Générateur radioisotope

Un générateur thermoélectrique à radioisotope (RTG en anglais, pour Radioisotope Thermoelectric Generator ; en français : GTR) est un générateur électrique nucléaire de conception simple, produisant de l'électricité à partir de la chaleur résultant de la désintégration radioactive de matériaux riches en un ou plusieurs radioisotopes, typiquement du plutonium 238 sous forme de dioxyde de plutonium 238PuO2. Aujourd'hui, la chaleur est convertie en électricité par effet Seebeck à travers des couples thermoélectriques : les générateurs produits au siècle dernier utilisaient typiquement des matériaux silicium-germanium, ceux produits actuellement mettent en œuvre plutôt des jonctions PbTe/TAGS, avec une efficacité énergétique n'atteignant jamais 10 %. Pour améliorer ces performances, les recherches actuelles s'orientent vers des convertisseurs thermoïoniques et des générateurs Stirling à radioisotope, susceptibles de multiplier le rendement global par quatre.

De tels générateurs sont mis en œuvre en astronautique pour l'alimentation électrique des sondes spatiales, et plus généralement pour alimenter en électricité des équipements requérant une source d'énergie stable et fiable capable de fonctionner de façon continue sur plusieurs années sans maintenance directe — typiquement pour des applications militaires, sous-marines, ou en milieu inaccessible ; on avait ainsi conçu des générateurs miniatures pour stimulateurs cardiaques au 238Pu, aujourd'hui remplacés par des technologies plus « vertes » reposant sur des batteries lithium-ion, et de tels générateurs de conception plus simple fonctionnant au strontium 90 ont été utilisés par le passé pour l'éclairage de certains phares isolés sur les côtes de l'URSS.

Aurores

Bien qu'observées scientifiquement depuis plus d'un siècle, les aurores ne livrent leurs secrets qu'avec parcimonie. La polarisation de leur lumière n'a été confirmée que récemment et ce sont les cinq satellites de la mission Themis qui ont permis de comprendre ce qui faisait danser les aurores.

Lorsque le vent solaire formé de particules électriquement chargées atteint les lignes parallèles du champ magnétique terrestre, elles les déforment et les brisent. La reconnexion de ces cordes magnétiques provoque l'éjection de particules énergétiques qui ionisent les atomes présents dans la haute atmosphère, principalement des atomes d'oxygène. Ce sont eux qui donnent la couleur verte aux aurores

Moteur ionique

Un moteur ionique est un moteur qui produit sa force de propulsion en projetant des ions à très haute vitesse. Son principe a déjà été pensé au début du xxe siècle et il est employé au début du xxie siècle pour le vol spatial.

Fonctionnement du moteur ionique

Dans un moteur ionique, le carburant n’est pas brûlé mais ionisé. Les ions alors libérés passent par deux grilles fortement chargées électriquement et subissent ainsi une accélération. La force d’accélération des ions cause une force de réaction de sens opposé : c’est la force de propulsion du moteur à ions.
Les ions récupèrent leurs électrons juste avant de sortir du moteur, afin de maintenir la neutralité électrique du véhicule et du carburant éjecté.
C’est le xénon (un gaz noble) qui est utilisé comme « carburant ». Par le passé, le sodium et le mercure ont été testés, mais ces matières érodent le moteur[réf. nécessaire].
L’énergie électrique nécessaire pour l’ionisation du carburant et l’accélération des ions libérés est obtenue grâce à des panneaux solaires. Dans le futur, on utilisera sans doute également des réacteurs nucléaires pour fournir cette énergie[réf. nécessaire].

Comparaison avec les moteurs fusée conventionnels

Avec les moteurs conventionnels, il faut embarquer la masse à éjecter et l’énergie pour l’éjecter. Alors qu’avec les moteurs ioniques, seule la masse à éjecter est embarquée, l’énergie de l’éjection peut être prise sur place avec des panneaux solaires ou provenir d’un générateur thermoélectrique à radioisotope.

Les moteurs fusée conventionnels fournissent en peu de temps une accélération importante mais utilisent pour cela de grandes quantités de carburant. La réserve de carburant elle-même doit être propulsée tout autant que le véhicule spatial. Les moteurs fusée doivent pouvoir supporter des contraintes énormes (pression, températures), ce qui les rend lourds, et ils doivent eux-mêmes être propulsés. En conséquence, le véhicule spatial doit emmener avec lui encore plus de carburant.
Les moteurs ioniques, qui produisent une force de propulsion faible mais sur une très longue durée, sont particulièrement économes. Ils produisent, par kilogramme de carburant embarqué, une quantité de travail très supérieur à celui des moteurs fusée conventionnels. Ils peuvent donc, après un temps certes non négligeable, conférer la même vitesse au véhicule spatial au prix d'une consommation de carburant bien moindre. Ce véhicule peut alors emporter moins de carburant. Les moteurs ioniques sont également beaucoup plus légers (une dizaine de Kg), permettant ainsi une économie supplémentaire de carburant.

Applications

Les moteurs ioniques, de par leur faible poussée, ne conviennent pas pour le lancement de véhicules spatiaux. Pour cela, les moteurs fusée conventionnels sont encore nécessaires. Mais, en principe, dès que le véhicule spatial a atteint l’espace, le moteur ionique peut prendre le relais.
Le moteur ionique peut fonctionner très longtemps sans s’arrêter, si nécessaire durant des années. Avec son aide, des destinations extrêmement lointaines, comme Jupiter, peuvent être atteintes bien plus rapidement.

Premier test en 1998
Le moteur ionique a été testé de façon approfondie pour la première fois par le véhicule spatial non-habité Deep Space 1. Ce dernier a été lancé par la NASA le 24 octobre 1998. Il avait pour but premier de tester un certain nombre de nouvelles techniques astronautiques, dont le moteur ionique.
À la fin de la mission, la vitesse de Deep Space 1 avait augmenté, grâce au moteur ionique, de 4,5 km/s, après l’usage de seulement 81,5 kilogrammes de carburant. Avec un moteur conventionnel et en utilisant autant de combustible, le véhicule aurait subi à peine un dixième de cette accélération.

Satellites
Les satellites de télécommunication suivants sont munis de propulseurs à ions :
Astra 2A construit par Boeing
Inmarsat 4 et Intelsat X-02 construits par Astrium.
Les forces d’attraction variables de la Lune et du Soleil impliquent d'effectuer régulièrement des corrections de trajectoire afin de maintenir ce type de satellite sur la bonne orbite. La quantité de carburant qui peut être emportée est limitée, mais du fait que les moteurs ioniques sont très économes, la durée de la mission pourra ainsi être augmentée.
Le satellite Artémis (Advanced Relay and Technology Mission Satellite) a été sauvé d'un mauvais lancement (échec partiel d'Ariane 5, le 12 juillet 2001, qui l'avait placé sur une orbite plus de deux fois inférieure à celle prévue, 17 000 km d'altitude à l'apogée au lieu de 36 000). Propulsé par ses moteurs ioniques qui n'avaient pourtant pas été conçus à cette fin, car destinés à de simples corrections d'orbite une fois à l'altitude et à la position voulues, il a rejoint l'altitude souhaitée au bout de 18 mois.

Sondes spatiales
La sonde spatiale SMART-1 (367 kg, dont 52 kg de Xénon à éjecter) de l’Agence spatiale européenne (ESA) avait aussi un moteur ionique. Lancée le 28 septembre 2003 sur une orbite géostationnaire (36 000 km), elle a effectué des orbites terrestres de plus en plus hautes, puis le 15 novembre 2004, sa première orbite autour de la Lune. Pour rejoindre la Lune distante seulement de 385 000 km, elle a parcouru 100 millions de kilomètres en ne consommant que 60 litres de carburant grâce à son moteur remarquablement performant2. Pendant près de deux ans elle effectua de nombreuses orbites lunaires, puis comme prévu s'est écrasée sur la Lune le 3 septembre 2006. Cette sonde met beaucoup plus de temps qu’un véhicule spatial muni d’un moteur conventionnel (chimique), mais elle est beaucoup plus économe et coûte donc beaucoup moins, car la charge à mettre en orbite est considérablement réduite.
La sonde spatiale japonaise Hayabusa, lancée le 9 mai 2003, est dotée d’un moteur ionique. C’est la première à avoir (presque) réussi à se poser sur l’astéroïde Itokawa le 19 novembre 2005. Sa propulsion ionique lui a permis de revenir sur Terre le Dimanche 13 juin 2010 à 13 h 51 TU (15 h 51 en heure française) avec peut-être des échantillons de l’astéroïde, après avoir parcouru environ 300 millions de kilomètres et plus de 31 000 heures cumulées de fonctionnement.
Vols futurs spatiaux, à très grande distance du soleil[modifier]

La NASA travaille au développement d’un moteur ionique qui sera alimenté en énergie grâce à un réacteur nucléaire. Cela rendrait l’utilisation du moteur ionique possible pour les vols spatiaux à très grande distance du Soleil, là où des panneaux photovoltaïques ne peuvent plus fournir assez d’énergie.

