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Technologies de l'aérospatial

Des satellites plus petits et plus nombreux

L'arrivée de nouveaux entrants dans l'industrie spatiale et la perspective de nombreuses mises en orbite liées aux constellations de satellites stimule l'innovation et la recherche d'une baisse des coûts de lancement. Ces constellations visent à assurer une couverture Internet à toute la planète, en particulier pour les trois milliards de personnes qui n'y sont pas encore raccordées dans les pays émergents. C'est le cas des neuf cents satellites de la société Oneweb, construits par Airbus et prévus pour être lancés en 2018 en orbite basse.

La production en série s'accompagne de la tendance à rapetisser les satellites, notamment avec l'exemple des nanosatellites, qui mesurent autour d'une dizaine de centimètres cubes. Le projet QB50 consiste ainsi à mettre cinquante nanosatellites en orbite après de la station spatiale internationale, à 415 kilomètres d'altitude. Élaborés par des université, ces satellites permettent aux élèves de se former à l'ingénierie spatiale et mettent à l'épreuve de nouvelles technologies pour la communauté scientifique et industrielle.

L'une des pistes de cette recherche d'économies a été initié par SpaceX aux États-Unis, avec le développement de lanceurs réutilisables, c'est-à-dire de fusées dont certains étages pourraient revenir sur Terre une fois leur mission accomplie. Dans le cas de SpaceX, après avoir atterri sur une plate-forme autonome sur le sol ou en mer, les fusées pourront être rechargées et réutilisées pour de nouveaux décollages. Ces sujets intéressent le CNES et l'ONERA pour le successeur d'Ariane 6. Outre ce lanceur lourd, utilisé pour placer en orbite géostationnaire des satellites de plusieurs tonnes, une autre voie est le lancement aéroporté, qui vise des charges utiles de quelques centaines de kilogrammes.

De nouvelles énergies pour les satellites

Une autre tendance du secteur spatial est le passage de la propulsion chimique à la propulsion électrique, avec des recherches en cours pour miniaturiser les propulsions électriques actuelles. Les moteurs électriques ont donc longtemps été cantonnés au maintien à poste des satellites, sur leur orbite, mais ils ont également trouvé leur application pour la mise à poste. Après sa séparation d'avec le lanceur, en effet, un satellite doit passer par une orbite de transfert qui lui permet de rejoindre l'orbite géostationnaire, avec ses propres moyens de propulsion. En utilisant l'énergie produite par les panneaux solaires du satellite, la propulsion électrique aboutit à un gain de poids en faisant l'économie de lourds réservoirs de carburant. L'inconvénient lié à la propulsion électrique réside dans l'allongement de la durée de mise à poste.

C'est pourquoi il restera certainement une place pour la propulsion chimique. Le CNES (Centre national d'études spatiales), se penche ainsi avec l'Office national d'études et de recherches aérospatiale (ONERA) sur le développement d'un monergol vert pour la propulsion satellitaire. La recherche sur ce nouveau composé ouvre une alternative prometteuse à l'ergol utilisé actuellement, l'hydrazine, dont la toxicité lui fait risquer d'être rapidement bannie de l'espace. Le CNRS et l'ONERA, travaillent à synthétiser cette nouvelle molécule, avec l'enjeu de choisir des matériaux qui résisteront aux hautes températures. L'objectif est de développer ensuite un moteur et de montrant que la propulsion fournit une poussée conséquente, ce qui permettra d'envisager un développement de la technologie et de proposer par la suite un démonstrateur.

L'imagerie satellitaire au service de l'environnement

En plus de l'internet satellitaire et de l'étude directe de l'atmosphère, les satellites permettent l'observation de notre planète depuis l'espace, le meilleur point de vue permettant de comprendre les changements complexes qui l'affectent. Par exemple, les satellites de la série Sentinel, du programme Copernicus, fournissent des informations sur le sol, les océans, l'atmosphère, l'environnement, la sécurité et le changement climatique. En plus d'études scientifiques sur le long terme, les satellites participant à Charte internationale « Espace et catastrophes majeures » peuvent traiter des situations d'urgence comme une éruption volcanique, un feux de forêt ou une catastrophe industrielle, en fournissant rapidement des images et des cartes.

L'imagerie hyper-spectrale peut être utilisée sur des plate-formes terrestres, spatiales ou aéroportées. Elle aide à détecter des objets dans des images grâce à leurs propriétés spectrales, ou à analyser la composition et l'état chimique de matériaux de surface, y compris l'état hydrique des végétaux. C'est le cas du démonstrateur technologique aéroporté Sysiphe de l'ONERA, qui peut acquérir des images d'une résolution de 50 centimètres dans plus de 600 bandes spectrales, allant du visible à l’infrarouge lointain. De telles technologies permettent d'étudier la biodiversité végétale, par exemple pour mettre en place à l'échelle mondiale un véritable bilan de la biodiversité, ou de caractériser les fonds marins en bord de côte.

