée d’antennes 100 % UCLouvain, soit une antenne réceptrice et deux antennes émettrices (1 antenne émettrice « de réserve »).
Les contraintes de production ?
- Résistance : sur Terre, l’atmosphère nous protège des rayons du soleil et limite les variations de températures entre le jour et la nuit, ce qui rend notre planète habitable. Mars n’a pas d’atmosphère. Les températures peuvent y passer de + 80 °C le jour (lorsque le soleil a une activité maximale) à – 125 °C la nuit. Sans compter les vibrations engendrées par les tempêtes de poussière.
- Légèreté et miniaturisation : l’instrument LaRa sera équipé de multiples composants, tous destinés à des usages bien précis dans le cadre de la mission de recherche ExoMars. Le poids total de LaRa est réparti entre tous les composants, qui doivent donc se faire le plus petit et le plus léger possible.
La prouesse de l’équipe UCLouvain ? De l’idée au développement concret du prototype la conception des antennes aura duré seulement 3 mois !
Les atouts de la solution UCLouvain ?
- Un procédé de fabrication innovant : les antennes, de forme inédite, sont créées par fraisage au départ d’un seul bloc d’aluminium. Pas de soudures, donc une résistance accrue aux vibrations et aux variations de températures, en plus d’une extrême légèreté. Les antennes réceptrices font maximum 132g, les antennes émettrices maximum 162 g. Et elles tiennent dans la paume d’une main. Une originalité de conception qui a séduit l’ESA.
- Une sensibilité exceptionnelle : les antennes sont capables de capter le signal radio dans toutes les directions et de le concentrer sur une zone de moins d’1 cm² située au centre de l’antenne, vers l’électronique du transpondeur. Pour un rendu maximal du signal.
La suite ? Des applications sont en cours de développement dans le domaine des communications satellite. Et de nombreuses collaborations industrielles existent, outre le spatial, dans des domaines aussi variés que l’imagerie médicale, les senseurs radio-fréquence, le radar et les télécommunications.