Moteurs à réaction

Les moteurs-fusées sont des moteurs à réaction utilisés sur les fusées ; presque tous sont prévus pour fonctionner aussi bien hors de l'atmosphère terrestre qu'au niveau du sol ou de la mer. Pour ce faire, ils embarquent leur comburant en plus de leur carburant.
Il existe deux grandes catégories de moteurs-fusées :
moteurs-fusées à ergols solides;
moteurs-fusées à ergols liquides.

Histoire

Si le principe de propulsion par transformation d'énergie chimique en énergie cinétique est connu depuis l'Antiquité et les pièces d'artifice propulsées par poudre à canon depuis le IXème siècle av. J.C., les moteurs à ergols liquides ne sont connus que depuis la fin du XIXème siècle. Ce n'est que dans les années qui suivirent la Seconde Guerre mondiale que les moteurs à poudre et à ergols liquides prirent leur énorme importance, pour la propulsion de missiles et de fusées spatiales. Depuis, on n'a cessé de les perfectionner et aujourd'hui leur emploi reste primordial pour la propulsion spatiale. Afin de pallier leur défauts, on recherche actuellement des solutions alternatives, par exemple pour la propulsion de sondes spatiales ou l'accélération atmosphérique par d'autres moteurs, plus ou moins proches : superstato, moteur ionique ou VASIMR.
Principe de fonctionnement

Article détaillé : Propulsion à réaction.
Le moteur-fusée est le type de moteur au principe de fonctionnement le plus simple : deux ergols brûlent dans une chambre de combustion, sont accélérés par une tuyère de Laval et sont éjectés à grande vitesse par une tuyère.
Plusieurs caractéristiques s'appliquent aux moteurs-fusées :
L'Impulsion spécifique, exprimée en seconde, mesure combien de secondes un kilogramme d'ergol fournit une poussée de un kilogramme-force, soit 9,80665 Newton. Plus elle est élevée, meilleur est le rendement massique du système, en termes de force exercée ; attention cependant, ce qui compte en réalité n'est pas cette force, mais la quantité de mouvement transmise au véhicule, de sorte que l'optimum énergétique ne s'obtient pas en maximisant l'impulsion spécifique.


Moteur à ergols solides

Propulseur à propergol solide.

Il s'agit du modèle le plus simple et nécessitant très peu de moyens et de soins, les ergols solides pouvant être entreposés plusieurs années, faciles à transporter et peu chers. Pour toutes ces raisons, on le retrouve dans la plupart des missiles tactiques et balistiques et dans les propulseurs d'appoint. On utilise le terme de propergol pour désigner un mélange oxydant/réducteur autonome de ce type de moteur. La combustion se déroule idéalement en couches parallèles. La géométrie initiale du bloc de propergol fixe alors la loi d'évolution de surface du bloc, donc sa loi de débit et de poussée. Les géométries les plus courantes sont :
à combustion frontale : le bloc brule "en cigarette", c’est-à-dire avec une surface de combustion faible en regard du volume mais constante ;
avec un canal : un canal est pratiqué dans l'axe du bloc et la combustion évolue radialement. Le canal peut être axisymétrique ou présenter un motif particulier, en étoile, en U ou rond.

Les propergols les plus courants sont:
poudre noire, très souvent utilisée dans la construction amateur.
Monergol à base de nitrocellulose, amélioré par l'ajout d'aluminium.
Nitrate d'ammonium, souvent mélangé avec de la poudre d'aluminium.
Perchlorate d'ammonium
Zinc-Soufre
D'autres combinaisons peuvent être réalisées, dans la plupart des cas, avec un ou plusieurs des éléments cités ci-dessus.
Pour donner un exemple de la complexité réelle (au-delà des informations de base données plus haut), dans le cas, très médiatisé, des propulseurs d'appoint de la navette spatiale américaine, la mixture d'ergol dans chaque moteur de propulseur consiste en (% massiques) :
69,6 % de perchlorate d'ammonium - le comburant / oxydant
16 % d'aluminium - le carburant
12,04 % de polymère qui permet de lier les deux composants
1,96 % d'un agent de nettoyage époxy
0,4 % d'oxyde de fer - catalyseur
Moteur à ergols liquides[modifier]

Moteur-fusée à ergols liquides.

Ces moteurs utilisent des ergols stockés dans des réservoirs séparés, qui sont injectés dans une chambre de combustion puis éjectés par la tuyère, générant la poussée. Beaucoup plus performants que les modèles à ergols solides, ils sont néanmoins complexes à concevoir, à fabriquer et à utiliser. À l'heure actuelle, pratiquement tous les moteurs de fusées et de vaisseaux habités sont de ce type. Un autre avantage des moteurs à ergols liquides est leur facilité de contrôle de la combustion, en effet, on peut régler la poussée et les éteindre et rallumer plusieurs fois de suite. Cette dernière caractéristique les rend très utiles pour les moteurs vernier.


Schéma de fonctionnement d'un moteur-fusée à ergols liquides classique.
Exemples : Soyouz, booster d'Energia.
Les principaux couples d'ergols sont :
acide nitrique-kérosène
hydrogène liquide-oxygène liquide (LOX)
LOX-kérosène
peroxyde d'hydrogène
oxygène-hydrazine
peroxyde d'azote-kérosène
peroxyde d'azote-hydrazine
peroxyde d'azote-1,1-diméthylhydrazine
Le refroidissement du moteur peut se faire de trois manières : soit par circulation d'un ergol (généralement le carburant) autour du moteur (premiers modèles), soit par pulvérisation interne du comburant sur la paroi (moteurs de dimensions réduites), soit en utilisant ces deux possibilités (moteurs principaux). Souvent, ces moteurs utilisent des ergols cryogéniques, liquides, stockés à très basses températures. Le seul couple d'ergols de ce type utilisé en situation réelle est Oxygène liquide (LOX)/ Hydrogène liquide (LH2).
Chambre de combustion[modifier]
La chambre de combustion est la partie où les ergols sont injectés et brulés. C'est également là que le refroidissement interne est réalisé. Ses dimensions dépendent du couple d'ergols et du type d'injecteurs.
Tuyère de Laval[modifier]
La tuyère de Laval est la partie située entre la chambre de combustion et la tuyère. Elle sert à accélérer les gaz jusqu'à la vitesse du son.
Article détaillé : tuyère de Laval.

Tuyère

La tuyère est la partie où les gaz accélèrent et sortent du moteur. Sa forme caractéristique est due au besoin d'adapter la pression du flux de sortie à la pression ambiante, pour de raisons de stabilité de combustion et de poussée. Cependant, en gagnant de l'altitude, le diamètre de sortie devrait s'élargir, ce qui est difficile à faire avec une configuration classique. Pour contrer ce problème, un nouveau type de tuyère est développée : la tuyère à compensation d'altitude, ou « aerospike ». Ce genre de tuyère a la particularité de laisser un large espace aux gaz, leur permettant de 'coller' aux changements de pression.

Tuyère de type 'aerospike' à compensation d'altitude. Les gaz collent à la paroi et peuvent se dilater sans problème.

Propergol liquide

Propergol liquide

En astronautique, on appelle propergol liquide tout système chimique composé d'un ou plusieurs ergols stockés à l'état liquide pour produire, par décomposition ou par combustion, un mélange gazeux dont la détente à travers une tuyère fournit une force de poussée. De tels propergols ne permettent pas d'atteindre des vitesses très élevées mais offrent une poussée suffisante pendant le temps nécessaire pour s'affranchir de la pesanteur et placer des charges utiles en orbite. Ils sont donc couramment utilisés pour fournir l'impulsion nécessaire au décollage des lanceurs et pour les manœuvrer dans l'espace.

Aujourd'hui
On a coutume de distinguer formellement trois types de propergols liquides selon le nombre d'ergols qui les constituent
>les monergols (ou monoergols), qui ne sont composés que d'un seul ergol
>les diergols (ou biergols), qui sont composés de deux ergols
>les triergols, qui sont composés de trois ergols
Cette nomenclature est en fait assez artificielle car la différence fondamentale réside entre les monergols et les autres propergols liquides :
les monergols fonctionnent sur la base d'une décomposition exothermique catalysée
les autres propergols reposent sur la combustion d'un ou plusieurs carburants dans un ou plusieurs comburants

Hydrazine
L'hydrazine N2H4 est le monergol le plus couramment employé, notamment dans les phases finales de descente des sondes spatiales avant atterrissage sur leur cible : ce fut le cas des landers du programme Viking ainsi que de la mission Phoenix, arrivée sur Mars le 25/05/2008. La sonde Mars Reconnaissance Orbiter a été mise en orbite avec un réservoir de plus d'une tonne d'hydrazine pour stabiliser sa trajectoire autour de Mars. L'hydrazine se décompose de façon très exothermique sur catalyseur métallique d'iridium sur alumine Al2O3 ou nanofibres de carbone1 ou, plus récemment, du nitrure de molybdène sur l'alumine2, qui catalysent les réactions :
3 N2H4 → 4 NH3 + N2
N2H4 → N2 + 2 H2
4 NH3 + N2H4 → 3 N2 + 8 H2
Ces réactions dégagent suffisamment d'énergie pour conduire la chambre de combustion à 800 °C en une milliseconde1 avec un très bon rendement2, d'où une impulsion spécifique dans le vide d'environ 220 s3.

