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Prototypes, recherche, innovation

Une démarche collaborative

Dans le domaine de la recherche, la réalisation des expériences scientifiques requiert souvent de nouveaux instruments, plus perfectionnés, plus sensibles, plus puissants ou tout simplement adaptés à des conditions expérimentales particulières. Ces prototypes de laboratoire sont le fruit ...

Quarks : une combinaison à quatre

Par Ranjithsiji — Travail personnel CC BY-SA 4.0

Le légo des quarks

Contrairement au proton et au neutron, les quarks sont des particules élémentaires, c’est-à-dire des particules qui ne sont pas elles-mêmes constituées d'autres « briques ». L’électron est élémentaire aussi, comme ...

La foudre bat des records

CC BY SA André Karwath aka Aka

Les éclairs et la foudre sont parmi les phénomènes naturels les plus spectaculaires. On estime que chaque seconde l’atmosphère terrestre est traversée par une cinquantaine de ces décharges électriques. En effet, ...

Un moteur moléculaire à effet tunnel

Credit: Empa
Un moteur quantique
Comme d’autres moteurs moléculaires de cette échelle, le fonctionnement de ce nanomoteur conçu à l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), met en jeu la mécanique quantique. Mais l’originalité de ce nouveau moteur réside dans le fait que la cause-même ...

Photo-ionisation

A photo of the COLTRIMS reaction microscope built by Alexander Hartung as part of his doctoral research in the experiment hall of the Faculty of Physics. Credit: Alexander Hartung.

La quantité de mouvement de la lumière

Bien que de masse nulle, la lumière possède une quantité de mouvement ...

Vers de nouvelles technologies de chargeurs

Image Vedecom - DR

Des composants indispensables

De nombreux appareils électriques fonctionnant sur piles ont besoin d’être chargés régulièrement. On emploie donc des accumulateurs électrochimiques. Ces derniers sont rechargeables un très grand nombre de fois, contrairement aux piles. Téléphones ...

Un micro-accélérateur de particules

Vue du tunnel du LHC - Auteur : Maximilien Brice, CERN

Des ondes électromagnétiques pour accélérer les particules

Les physiciens de l’infiniment petit emploient des accélérateurs pour communiquer aux particules de très grandes vitesses afin de produire des collisions énergétiques. Au CERN par exemple, grâce à l’accélérateur LHC (le plus puissant du monde) qui fait 27 km de circonférence, les protons se percutent avec une vitesse égale à 99,999999 % de la vitesse de la lumière. En réalité, les protons sont pré-accélérés dans d’autres machines plus petites avant de pénétrer dans le LHC et subir leur accélération ultime. Par ailleurs, pour diverses applications, notamment médicales, des accélérateurs de particules plus modestes sont également nécessaires pour produire certains rayonnements employés en radiothérapie.

Les particules sont accélérées à l’aide de champs électromagnétiques, un peu comme des surfeurs avançant sur leurs vagues. L’énergie des particules augmente grâce aux ondes électromagnétiques qui leur en fournissent. Souvent, ce sont des microondes qui sont employées. Or, l’énergie du photon associé à l’onde est proportionnelle à la fréquence ou - ce qui revient au même - inversement proportionnelle à la longueur d’onde.

Ondes plus courtes, accélérateurs plus petits

L’idée que des chercheurs de l’université de Stanford aux Etats-Unis ont poursuivie consiste justement à accélérer des électrons avec des impulsions lasers infrarouges dont la longueur d’onde est de l’ordre de 1000 à 100 000 fois plus courte que les microondes. Cela signifie aussi des dimensions autant de fois plus petites. La taille d’un accélérateur comme le LHC devrait donc pouvoir être réduite à quelques dizaines de mètres, voire à moins d’un mètre. Pour le moment, les physiciens sont parvenus à accélérer des électrons à 1 keV (mille électronvolts) sur une distance de 25 micromètres. En effet, le « tube » de l’accélérateur a été dessiné sur une puce en silicium de 25 micromètres de long : il s’agit d’un sillon de 0,25 micromètre de large. C’est dans ce sillon que les électrons ont été accélérés à mille volts, grâce à 100 000 impulsions lasers par seconde traversant le sillon perpendiculairement. Afin que l’énergie des électrons atteigne 1 MeV soit 94% de la vitesse de la lumière, il faudrait mille tubes de ce type, soit une longueur de 25 mm. Compte tenu de l’exploit réalisé, les accélérateurs ultra-miniaturisés devraient voir le jour prochainement.