Croiser les données permet de faire d'autres types de déductions. L'Institut de recherche technologique Saint-Exupéry présente au Salon du Bourget un « Google Earth intelligent ». Les systèmes d'observation développés combinent les bases de données et l'intelligence artificielle, en dotant les satellites d'un système d'apprentissage et d'intelligence collective qui leur permettra d'acquérir jusqu'à 30% d'images supplémentaires et d'améliorer la réactivité aux requêtes humaines, de 1 heure aujourd'hui à 5 minutes. Il s'agit d'anticiper la vague de données qui sera issue de la mise en service, dans les années à venir, de milliers de satellites formant des constellations en orbite basse.

En savoir plus

SpaceX réussit l'atterrissage de son lanceur, sur Sciences en ligne

Les satellites SPOT face aux catastrophes, sur Sciences en ligne

Ariane 6 : la riposte européenne, sur Sciences en ligne

Sentinel-2B, sur Sciences en ligne

L'évolution énergétique des aéronefs, sur Explorathèque

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X-CubeSat, un projet pour promouvoir le spatial, sur Explorathèque

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Lutte contre le sida : de nouveaux espoirs ?
De nouvelles études dans le domaine de l'immunologie pourraient ouvrir des pistes prometteuses pour le traitement du SIDA qui touche près de 37 millions de personnes dans le monde.

image : Les cellules T qui reconnaissent les antigènes à l'aide des récepteurs T (TCR), se multiplient et activent leurs fonctions antivirales (source : Lisa Chakrabarti )

Selon Françoise Barré-Sinoussi, prix Nobel de médecine pour sa découverte du VIH-1, le virus à l’origine du SIDA, les recherches les plus concluantes pour le traitement du SIDA suivent quatre pistes : la vaccination thérapeutique, les LRA (pour Latency Reversing Agents, agents d’inversion de la latence), la thérapie génique et l’immunothérapie. Cette dernière piste fait l’objet de nombreuses études à l’institut Pasteur qui ont récemment conduit à deux résultats encourageants.

Des anticorps pour stopper la réplication du virus

Les anticorps dits « neutralisants à large spectre » (bNAbs) ont été identifiés chez une minorité de patients. Ils sont néanmoins remarquables pour leur capacité à bloquer l'infection et la réplication de nombreuses souches de VIH-1, en neutralisant la propagation du virus, notamment la transmission de cellule à cellule. Les récents travaux menés par les équipes d'Olivier Schwartz (Institut Pasteur), Hugo Mouquet (Institut Pasteur) et Olivier Lambotte (Hôpital Kremlin-Bicêtre) montrent que certains de ces bNAbs sont même capables de reconnaître directement les cellules infectées, et de donner un signal aux cellules immunitaires appelées Natural Killer (NK) pour les détruire. Les bNAbs reconnaissent certaines parties de l’enveloppe virale exposées à la surface de la cellule infectée. Cette enveloppe varie en fonction des souches du VIH-1, rendant difficile leur reconnaissance par un anticorps unique, mais la combinaison de différents bNAbs augmente leur efficacité pour activer les cellules NK et permettre la destruction des cellules infectées. Les bNAbs reconnaissent également les cellules infectées par le VIH-1 provenant des "réservoirs viraux" des patients, des cellules dans lesquelles le virus persiste à bas bruit dans le corps, ce qui entraîne leur élimination. La manière dont ces anticorps bNAbs reconnaissent l'enveloppe virale donne des informations précieuses aux chercheurs pour la conception de potentielles thérapies à base d'anticorps de type bNAbs.

Des patients naturellement résistants au VIH

Parmi les patients infectés par le VIH, un petit nombre, moins de 0,5%, est capable de contrôler spontanément la multiplication du virus et ne développe pas la maladie, grâce à une réponse immunitaire très efficace. Ces patients, appelés Contrôleurs du VIH et étudiés par les équipes de Lisa Chakrabarti et d’Olivier Lambotte, gardent une population de lymphocytes T CD4+ auxiliaires fonctionnels, lorsque, chez les autres patients, ces cellules sont soit détruites soit peu actives. Les lymphocytes T CD4+ des Contrôleurs du VIH sont capables de reconnaître des quantités minimes de virus et de produire une forte réaction immunitaire anti-virale en émettant de nombreuses cytokines. Les chercheurs ont remarqué que ces patients partagent fréquemment les mêmes séquences génétiques pour exprimer les récepteurs T (TCRs) particuliers aux cellules T CD4+ qui ciblent une région conservée de la capside du VIH. Le transfert de ces TCRs à des cellules saines leur confère les mêmes propriétés que celles des cellules T CD4+ des Contrôleurs, ce qui ouvre une voie prometteuse pour des stratégies immunothérapeutiques chez les patients ayant progressé vers la maladie.


Pour en savoir plus :

Les « anticorps neutralisants à large spectre » : site de l’institut pasteur, article universitaire en anglais

La résistance naturelle des lymphocytes T chez certaines patients : site de l’institut pasteur, article universitaire en anglais

Pauline Armary
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