Propergols stockables
Le développement des technologies à propergols stockables a été mené dans un but largement militaire, essentiellement afin de mettre à disposition des arsenaux une batterie de missiles prêts à être tirés dans les délais les plus brefs sur la période de temps la plus longue possible à partir d'installations aussi réduites que possible. La plupart des lanceurs russes et américains à propergols stockables sont ainsi dérivés de missiles ballistiques intercontinentaux.



Le mélange 50 % hydrazine H2N-NH2 + 50 % UDMH H2N-N(CH3)2 est appelé aérozine 50. C'est un combustible développé aux États-Unis dans les années 1950 au départ pour équiper les missiles Titan II, à l'origine de lanceurs à la suite desquels ce carburant a été très employé dans l'astronautique ; il fut notamment à l'honneur dans la mission Apollo 11 pour avoir assuré l'atterrissage puis le décollage du LEM. L'aérozine 50 est un peu moins dense que l'hydrazine pure et a un point d'ébullition un peu moins élevé, mais offre une stabilité et un temps de réponse optimisés avec le NTO (peroxyde d'azote N2O4).

La France avait opté dès les années 1960 pour une propulsion NTO / UDMH avec les fusées Diamant, à l'origine du programme Ariane : lancées depuis Hammaguir (Algérie) jusqu'en 1967, puis à partir du Centre spatial guyanais de Kourou à partir de 1970, les fusées Diamant ont connu trois échecs et neuf succès, dont la mise en orbite du satellite Astérix en 1965 ainsi que de Castor et Pollux en 1975. Afin d'assurer la propulsion du lanceur Ariane 1, le programme Ariane avait opté, dans la continuité des fusées Diamant, pour une propulsion à l'UDMH pure, qui fut en partie à l'origine de l'échec du second lancement de la fusée, en 1980. Après cela, les lanceurs Ariane 2 à Ariane 4 fonctionnèrent avec de l'UH 25, un mélange 75 % UDMH H2N-N(CH3)2 + 25 % hydrate d'hydrazine H2N-NH2•H2O, Ariane 4 devenant l'un des lanceurs les plus fiables au monde, avec un taux de succès de plus de 97 %.
Plus récemment, la MMH H2N-NHCH3 s'est imposée face aux diverses combinaisons d'hydrazine et d'UDMH pour le fonctionnement dans l'espace ; elle est notamment employée dans le système de manœuvre orbital (OMS) de la navette spatiale de la NASA ainsi que dans l'étage à propergol stockable (EPS) d'Ariane

Oxydant NTO ou MON
Le peroxyde d'azote N2O4, généralement désigné par NTO (pour Nitrogen Tetroxide), est l'oxydant « historique » avec tous ces carburants azotés : il est à la fois hypergolique avec eux, et stockable dans les conditions terrestres. Aujourd'hui, il est rarement utilisé pur mais mélangé avec du monoxyde d'azote N≡O dans des proportions variables, afin de limiter les effets de la corrosion du NTO, notamment sur les alliages en titane utilisés dans les systèmes de propulsion. Un mélange de x % de N≡O avec (100-x) % de NTO est appelé MON-x (pour Mixed Oxides of Nitrogen), la limite étant le MON-40 ; les Américains utilisent généralement du MON-3, tandis que les Européens semblent préférer le MON-1,3.
Actuellement, le propergol NTO / aérozine 50 est surtout employé au décollage, les systèmes MON / MMH sont utilisés pour les ajustements orbitaux dans l'espace sur des engins assez gros et pour des périodes d'utilisation de l'ordre de quelques semaines, et l'hydrazine comme monergol reste la solution privilégiée pour le posiitonnement des engins plus petits tels que des satellites ou des sondes sur des périodes de temps se chiffrant en mois, voire en années.


Propergol LOX / RP-1
Le RP-1 a été largement utilisé aux États-Unis dans les années 1960 et 1970 comme combustible de puissance pour les premiers étages de lanceurs tels que les fusées Atlas, Titan I, Delta, Saturn I et IB, et bien sûr Saturn V, célèbre pour ses lancements du programme Apollo et du laboratoire Skylab. A la fois dense et stockable, optimisé pour les moteurs-fusée, il offre d'excellentes performances au décollage avec l'oxygène liquide, généralement désigné par l'acronyme LOX.
A la différence des propergols azotés, le système LOX / RP-1 n'est pas hypergolique et nécessite donc un système d'allumage dans le moteur pour initier la combustion. Il est 8 % moins dense que le système NTO / aérozine 50 mais fournit une impulsion spécifique légèrement supérieure (3 %). Il est surtout bien moins dangereux à manipuler.
Les lanceurs Delta, qui devaient être retirés du service dans les années 1980 au profit des navettes spatiales, ont été remis sur le devant de la scène suite à l'explosion de Challenger en 1986, et le Delta II est aujourd'hui un pilier de l'astronautique américaine, avec une impressionnante série de sondes spatiales lancées dans le système solaire ; leur premier étage est propulsé au LOX / RP-1 tandis que le second est propulsé au NTO / aérozine 50. Ces lanceurs devraient être retirés du service en 20114.

Propergol LOX / LH2
L'hydrogène liquide, généralement désigné par l'acronyme LH2, est le plus puissant combustible utilisé avec l'oxygène liquide : son impulsion spécifique est supérieure de près de 30 % à celle du RP-1, mais la masse volumique apparente d'un système LOX / LH2 est inférieure également de près de 30 % à celle d'un système LOX / RP-1. Son utilisation pose donc des problèmes d'encombrement des réservoirs et d'aérodynamisme au décollage, les forces de frottement sur le lanceur pouvant faire perdre l'avantage énergétique procuré par les systèmes à LH2 par rapport aux systèmes à RP-1.
De surcroît, l'hydrogène liquide est une substance particulièrement fugace dont la manipulation implique de tenir compte de forts risques d'explosion, en disposant d'une technologie cryogénique robuste permettant de manipuler un fluide à une température n'excédant jamais 20,28 K, soit -252,87 °C. Enfin, la technologie de liquéfaction de l'hydrogène est coûteuse en énergie et doit gérer le problème de l'isomérie de spin du dihydrogène : à température ambiante, l'orthohydrogène représente 75 % des molécules, proportion qui tombe à 0,21 % à l'état liquide au terme d'une transition exothermique qui tend à réchauffer l'hydrogène une fois liquéfié en accélérant son évaporation.

Autres propergols liquides

CLF3 ou CLF5 / N2H4
Le trifluorure de chlore ClF3 et le pentafluorure de chlore ClF5 sont deux oxydants qui ont été étudiés — et développés — pendant la guerre froide en vertu de leur densité élevée, de leur facilité de stockage et des performances avec l'hydrazine. Ce sont néanmoins des composés réellement dangereux à manipuler, qui ont tendance à enflammer la moindre matière oxydable, et qui constituent donc un danger majeur pour tous les intervenants amenés à les manipuler. De surcroît, leurs gaz d'échappement contiennent du fluorure d'hydrogène HF et du chlorure d'hydrogène HCl, particulièrement nocifs pour l'environnement.
Triergols[modifier]
Les triergols ont été étudiés de façon intensive aux États-Unis et en Union Soviétique, sans jamais aboutir à des réalisations concrètes en raison de leur coût prohibitif et surtout des obstacles technologiques à leur mise en œuvre. Les plus connus sont :
LO2 / LBE + LH2, c'est-à-dire oxygène liquide avec hydrogène liquide dopé au béryllium, rapidement abandonné en raison du coût et de la dangerosité du béryllium et de ses oxydes ;
NTO / MMH + LBE (puis LAL), c'est-à-dire peroxyde d'azote avec monométhylhydrazine dopée au béryllium (puis à l'aluminium pour des raisons de coût et de toxicité), abandonné malgré tout également en raison de la difficulté à mettre en œuvre une propulsion liquide à partir d'un métal solide ;
LF2 / LLI + LH2, c'est-à-dire fluor liquide avec lithium liquide et hydrogène liquide, a priori le plus puissant propergol connu mais dont la mise en œuvre nécessiterait de maîtriser ensemble et de sécuriser dans le même engin spatial la technologie des trois ergols les plus exigeants qu'on puisse imaginer.

Propergol solide

Un moteur à propergol solide simple est constitué d'une enveloppe, en général en acier, d'une tuyère, de poudre (propergol), et d'un allumeur. Le bloc de poudre est percé par un canal situé généralement dans l'axe, qui sert de chambre de combustion. L'allumeur met le feu à la poudre à une extrémité du canal et la combustion se propage immédiatement sur tout le contour du canal. Celui-ci s'élargit progressivement au fur et à mesure de la combustion. La poudre, qui se présente comme une masse solide, brûle avec une vitesse prévisible en produisant des gaz de combustion qui sont expulsés par la tuyère. La dimension de celle-ci est calculée de manière à maintenir la pression souhaitée dans la chambre de combustion tout en produisant la poussée attendue.

