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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

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Nouvelle mesure de l'expansion de l'Univers
De nouvelles mesures de la vitesse d’expansion de l’Univers confirment des tensions avec le modèle cosmologique standard.

La première mesure de l’expansion de l’Univers

L’Univers est en expansion, ce qui a été théorisé par George Lemaître, puis observé par Edwin Hubble en partant de la constatation que les galaxies s’éloignent les unes des autres. Les mesures précises du fond diffus cosmologique, le premier rayonnement émis alors que l’Univers était âgé de 380 000 ans, permettent aujourd'hui de mesurer avec une grande précision la constante de Hubble.

Certaines mesures effectuées par le satellite Planck ont été affinées au fil des ans, grâce à des télescopes plus performants, des instruments plus sensibles et un plus grand nombre de galaxies étudiées. En 2015, les dernières mesures ont abouti à une valeur de 67,8 km / s / Mpc (kilomètres par seconde par mégaparsec, un parsec étant une unité de longueur équivalente à 3,26 années-lumière). Ce résultat est directement lié au modèle cosmologique standard.

Une mesure plus haute grâce à la cosmologie de précision

En utilisant le télescope spatial Hubble, l'astronome américain Adam Riess et ses collaborateurs ont de nouveau mesuré la constante de Hubble en 2016, pour trouver une valeur d’environ 73 km / s / Mpc.

Si le résultat de Planck est indirect, le résultat de l'équipe de Riess, lui, est direct, puisqu’il est fondé sur une technique de photométrie, la mesure de l'éclat des géantes rouges Céphéides et des explosions de supernovæ dans des dizaines de galaxies. Même en prenant en compte les incertitudes dues aux erreurs de mesure, qui laissent envisageables une valeur de 70 km / s / Mpc, les deux résultats ne semblent pas compatibles.

Les quasars, une approche indépendante

En 1964, Sjur Refsdal a esquissé une méthode géométrique utilisant le phénomène des lentilles gravitationnelles, dans lequel la masse des galaxies courbe l'espace-temps. L’astrophysicien norvégien a montré que la mesure des délais temporels entre les trajets suivis par les rayons de lumière émis par une source lumineuse d'arrière-plan, alors démultipliée par une galaxie située à l’avant-plan, permet le calcul de la constante de Hubble.

En 2016, après des recherches commencées en 2004, la collaboration H0LiCOW (H0 Lenses in COSMOGRAIL’s Wellspring) a publié une nouvelle mesure de la constante de Hubble, grâce à l'utilisation du phénomène de lentilles gravitationnelles. Les scientifiques ont étudié la lumière en provenance de cinq quasars, des galaxies contenant des trous noirs supermassifs, pour aboutir à une estimation de 71,9 km / s / Mpc avec une précision forte de 3,8 %.

Pour Frédéric Courbin, de l'EPFL (École Polytechnique Fédérale de Lausanne), qui participe au projet H0LiCOW : « C'est la première fois qu'une collaboration regroupe toutes les expertises nécessaires pour analyser ce type de données, qui touchent autant à l'observation qu'au traitement de signal. Un avantage important de ce travail de longue haleine, c'est que la collaboration élimine les biais dus à notre subjectivité. Les analyses aveugles permettent d'éviter de se laisser influencer par les résultats intermédiaires que gèrent les autres groupes, ce qui fournit au bout de la méthode des données solides. »

Quelles réflexions ouvrent ces tensions avec le modèle standard de la cosmologie ?

Les deux mesures astronomiques indépendantes, l'une photométrique et l'autre géométrique, sont très proches. Les mesures de Planck ne pouvant être que difficilement mises en cause, c'est donc les postulats qui ont mené à ces résultats que la physique théorique doit analyser.

Une bonne nouvelle pour les cosmologistes, puisque cette contradiction pointe sans doute vers de nouvelles constructions théoriques. Certaines hypothèses sur la géométrie de l’Univers ou la nature de l’énergie sombre pourraient être à revoir/, comme dans toute démarche de ce type. L'important reste d'étudier le taux d'expansion de l'Univers et les paramètres cosmologiques associés grâce à des études indépendantes diversifiées.

En savoir plus

Le site de la collaboration H0LiCOW, avec une vidéo d'explication du projet

 

Les communiqués de presse

Le communiqué de l’EPFL (École Polytechnique Fédérale de Lausanne)

Le communiqué de l’ESA (European Space Agency), en anglais

 

Articles publiés à partir de cette nouvelle

Nouvelle mesure de la constante de Hubble

Contradiction entre les télescopes Hubble et Planck : vers une nouvelle cosmologie ?

L’expansion cosmique, plus rapide qu’on ne le pensait ?

 

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Arthur Jeannot
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