En savoir plus 
Sur l'utilisation des lasers pour accélérer les particules
https://home.cern/fr/news/news/physics/nobel-work-shines-light-particle-physics

Publié le 20/05/2020
 

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Ariane 6 : la riposte européenne
Face à l'apparition de nouveaux concurrents sur le marché de la mise en orbite, l'Europe se mobilise pour garder sa position de chef de file.

La fin du monopole

Depuis les années 1990, Arianespace s’est largement imposée comme leader mondial du marché du lancement des satellites. En effet, sa gamme de lanceurs : Ariane, Véga et Soyouz est capable de mettre en orbite tout type de charges utiles (lourdes, moyennes, et petites), à des niveaux de performance inégalés.  Début 2016, Ariane 5 compte à elle seule 70 lancements réussis à la file.

Cependant, en 2013, un tout nouveau concurrent a fait son entrée dans la conquête spatiale : le lanceur américain Falcon 9, développé par la société Space X du milliardaire Elon Musk. Son principal atout : un prix  très compétitif.  Depuis son premier vol inaugural en 2010, Falcon a effectué 14 lancements. Ses principaux clients sont la NASA et ASIASAT. En outre, Falcon-9 a été au centre d’une collaboration americano-européenne pour le lancement de la mission Jason-3.

Face à cette concurrence, l'Europe a dû réviser ses plans. Au lieu d'une évolution programmée : Ariane 5 ME (Mid-Life-Evolution), conçue pour augmenter la performance du lanceur européen,  l’Europe booste son programme. Fin 2014, les autorités spatiales européennes annoncent le démarrage du programme Ariane 6.

Retour sur la montée en puissance d'Ariane

Au fil des années, grâce à de nouveaux moteurs et un nouvel étage supérieur, Ariane 5 a pu s’adapter à une grande diversité de charges utiles et répondre, notamment, à l’augmentation de la masse des satellites de télécommunications. La capacité de mise en orbite géostationnaire est ainsi passée 6,9 tonnes pour la première version d’Ariane 5 à 9,4 tonnes avec Ariane 5 ECA. Pour ravitailler la Station Spatiale Internationale (ISS),  Ariane 5 ES ATV (Automated Transfer Vehicle) peut transporter jusqu’à 21 tonnes de chargement en orbite basse (300 km).  Cependant, ces performances ne suffisent plus à l’Europe pour maintenir son monopole.

La concurrence

Le Falcon 9, lanceur de charges moyennes, est le concurrent direct de Vega. Il a la capacité de placer une charge utile de 13,15 tonnes en orbite basse ou de 4,8 tonnes en orbite de transfert géostationnaire, la plus utilisée pour les satellites. Pour consolider sa position, Space X mise sur l'innovation et en particulier sur un lanceur réutilisable, synonyme d'économies substantielles. Ainsi, le 22 décembre 2015, le premier étage d'une fusée Falcon 9 s’est posé avec succès sur terre, à Cap Canaveral, après avoir mis en orbite 11 satellites de communication. Cet atterrissage marquait l’entrée de Space X dans une course ouverte par la société New Origin, avec à sa tête Jeff Bezos, le fondateur d'Amazon.

Cependant, Space X ne compte pas en rester là.  En effet, la société projette d'inaugurer cette année Falcon Heavy, son nouveau lanceur qui pourra mettre en orbite basse des satellites de 53 tonnes, et des satellites de 21,2 tonnes en orbite géostationnaire.  Cela lui permettrait d’entrer dans la course au lanceur de charge lourde et ainsi, de concurrencer Ariane 5.

La riposte de l'Europe

Que promet Ariane 6 ? Prévue pour être opérationnelle dès 2020, elle se déclinera en deux versions : Ariane 62 et Ariane 64. Avec des charges utiles respectivement de 5 et 10 tonnes, elle sera à même de répondre aux attentes du marché des lancements de satellites en orbite géostationnaire. Elle pourra effectuer 11 lancements par an, s’adapter à différentes contraintes de lancement, et effectuer, tout comme Ariane 5, des lancements doubles.

Mais la riposte de l’Europe ne s’arrête pas là. En effet, en parallèle d’Ariane 6, elle a lancé le développement de Véga C, prévu pour 2018. Ce lanceur, qui permettra le transport de petites charges, complétera la gamme des lanceurs européens, sans oublier Soyouz pour les charges moyennes. Ils seront ainsi en mesure d’apporter des solutions compétitives à la fois au marché institutionnel européen et au marché commercial mondial.

Pour en savoir plus :

La rédaction de Sciences en Ligne
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