Le propergol contient à la fois le combustible et le comburant. D'autres composants sont ajoutés dans des proportions inférieures :
le liant
un agent de réticulation
un catalyseur qui favorise la réaction chimique
éventuellement un régulateur de combustion
Une fois allumé, un propulseur à poudre composite ne peut plus être arrêté, car la chambre de combustion contient tous les composants permettant d'entretenir le processus de combustion. Les propulseurs les plus sophistiqués permettent non seulement d'orienter la poussée mais peuvent également être éteints puis rallumés en modifiant la géométrie de la tuyère et en utilisant des évents. Il existe également des pulsoréacteurs qui brûlent par segments et qui peuvent être rallumés à la demande.
Les propulseurs modernes peuvent comporter une tuyère orientable pour le guidage, de l'avionique, un système de récupération (parachute), des mécanismes d'auto-destruction, un générateur auxiliaire d'énergie ainsi que des moteurs contrôlant l'orientation de la fusée.


Liste des principaux ergols solides :
perchlorate d'ammonium ;
nitrate de potassium.

Le perchlorate d'ammonium est un composé chimique de formule NH4ClO4. C'est le sel d'ammonium de l'acide perchlorique. Comme les autres perchlorates, c'est un puissant oxydant. On l'obtient par réaction de l'ammoniac NH3 avec l'acide perchlorique HClO4 ou par double décomposition entre un sel d'ammonium et le perchlorate de sodium NaClO4. C'est un solide incolore cristallisé dans le système cristallin trigonal. Lorsqu'on le chauffe, il se décompose avant de fondre, un chauffage doux conduisant à la libération de chlore Cl2, d'azote N2, d'oxygène O2 et d'eau H2O, tandis qu'un chauffage plus fort conduit à l'explosion.


Le nitrate de potassium, connu depuis le Moyen-Age sous le nom de salpêtre (du latin médiéval salpetrae, littéralement : sel de pierre 5) ou nitre est un composé inorganique de formule chimique KNO3.
On appelle aussi salpêtre le résultat de la perte de l'eau de cristallisation de ce sel donnant une couche pulvérulente blanchâtre se formant sur les vieux murs humides. On le récolte en grattant des pierres ou des briques situées dans des lieux sombres, comme les caves.
On l'utilisait mélangé à du soufre et à du charbon de bois, pour fabriquer de la poudre à canon.

Satellite artificiel

Un satellite artificiel est un objet fabriqué par l'homme, envoyé dans l'espace à l'aide d'un lanceur et gravitant autour d'une planète ou d'un satellite naturel comme la Lune. La vitesse imprimée par la fusée au satellite lui permet de se maintenir pratiquement indéfiniment dans l'espace en décrivant une orbite autour du corps céleste. Celle-ci, définie en fonction de la mission du satellite, peut prendre différentes formes — héliosynchrone, géostationnaire, elliptique, circulaire — et se situer à des altitudes plus ou moins élevées classifiées en orbite basse, moyenne ou haute.

Le premier satellite artificiel Spoutnik I est lancé par l'URSS en 1957. Depuis cette époque, plus de 5 500 satellites artificiels ont été placés en orbite (2007)1,N 1. Les satellites jouent désormais un rôle important à la fois sur les plans économique (télécommunications, positionnement , prévision météorologique), militaire (renseignement) et scientifique (observation astronomique, microgravité, observation de la Terre, océanographie, altimétrie). Ils sont, en particulier, devenus des instruments incontournables pour notre compréhension de l'univers physique, la modélisation des changements climatiques et le fonctionnement de la société de l'information.
Un satellite artificiel est composé d'une charge utile, définie spécifiquement pour la mission qu'il doit remplir, et d'une plate-forme souvent standardisée assurant les fonctions de support comme la fourniture d'énergie, la propulsion, le contrôle thermique, le maintien de l'orientation et les communications. Le satellite est suivi par un centre de contrôle au sol, qui envoie des instructions et recueille les données collectées grâce à un réseau de stations terrestres. Pour remplir sa mission le satellite doit se maintenir sur une orbite de référence en orientant ses instruments de manière précise : des interventions sont nécessaires à intervalles réguliers pour corriger les perturbations naturelles de l'orbite générées, dans le cas d'un satellite terrestre, par les irrégularités du champ de gravité, l'influence du Soleil et de la Lune ainsi que la traînée créée par l'atmosphère qui subsiste en orbite basse.
Les progrès techniques permettent aujourd'hui de mettre en orbite des satellites plus lourds (jusqu'à 6 tonnes et demi pour les satellites de télécommunications), capables de remplir des missions toujours plus sophistiquées (satellites scientifiques), avec une grande autonomie. La durée de vie d'un satellite, variable selon le type de mission, peut atteindre 15 ans. Les avancées de l'électronique permettent également de concevoir des micro-satellites capables d'effectuer des missions élaborées.
La construction de satellites a donné naissance à une industrie très spécialisée mais les instruments les plus complexes sont encore souvent réalisés par des laboratoires de recherche. La conception d'un satellite, difficilement reproductible lorsqu'il ne s'agit pas d'un satellite de télécommunications, est un processus qui peut prendre une dizaine d'années dans le cas d'un satellite scientifique. Les coûts de fabrication qui peuvent monter à plusieurs centaines de millions d'euros et ceux de lancement (de l'ordre de 10 000 à 20 000 $/kg) limitent aujourd'hui le développement de cette activité qui, hormis le secteur des télécommunications très rentable pour les opérateurs, est subventionnée pour l'essentiel par les budgets publics.

Mise en orbite

                                   http://fr.wikipedia.org/wiki/Satellite_de_télécommunications




Orbite géostationnaire

Un satellite en orbite géostationnaire semble fixe à un observateur à la surface de la Terre. Il fait le tour de la Terre en 23h 56 min, à vitesse constante, à la verticale de l'équateur.
L'orbite géostationnaire est très pratique pour les applications de communication car les antennes au sol, qui doivent impérativement être pointées vers le satellite, peuvent fonctionner efficacement sans devoir être équipées d'un système de poursuite des mouvements du satellite, système coûteux et compliqué à exploiter. Dans le cas d'applications nécessitant un très grand nombre d'antennes au sol (comme la diffusion de bouquets de télévision numérique), les économies réalisées sur les équipements au sol justifient largement la complexité technologique du satellite et le surcoût de la mise sur une orbite relativement haute (près de 36 000 km).
Le concept de satellite de communication géostationnaire a été exposé pour la première fois par Arthur C. Clarke, se fondant sur des travaux de Constantin Tsiolkovski et sur un article de Herman Potočnik, écrit en 1929 sous le pseudonyme de Herman Noordung, avec pour titre Das Problem der Befahrung des Weltraums — der Raketen-motor. En octobre 1945 Clarke publia un article intitulé « Extra-terrestrial Relays » dans le magazine britannique Wireless World. L'article décrit les lois fondamentales régissant le déploiement de satellites artificiels en orbite géostationnaire à des fins de relayer des signaux radio. Pour cette raison, Arthur C. Clarke est considéré comme l'inventeur du satellite de communication.
Le premier satellite de communication géostationnaire était canadien, c'était le Anik 1, lancé le 9 novembre 1972 ; il restera en exploitation jusqu'au 15 juillet 1982. Les États-Unis d'Amérique suivront peu de temps après, Western Union lançant le satellite Westar 1 le 13 avril 1974, et RCA Americom (devenue SES Americom de nos jours) lançant le satellite Satcom 1 le 12 décembre 1975.
Satcom 1 fut à l'origine du succès des chaînes câblées américaines comme WTBS, HBO, CBN, The Weather Channel, etc. en permettant à ces dernières d'atteindre par satellite les têtes de tous les réseaux locaux par câble. De plus, ce satellite était le premier utilisé par les grands réseaux de télévision, comme ABC, NBC ou CBS pour alimenter leurs filiales locales en programmes. Satcom 1 était très utilisé car il proposait deux fois plus de bande passante (24 transpondeurs au lieu de 12 pour Westar 1), et donc avait des coûts d'exploitations bien moindre.
Le premier satellite de télécommunications géostationnaire stabilisé trois-axes a été le satellite expérimental de la NASA ATS-6 lancé le 30 mai 1974, bientôt suivi par les satellites Symphonie, satellites de télécommunications réalisés en France et en Europe et les premiers stabilisés trois-axes en orbite géostationnaire à système de propulsion biergol pour la manœuvre de circularisation geosynchrone et le maintien à poste (précurseur des satellites modernes à partir des années 1990), et premier système complet (après le lancement du second modèle) avec tous les segments dédiés de contrôle et d'utilisation.
En 2000, Hughes Space and Communications, racheté depuis par Boeing Satellite Development Center, avait construit près de 40 % des satellites en exploitation dans le monde entier. Les autres fabricants importants sont Loral Space Systems, Lockheed Martin Space Systems, Northrop Grumman, Thales Alenia Space et EADS Astrium Satellites.


