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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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Ice memory, conserver la mémoire des glaciers
Hier dans les Alpes, aujourd'hui dans les Andes, les scientifiques se mobilisent pour créer un patrimoine glaciaire mondial légué aux générations futures.

La science des glaces et le climat

Les glaciers représentent les seuls enregistrements naturels directs des variations des propriétés de l'atmosphère au cours du temps. La présence d'impuretés issues de cette atmosphère ancienne, telles que des poussières ou des aérosols, donne des informations sur des phénomènes géologiques, géochimiques et biologiques du passé, parfois du passé proche comme dans le cas des polluants d'origine anthropique. Grâce à l'analyse de la proportion des différents isotopes des molécules d'eau, les scientifiques peuvent estimer les températures et les conditions de précipitation lors de la formation de la glace. Les particules emprisonnées dans la glace fixent également des bactéries et des virus, dont l'évolution du génome sera sans doute étudié avec le développement de nouvelles techniques d'analyses.

Dans le cas des glaciers de montagne, la glace présente en profondeur, dans la calotte glaciaire, peut atteindre un âge de plusieurs millénaires. Ce patrimoine est précieux pour la climatologie, plus à travers la paléoclimatologie, qui accèdent à des données anciennes permettant de comprendre les changements environnementaux actuels et d'anticiper leurs évolutions. Malheureusement, l’augmentation des températures conduit au recul des glaciers, voire à leur disparition pour certains. Surtout, avec la fréquence plus élevée d'événements de température positive en haute altitude, l'eau de fonte créée peut percoler à travers les couches supérieures de neige et ainsi altérer la composition chimique des strates de glace plus basses.

La deuxième expédition du projet Ice Memory

Afin de faire face à la disparition de ces enregistrements ou à la perte de leur qualité, le projet Ice Memory vise à forer des dizaines de carottes de glace patrimoine, issues des glaciers les plus fragiles, pour les mettre à disposition de la communauté scientifique. En août 2016, une première expédition s'est déroulée au Col du Dôme, dans le massif du Mont-Blanc, un glacier culminant à 4 300 mètres et permettant de couvrir des échelles de temps de 150 ans. La deuxième expédition s'est terminée le 18 juin 2017, dans le glacier de l'Illimani, en Bolivie. À 6 300 mètres d'altitude, le projet ne pouvant s'appuyer sur l'aide des hélicoptères, le transport de l'équipement et des découpes issues du carottage est assuré par une vingtaine de guides de haute-montagne et de porteurs boliviens.

Les trois carottes de l'expédition alpine, bientôt suivies des trois carottes de l'expédition bolivienne, sont stockées dans un entrepôt frigorifique à côté de Grenoble. Une carotte de chaque lot sera analysée à l'IGE (laboratoire de l’Institut des Géosciences de l’Environnement) de Grenoble en 2019, de manière à constituer une base de données des traceurs chimiques accessibles avec les technologies actuelles. À partir de 2020, les autres seront stockées dans une cave creusée sous la neige au voisinage de la base franco-italienne Concordia, sur le haut plateau antarctique qui connaît des températures inférieures à -50°C. Entre-temps, les expéditions continueront, comme sur le glacier du Colle Gnifetti, à la frontière entre l’Italie et la Suisse, des archives permettant de remonter près de 4 000 années dans le passé.

En savoir plus

Le projet Ice Memory, sur le site de la Fondation Université Grenoble Alpes

La plate-forme et la page Facebook d'Ice Memory, pour suivre l'expédition

Projet Ice Memory : deuxième expédition sur le glacier de l'Illimani, le communiqué de presse du CNRS

Les glaces du Mont-Blanc à l'abri en Antarctique, l'article du CNRS à l'époque de le première expédition

Structure d'un glacier, sur Sciences en ligne

Arthur Jeannot
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