Satellites en orbite terrestre basse

Une orbite terrestre basse est une orbite circulaire entre 350 et 1400 km de la surface de la Terre; en conséquence la période de révolution des satellites est comprise entre 90 minutes et 2 heures. En raison de leur faible altitude, ces satellites sont uniquement visibles dans un rayon de quelques centaines de kilomètres autour du point à la verticale duquel se trouve le satellite. De plus les satellites en orbite basse se déplacent rapidement par rapport à un point fixe sur Terre, donc même pour des utilisations locales, un grand nombre de satellites sont nécessaires si l'application exige une connectivité permanente.
Les satellites en orbite terrestre basse sont beaucoup moins chers à mettre en orbite que les satellites géostationnaires, et grâce à leur proximité avec le sol, demande une puissance de signal moins importante1. Le coût de chaque satellite étant bien moindre, il peut être intéressant d'en lancer en plus grand nombre, le lancement étant aussi moins cher, ainsi que les équipements nécessaires à l'exploitation au sol.
Un ensemble de satellites fonctionnant de concert est connu sous le nom de constellation satellitaire. Plusieurs de ces constellations fournissent des services de téléphonie sans fil par satellite, à l'origine vers des zones isolées. Le réseau Iridium par exemple utilise 66 satellites. Le réseau Globalstar se compose, quant à lui, de 60 satellites.
Le réseau satellitaire d'O3b Networks, Ltd., pour Google, 16 satellites de télécommunications en orbite basse devant offrir des services de déport de réseau Internet par satellite à faible période de latence vers les pays émergents et en voie de développement dans le monde entier à des vitesses pouvant atteindre 10 Gbps et d’une capacité totale combinée de 160 Gbps est en cours d'étude par Thales Alenia Space, dans le Centre spatial de Cannes Mandelieu2.
Une autre utilisation possible de ces systèmes est l'enregistrement de données reçues lors du passage au-dessus d'une zone terrestre, et sa retransmission lors du passage sur une autre zone. Ce sera le cas avec le système CASCADE, du projet canadien CASSIOPE de communication par satellite.
Satellites en orbite de Molniya[modifier]
Les satellites géostationnaires sont nécessairement à la verticale de l'équateur. En conséquence, ils sont assez peu intéressants sous des latitudes élevées : dans de telles régions, un satellite géostationnaire apparaîtra très bas sur l'horizon; la liaison pourra alors être perturbée par les basses couches de l'atmosphère. Le premier satellite Molniya a été lancé le 23 avril 1965 et fut utilisé pour des transmissions expérimentales de télévision, l'émission se faisant depuis Moscou, et différentes réceptions en Sibérie et dans l'Extrême-Orient russe, à Norilsk, Khabarovsk, Magadan et Vladivostok. En novembre 1967, les ingénieurs soviétiques créèrent un système de télévision nationale par satellite unique, appelé Orbita, basé sur des satellites Molniya.


L'orbite de Molniya

Se caractérise par un apogée de l'ordre de 40000 km situé au-dessus de l'hémisphère nord et un périgée de l'ordre de 1000 km est au-dessus de l'hémisphère sud. De plus son inclinaison sur l'équateur est forte, 63,4°. Les propriétés de cette orbite garantissent que le satellite passe la plus grande partie de son orbite au-dessus des latitudes les plus nordiques, période durant laquelle son empreinte au sol change relativement peu puisqu'il se déplace plus lentement. Sa poursuite en est ainsi facilitée. La période de cette orbite est d'une demi-journée (12h), ce qui rend le satellite utilisable durant 8h à chaque révolution. Ainsi, une constellation de trois satellites Molniya (plus un de secours en orbite) pouvait fournir une couverture permanente des latitudes nord.
Les satellites en orbite de Molniya sont essentiellement utilisés pour des services de téléphonie et de télévision au-dessus de la Russie. Une autre application permet de les utiliser pour des systèmes de radio mobile (même sous des latitudes moins élevées) car les véhicules circulant dans des aires fortement urbanisées ont besoin de satellites avec des élévations importantes pour garantir une bonne connectivité même en présence d'immeubles élevés.
Le DoD des États-Unis utilise également une telle orbite pour des satellites de surveillance et de communications. En effet, en raison de sa période de 12 heures, un satellite qui atteint une première apogée au-dessus de la Russie, pour 8 heures environ d'utilisation opérationnelle, passera 8 heures dans les mêmes conditions au-dessus de l'Amérique du nord à l'orbite suivante.


Mise en orbite

Le « canon de Newton » : au-delà d'une certaine vitesse le boulet ne retombe plus au sol.
Un objet lancé à la surface de la Terre décrit une trajectoire parabolique qui le ramène au sol sous l'influence de la gravité terrestre (cas A sur le schéma). Plus la vitesse initiale de l'objet est importante plus le point de chute est éloigné (cas B). Lorsqu'une certaine vitesse est atteinte, l'objet chute mais sans jamais atteindre le sol du fait de la courbure de la Terre (cas C). Pour que l'objet conserve indéfiniment sa vitesse, il faut toutefois que celui-ci se déplace dans le vide au-dessus de l'atmosphère, là où aucune force de traînée (frottement) ne s'exerce : à cette altitude en application du principe d'inertie aucune énergie n'est en effet nécessaire pour maintenir son mouvement.
Pour qu'un objet soit satellisé autour de la Terre il faut que sa vitesse horizontale par rapport au centre la Terre (la vitesse d'injection) soit de 7 700 mètres par seconde pour une orbite circulaire à 200 km au-dessus de la Terre (au-dessous de cette altitude la traînée est trop importante). Si on communique une vitesse supérieure à un satellite circulant à la même altitude, l'orbite devient elliptique (cas D sur le schéma) : le point de l'ellipse le plus rapproché de la Terre est le périgée et le point le plus éloigné est l'apogée. Si la vitesse dépasse 11 km par seconde (cas E), le satellite échappe à l'attraction terrestre : c'est la vitesse de libération de la Terre qu'il est nécessaire de communiquer à une sonde spatiale pour qu'elle puisse être envoyée vers d'autres planètes du système solaire.
La vitesse de satellisation minimale est proportionnelle à la gravité - et donc à sa masse - du corps céleste autour duquel le satellite doit orbiter  : un objet qui décolle du sol lunaire a besoin d'une vitesse horizontale beaucoup plus faible pour être satellisé (4 fois plus faible que la Terre : 1,7 km/s).

La Terre se trouve à l'emplacement d'un foyer de l'orbite elliptique du satellite dont la vitesse croit d'autant plus que la Terre est proche.





Orbite basse se situe juste au-dessus de l'atmosphère terrestre à une altitude où la traînée ne freine pas trop la vitesse du satellite (par convention l'orbite basse se situe à une altitude inférieure à 2 000 km). Une fusée a besoin de moins de puissance pour placer un satellite sur ce type d'orbite. Elle est utilisée par les satellites scientifiques qui explorent l'espace lointain. Le télescope Hubble, par exemple se situe sur une orbite de 610 km. On trouve également sur ce type d'orbite les satellites de radioamateur et les constellations de téléphonie mobile ou de télédétection terrestre, telle que l'A-train ;
l'orbite moyenne culmine généralement à une altitude de 20 000 km avec une période de 12 heures. L'orbite située en dehors de l'atmosphère terrestre est très stable. Les signaux envoyés par le satellite peuvent être reçus sur une grande partie de la surface du globe terrestre. C'est l'altitude retenue pour les satellites de navigation comme le système GPS. Un peu plus bas, à 8.063 km, est prévue la constellation de satellites O3b pour la distribution d'Internet.

L'orbite haute a un apogée qui se situe à une altitude supérieure à l'orbite géostationnaire. La Russie utilise ce type d'orbite pour certains de ses satellites de télécommunications : l'orbite de Molniya se caractérise par une orbite très excentrique avec un apogée de 40 000 km pour un périgée de 500 km. L’inclinaison de 63,4° permet d'échapper aux perturbations d'orbite découlant de l'aplatissement du globe. L'orbite de Molniya permet une couverture 24h sur 24 du territoire de la Russie avec une constellation de trois satellites. Cette orbite est utilisée car la Russie ne peut lancer de satellites géostationnaires depuis ses bases spatiales toutes situées à des latitudes trop élevées et les satellites géostationnaires ne peuvent pas couvrir la fraction du territoire russe située à une latitude supérieure à 81°10.




Les paramètres de l'orbite d'un satellite



Paramètres orbitaux d'un satellite artificiel : ascension droite du nœud ascendant ☊, inclinaison i, argument du périgée ω.

Paramètres orbitaux : demi grand axe a, argument du périgée ω, anomalie vraie ν.

Six paramètres sont utilisés pour fournir la position et la trajectoire d'un satellite dans l'espace :

l'orbite d'un satellite est un plan. Si on ne tient pas compte des perturbations naturelles auxquelles elle est soumise et en l'absence de manœuvres du satellite, le plan d'orbite est fixe dans l'espace. Ce plan peut être défini par deux paramètres : l'inclinaison i et la longitude (ou ascension droite) du nœud ascendant ☊ ;
trois paramètres – l'excentricité e et le demi-grand axe a de l'ellipse ainsi que l'argument du périgée ω – permettent de décrire la trajectoire en forme d'ellipse dans le plan d'orbite ;
un dernier paramètre permet de situer le satellite sur son orbite : on peut par exemple prendre le temps t écoulé depuis le passage au périgée.
Plans et droites de référence

Les paramètres de l'orbite sont définis dans un référentiel constitué de plusieurs plans et de droites :
la trajectoire de la Terre autour du Soleil s'inscrit dans un plan, dit plan de l'écliptique, passant par le centre du Soleil ;
le plan de l'équateur terrestre est le plan passant à la latitude de l'équateur ;
à l'équinoxe de printemps le 21 mars le plan de l'équateur terrestre coupe le plan de l'écliptique selon une ligne dite ligne des équinoxes passant par le Soleil. Cette droite qui désigne à l'infini le point vernal γ est fixe dans le système solaire ;

l'orbite d'un satellite coupe le plan de l'équateur en deux points appelés nœud ascendant lorsque le satellite passe de l'hémisphère sud à l'hémisphère nord et nœud descendant. La ligne reliant les deux points est appelée ligne des nœuds.
L'orientation du plan de l'orbite

L'inclinaison i du plan de l'orbite du satellite (entre 0 et 180 degrés) est l'angle que fait le plan de l'orbite avec le plan de l'équateur. Lorsque i = 90° l'orbite du satellite survole les pôles (orbite polaire) ; si i = 0 le plan de l'orbite se situe dans le plan de l'équateur. L'orbite est dite directe lorsque i est inférieur à 90° et rétrograde sinon.
La longitude du nœud ascendant ☊ (ou ascension droite du nœud ascendant) est l'angle entre la direction du point vernal et la ligne des nœuds, dans le plan de l'écliptique. Si le plan de l'orbite coïncide avec la droite des équinoxes la longitude du nœud ascendant est nulle.
Les caractéristiques de la trajectoire dans le plan d'orbite
Dans le plan défini par les paramètres précédents, l'orbite est décrite par trois paramètres. La forme de l'ellipse que parcourt le satellite est fournie par deux informations :
le demi-grand axe a c'est-à-dire la moitié de la distance qui sépare le périgée de l'apogée ;
l'excentricité e de l'ellipse décrite par le satellite. Si e = 0 le satellite a une orbite circulaire.
L'argument du périgée ω est l'angle formé par la ligne des nœuds et la direction du périgée (la droite passant par la Terre et le périgée de la trajectoire du satellite), dans le plan orbital. La longitude du périgée est la somme de la longitude du nœud ascendant et de l'argument du périgée.
La position du satellite sur son orbite
La position du satellite sur sa trajectoire peut être fournie de deux manières :
en spécifiant le temps t écoulé depuis son passage au périgée. t = 0 indique que le satellite est à son périgée ;
en indiquant l'angle ν (dit anomalie vraie) formé par les droites allant du centre de la Terre vers d'une part le périgée et d'autre part la position du satellite. ν = 0° indique que le satellite se trouve à son périgée.

Mort d'une comète

Observation inédite de la mort d'une comète qui "fond" au Soleil
Info rédaction, publiée le 13 juillet 20114 commentaires

Pour la toute première fois de l’histoire, une photo de la mort d’une comète plongeant dans le Soleil a pu être prise par le Solar Dynamics Observatory (SDO), un satellite de la NASA orbitant autour de la Terre.

C’est le 6 juillet dernier qu’une comète a disparu alors qu’elle s’approchait du Soleil. Elle a fondu dans le vide alors qu’elle allait s’écraser sur l’étoile. Les témoins de cette disparition sont le Solar Dynamics Observatory (SDO) de la NASA, un satellite en orbite terrestre spécialement dédié à l’étude du Soleil et le Solar and Heliospheric Observatory (SOHO), un vaisseau issu d’un partenariat entre la NASA et l’ESA, l’Agence spatiale européenne. L'évènement a même pu être filmé par les observatoires spatiaux.

Une image en haute définition, prise depuis le satellite, montre la désintégration de la comète après une période de 15 minutes, ce qui n’avait jamais été observé auparavant ont rapporté les scientifiques. Si d’autres comètes avaient déjà été détectées à proximité de l’astre solaire, il s’agissait de la première dont la disparition a pu être observée en temps réel.

Les chercheurs rapportent que "soumise à l’intense chaleur et aux radiations, la comète s’est tout simplement littéralement évaporée". Le site Space.com indique alors qu’il s’agissait d’une comète rasante, ainsi nommée parce qu’elle passe à proximité du Soleil. Bernard Fleck, un scientifique du projet SOHO explique dans un communiqué qu’il "s’agit d’une des plus lumineuses comètes rasantes que le satellite a enregistré, identique à la comète de Noël 1996". Une luminosité due à la trajectoire particulière de la comète, selon les chercheurs.

Spektr-R

MOSCOU - La Russie lance le radiotélescope Spektr-R pour explorer l'Univers
3 commentaires
Créé le 18/07/2011 à 15h37 -- Mis à jour le 18/07/2011 à 15h38
MOSCOU - Un lanceur Zenit-3M/Fregat-SB, transportant le radiotélescope Spektr-R qui va explorer les confins de l'Univers, a décollé lundi du cosmodrome russe de Baïkonour, au Kazakhstan, a annoncé l'agence spatiale fédérale.

Le radiotélescope a été placé en orbite à environ 340.000 km d'altitude, a précisé l'agence Roskosmos dans un communiqué.

Le radiotélescope russe Spektr-R doit permettre de faire des observations très précises de l'Univers, avec une résolution angulaire sans précédent, et étudier notamment les trous noirs, les étoiles à neutron dans la Voie Lactée, les quasars et les pulsars.

Il doit rester en orbite au minimum cinq ans.

"Cela va nous permettre d'observer les confins de l'Univers avec une résolution très précise et d'obtenir des données sur les apparitions extra-galactiques", a déclaré Viktor Khartov, directeur de l'institut Lavotchkine en charge du projet, cité par les agences russes.

Spektr-R: l'antenne du radiotélescope russe déployée avec succès (Roskosmos)

RadioAstron (ou Spektr R) est un radiotélescope spatial russe développé par le Centre spatial Astro rattaché à l'Institut de physique Lebedev. Il a été lancé le 18 juillet 2011 par une fusée Zenit-2SB/Fregat-2CB. Il est placé sur une orbite fortement elliptique de 10 000 km x 390 000 km avec une période de 9,5 jours1,2. Sa masse au lancement est d'environ 5 tonnes. RadioAstron doit être utilisé avec des radiotélescopes basés sur Terre pour réaliser de l'interférométrie à très longue base. Le projet a subi un retard de 10 ans pour des raisons financières.




Objectifs scientifiques

Les objectifs scientifiques de RadioAstron portent sur  :
Les noyaux galactiques actifs : trous noirs supermassifs, ...
La cosmologie
Les zones de formation des étoiles et des planètes : masers, mégamasers
Les trous noirs de masse stellaire et les étoiles à neutron
Le milieu interplanétaire et interstellaire
L'astrométrie
Les mesures à haute précision du champ gravitationnel terrestre

Ergols

Un ergol, dans le domaine de l'astronautique

C'est une substance homogène employée seule ou en association avec d'autres substances et destinée à fournir de l'énergie. Les ergols sont les produits initiaux, séparés, utilisés dans un système propulsif à réaction. Ils sont constitués d'éléments oxydant (comburant) et réducteur (carburant ou combustible).
Les termes correspondants en anglais sont propellant, et fuel.
Le terme d'ergols résiduels est employé pour désigner les ergols imbrûlés.
On assimile parfois ergols et propergols.


Les ergols sont classés selon :

leur état : solide, liquide, gazeux (jamais utilisés) ou hybrides (liquide-solide),
le nombre des constituants : monergol, diergol (ou biergol), triergol,
leur température de conditionnement : cryotechniques, stockables, haute température (plus rares).
Propriétés recherchées

Les propriétés recherchées des ergols sont :

une densité élevée pour réduire le volume des réservoirs,
une température d'ébullition la plus élevée possible,
une énergie de combustion (ou de décomposition) élevée,
des produits de combustion stables (faible dissociation),
des produits de combustion à faible masse molaire.
Principaux ergols liquides[modifier]

Liste des principaux ergols liquides :

Réducteurs (carburants)
hydrogène liquide (LH2) ;
hydrazine ;
hydrate d'hydrazine
monométhylhydrazine (MMH) ;
diméthylhydrazine asymétrique (UDMH) ;
RP-1 (kérosène ultra-raffiné) ;
Sintin (kérosène de synthèse qui fut utilisé par Soyouz-U2) ;
éthanol ;
éther éthylique ;
essence de térébenthine.
Oxydants (comburants)
oxygène liquide (LOX) ;
peroxyde d'azote (NTO) ;
peroxyde d'hydrogène ;
acide nitrique fumant rouge inhibé (IRFNA) ;
acide perchlorique ;
tétrafluorohydrazine ;
fluor liquide ;
fluorure d'oxygène.

Principaux ergols solides

Liste des principaux ergols solides :
perchlorate d'ammonium ;
nitrate de potassium.

Grande Ourse

Constellation de la Grande Ourse (Ursa Major)

 
 
L'une des plus grandes et des plus faciles à identifier parmi les constellations  circumpolaires  est la Grande Ourse formée de 8 étoiles dont une double Mizar et Alcor.
Alkaid (η UMa de magnitude 1,87 à 100,70 AL),
Mizar (ζ UMa de magnitude 2,25 à 78,16 Al) et Alcor (magnitude 4,1 à 81,15 AL),
Alioth (ε UMa de magnitude 1,78 à 80,93 AL),
Megrez (δ UMa de magnitude 3,34 à 81,84 Al),
Phad (γ UMa de magnitude 2,43 à 83,65 Al),
Dubhé (α UMa de magnitude 1,83 à 123,64 Al),
Merak (β UMa de magnitude 2,36 à 79,42 Al).
On retrouve également dans la Grande Ourse deux galaxies importantes portant les numéros M81 et M102 au catalogue de Charles Messier.
Selon la mythologie grecque, cette constellation représenterait Callisto, une nymphe aimée par Zeus.

 
Quand Héra, l'épouse de Zeus, découvrit leur relation, elle changea Callisto en Grande Ourse et son fils Arcas en Petite Ourse.
Outragée par cette offense à son honneur, elle demanda justice à l'Océan, et les ourses furent alors condamnées à tourner perpétuellement autour du Pôle nord, jamais autorisées à se reposer.
La Grande Ourse est à l'origine du terme "septentrional".
Les romains appelaient cette constellation septentriones (les sept bœufs de labour).
Au Royaume-Uni, on l'appelle the Plough (la charrue), aux États-Unis d'Amérique, the Big Dipper (la grande cuillère), en Scandinavie, Karlavagen (le wagon de Charles, Charlemagne), dans l'astronomie hindoue, Sapta Rishi (les sept sages).

Ceinture d'astéroïdes

La ceinture d'astéroïdes est une région du système solaire située entre les orbites de Mars et Jupiter qui contient la majeure partie des orbites des astéroïdes connus.

La ceinture d'astéroïdes est parfois précisée « ceinture d'astéroïdes principale » lorsqu'il s'agit de la distinguer d'autres ceintures analogues du système solaire (comme, par exemple, la ceinture de Kuiper).
Tous les astéroïdes de la ceinture sont des petits corps du système solaire, à l'exception de Cérès, considéré comme une planète naine.

Caractéristiques

La ceinture d'astéroïdes contient plusieurs centaines de milliers d'astéroïdes connus, et probablement plusieurs millions, d'une taille allant du grain de poussière au planétoïde de quelques centaines de kilomètres de diamètre.
Fin 2005, plus de 100 000 astéroïdes portant un numéro (sur environ 120 000) appartenaient à la ceinture d'astéroïdes. 200 000 autres étaient recensés, mais pas numérotés. On estimait que plus de 500 000 étaient détectables visuellement avec les moyens de l'époque[réf. nécessaire].
En 2007, on connaissait plus de 200 astéroïdes de plus de 100 km2 tandis qu'une étude systématique de la ceinture dans les infrarouges a estimé entre 700 000 et 1 700 000 le nombre d'astéroïdes plus grands qu'un km3. La magnitude absolue médiane de ces astéroïdes est d'environ 164.
On considère que le nombre d'astéroïdes d'une certaine taille augmente d'un facteur 100 lorsque la diamètre diminue d'un facteur 10 (c'est-à-dire qu'il existerait 100 fois plus d'astéroïdes d'un diamètre de 100 m que d'1 km)[réf. nécessaire]. Cette progression subsiste jusqu'à ce que leur taille devienne suffisamment petite pour que l'effet Poynting-Robertson dû à la pression de radiation du Soleil les évacue hors du système solaire interne[réf. nécessaire].
Contrairement à une idée courante, et malgré le nombre d'astéroïdes qui la composent, la ceinture d'astéroïdes reste essentiellement vide et chaque astéroïde est généralement séparé du plus proche par au moins plusieurs millions de kilomètres[réf. nécessaire].

Anneau de la Lyre

L'anneau de la Lyre
Bien haut dans le ciel d'été, la minuscule constellation de la Lyre contient Véga, une étoile blanche, deux fois plus massive que le Soleil et qui forme avec Deneb du Cygne et Altaïr de l'Aigle, le triangle d'été. Non loin de là, se trouve l'un des très beaux objets du ciel profond : la nébuleuse annulaire de la Lyre, découverte en 1779 par l'astronome toulousain Antoine Darquier de Pellepoix et portant la référence M57 dans la catalogue de Charles Messier.

L'anneau de la Lyre est une une nébuleuse planétaire c'est à dire le résultat de l'effondrement d'une étoile relativement peu massive (jusqu'à environ 8 masses solaires) quand celle-ci a fini de brûler son hydrogène et son l'hélium. Lors de cet effondrement, les couches extérieures de l'étoile sont expulsées à très grande vitesse et émettent de la lumière sous l'effet de l'intense rayonnement ultraviolet provenant de ce qui reste de l'étoile. Cette dernière, devenue extrêmement chaude (50 000 à 100 000 Kelvin) et dense (son diamètre est de l'ordre de grandeur de celui de la Terre), continue de briller au centre de la nébuleuse.

Le qualificatif "planétaire" fait référence à l'aspect de ces nébuleuses qui se présentent sous la forme d'un petit disque lorsqu'on les observe avec un petit télescope.

L'image ci dessous est une superposition de 26 poses de 2 minutes chacune. Elle a été réalisée avec un télescope de grande focale (1900 mm) de façon à obtenir un grossissement suffisant pour observer le minuscule anneau avec suffisamment de détails. La présence de la pleine Lune n'est pas favorable pour la photographie du ciel profond et contribue à dégrader l'aspect du fond du ciel. Au centre de l'anneau, on distingue très bien la naine blanche.

LES VIROÏDES

Par Marie-Neige Cordonnier (paru sur le site de Pour la Science)

Aux origines de la vie, sous quelle forme se sont développées les premières molécules porteuses d’une information génétique ? De par la variété de leurs fonctions dans une cellule (intermédiaires de la synthèse des protéines à partir de l’ADN, catalyseurs, régulateurs, guides…), les molécules d’ARN constituent des candidats séduisants. D’autant qu’il existe dans la nature des petits ARN – les viroïdes – capables d’infecter des plantes et d’utiliser leur machinerie moléculaire pour se répliquer. Ces fragments seraient-ils les vestiges d’un ancien monde dominé par l’ARN ? Clémentine Delan-Forino, Marie-Christine Maurel et Claire Torchet, du laboratoire ANBioPhy (CNRS/Université Pierre et Marie Curie), à Paris, apportent un argument en faveur de cette hypothèse : elles ont montré que les viroïdes peuvent se répliquer dans un autre organisme qu’une plante, la levure Saccharomyces cerevisiae.

Découverts à la fin des années 1960, les viroïdes sont les plus petits agents pathogènes des plantes. Contrairement aux virus, ils ne codent aucune protéine et ne présentent pas d’enveloppe ou de capsule protectrice : l’ARN est seul, sous la forme d’une boucle fermée dont l’organisation tridimensionnelle est très structurée. L’ARN viroïdal contamine les plantes via leur système de vascularisation et est transmis par reproduction végétale, lors de contacts entre plantes blessées, ou par les insectes. Une fois introduit dans une cellule végétale, l’ARN viroïdal est traité par celle-ci : il est transcrit par une enzyme locale, une ARN polymérase, puis la copie obtenue est refermée en boucle par une autre enzyme locale, une ARN ligase. Ce viroïde pourra à son tour être transcrit et se propager dans d’autres cellules. Selon leur séquence, les viroïdes provoquent le dépérissement de la plante en modifiant l’expression des protéines, ou restent latents.

© USDA Agricultural Research Service
Les biologistes ont construit la séquence d’ADN qui code l’ARN du viroïde de l’avocatier. Dans la levure, cet ADN est transcrit en brins d’ARN linéaires et circulaires : les fragments circulaires ne sont autres que le viroïde de l’avocatier. Les biologistes ont alors observé que si une partie de ces viroïdes sont détectés comme anormaux et détruits par la levure, d’autres persistent et se répliquent dans la cellule, utilisant sa machinerie de transcription comme ils le font dans les cellules végétales.

Les viroïdes ont donc la capacité de se multiplier dans d’autres organismes que les plantes. En quoi cela conforte-t-il l’hypothèse d’un « monde ARN » ancestral ? On savait déjà que dans un tel monde, les viroïdes (ou leurs proches ancêtres) auraient eu de grandes chances de persister : petits, ils ont plus de chances d’être transcrits avec peu d’erreurs ; circulaires, ils n’ont pas besoin de séquence d’amorçage pour être copiés ; compacts et robustes, ils résistent à des conditions de pression et de température qui pourraient correspondre à celles où est née la vie ; certains viroïdes (dont celui de l’avocatier) portent en outre la séquence d’un ARN qui les rend capables de se couper eux-mêmes, ce qui participe de leur autonomie. À ce tableau, C. Delan-Forino et ses collègues ajoutent un atout essentiel : une adaptabilité insoupçonnée à ce jour.

Ces travaux soulèvent aussi une question : puisque les viroïdes semblent prospérer dans diverses branches du vivant, resterait-il des traces de viroïdes ancestraux dans le génome des trois règnes de la vie (les archées, les eubactéries et les eucaryotes) ?

GLIESE 581

Le système planétaire de l’étoile naine Gliese 581, l’une des plus proches voisines du Soleil, est l’objet de nombreuses études depuis plusieurs années, notamment pour y détecter la première exoplanète potentiellement habitable. Après deux premières candidates, écartées depuis, le cas de la planète Gliese 581d ressurgit aujourd’hui. Une équipe du Laboratoire de météorologie dynamique (CNRS/UPMC/ENS/Ecole Polytechnique) de l’Institut Pierre-Simon Laplace à Paris vient en effet de mettre en évidence qu’elle pourrait être propice à la vie telle que nous la connaissons sur Terre. Ces résultats sont publiés dans « The Astrophysical Journal Letters ».

Existe-il dans l’Univers d’autres planètes habitées que la Terre, ou au moins propice à la vie telle que nous la connaissons ? La découverte d’une telle planète est devenue une quête pour bien des astrophysiciens, qui recherchent avant tout des planètes rocheuses dans les « zones habitables » des étoiles : une zone où la distance entre les planètes en orbite et leur étoile permet des températures clémentes, compatibles avec la présence d’eau liquide en surface et donc potentiellement avec la vie.

Dans cette quête, les planètes autour de l’étoile Gliese 581 ont déjà suscité plusieurs espoirs. En 2007, des scientifiques annonçaient la découverte de deux planètes rocheuses (Gliese 581d et Gliese 581c) à la limite de la zone habitable. Si Gliese 581d fut rapidement jugée comme trop froide, Gliese 581c, plus proche, fut considérée comme la première planète potentiellement habitable enfin découverte… avant que les climatologues n’écartent cette hypothèse. Nouvelle piste en 2010 avec Gliese 581g – surnommée « Zarmina’s world » – de la taille de la Terre et située au cœur de la zone habitable. Les astrophysiciens ont d’abord cru qu’elle pouvait être la première jumelle de la Terre hors du système solaire, mais des analyses ultérieures ont révélé que Gliese 581g n’existait tout simplement pas ! Sa fausse détection résultait du produit de bruits et d’interférences dans les mesures.


Aujourd’hui, c’est finalement une troisième planète du système, Gliese 581d, qui pourrait devenir la première planète potentiellement habitable jamais découverte. L’équipe de Robin Wordsworth et François Forget du Laboratoire de météorologie dynamique (CNRS/UPMC/ENS/Ecole Polytechnique) à l’Institut Pierre Simon Laplace à Paris, en collaboration avec un chercheur du Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux (CNRS/Université Bordeaux 1) ont réexaminé cette planète Gliese 581d. On savait déjà qu’il s’agit probablement d’une planète rocheuse, comme la Terre, environ deux fois plus grande et sept fois plus massive que celle-ci. Cependant, elle reçoit trois fois moins d’énergie de son étoile et il est fort probable que les forces de marées gravitationnelles ont bloqué la rotation de la planète sur elle-même, comme dans le cas de la Lune autour de la Terre. Une face de la planète serait donc en permanence exposée au rayonnement de l’étoile et l’autre perpétuellement dans l’obscurité. Dans ces conditions, on pouvait craindre que l’atmosphère et l’eau de la planète ne se condensent totalement côté nuit, interdisant l’existence d’un climat propice à l’eau liquide et à la vie.


© LMD/CNRS - Simulation numérique du climat possible sur Gliese 581d. Les couleurs correspondent à des températures de surface froides (bleue) à chaudes (rouge). Les flèches représentent les vents à 2 km d'altitude.
Pour tester cette hypothèse, les chercheurs ont développé un modèle numérique capable de simuler les climats possibles sur les exoplanètes. Cet outil, d’un nouveau genre, est inspiré des modèles utilisés sur Terre pour la météorologie et l’étude du climat mais il se base sur des principes physiques plus fondamentaux, aussi universels que possible. Ce modèle leur a ainsi permis d’étudier une gamme de conditions beaucoup plus large qu’avec un modèle classique, avec notamment la possibilité d’inclure n’importe quel mélange de gaz, nuages et aérosols dans l’atmosphère de Gliese 581d. A leur grande surprise, ils ont découvert que, dans le cas d’une atmosphère dense de dioxyde de carbone (un scénario très probable sur une aussi grande planète si on se base sur notre expérience dans le système solaire), Gliese 581d pouvait non seulement éviter la condensation de son atmosphère mais son climat pouvait aussi facilement être chaud au point de permettre la formation d’océans, de nuages et de pluie.

Une des clés de ce climat est liée à la « diffusion Rayleigh » de l’atmosphère, le phénomène qui donne au ciel terrestre sa couleur bleue. Autour d’une étoile comme le soleil, la diffusion Rayleigh limite le chauffage des planètes dotées d’une atmosphère épaisse car une fraction importante du rayonnement bleu est réfléchie dans l’espace par l’atmosphère. Dans le cas d’une étoile naine comme Gliese 581, le rayonnement est essentiellement rouge et donc peu sensible à cet effet. Il peut pénétrer profondément dans l’atmosphère et chauffer la planète efficacement grâce à l’effet de serre du gaz carbonique, renforcé sur Gliese 581d par celui des nuages de glace carbonique dont on prédit la formation à haute altitude. Par ailleurs, la modélisation de la circulation atmosphérique montre que le chauffage  par l’étoile est efficacement réparti tout autour de la planète par l’atmosphère, ce qui empêche la condensation de l’atmosphère et de la glace d’eau du côté nuit ou aux pôles.


© LMD/CNRS - Cartes de température à la surface modélisée pour Gliese 581d avec une atmosphère de 20 bars de CO2 et pour différentes vitesses de rotation de la planète. Ces différentes simulations permettent d'envisager le cas où Gliese 581d tourne lentement sur elle-même ou celui où les forces de marées gravitationnelles l'ont figé avec un côté jour permanent et l'autre plongé perpétuellement dans la nuit. Dans tous les cas, la température permet la présence d'eau liquide sur la planète.
Gliese 581d est située à seulement 20 années-lumière de la Terre, ce qui fait d’elle une de nos plus proches voisines hors du système solaire. Pour l’instant, bien sûr, il n’est pas question de rêver d’un voyage interstellaire (la sonde la plus lointaine envoyée par l’homme, Voyager 1, mettrait plus de 300 000 ans pour parcourir la distance). Cependant, cette proximité pourra permettre aux télescopes de demain de détecter directement l’atmosphère de Gliese 581d. En effet, s’il est possible que cette planète puisse être habitable, on peut aussi imaginer qu’elle ait pu conserver une épaisse couche d’hydrogène (comme Uranus et Vénus) ou qu’à l’inverse, dans la première partie de son existence, le fort vent solaire de la jeune étoile ait autrefois complètement soufflé son atmosphère. Pour trancher entre ces différents scénarios, l’équipe de Robin Wordsworth propose quelques observations tests que les astronomes pourront réaliser dans un avenir proche à l’aide d’un télescope suffisamment puissant.

Si Gliese 581d se révélait effectivement habitable, ce serait un endroit bien étrange à visiter : son atmosphère dense et son épaisse couche nuageuse plongerait la surface dans une pénombre rougeâtre et la gravité y serait double de celle de la Terre. Le cas de Gliese 581d illustre la grande variété des climats possibles sur les planètes de la galaxie, une diversité encore bien plus grande que ce à quoi nous sommes habitués dans le système solaire. Il nous montre aussi que pour être propice à la vie, une planète ne doit pas nécessairement ressembler à la Terre.

L'IMPESANTEUR

Qu'est-ce que l'impesanteur ?

Tête en bas, pieds en l’air, cheveux hérissés et sirotant sa boisson comme le capitaine Haddock avec sa boule de Whisky : tel est à peu près le portrait type du spationaute dans son vaisseau. Etrange phénomène que l'impesanteur…

La flamme d'une chandelle en micropesanteur. Les gaz chauds ne montent plus, l'oxygène n'est plus renouvelé, la flamme finit par s'éteindre. Crédits : NASA

De l’opinion générale, il ne se rencontre qu’en des lieux privilégiés et réservés aux voyageurs de l’espace. Méconnu, cet état de lévitation apparente véhicule bon nombre d’idées fausses.

Savez-vous par exemple qu’il n’est pas indispensable d’aller dans l’espace pour se trouver en impesanteur ?
Que dans l’espace, il ne suffit pas de tirer le frein à main au-dessus de l’atmosphère pour être en impesanteur ?
Que les spationautes, loin d’être immobiles, évoluent en réalité à une vitesse inconcevable pour l’esprit ?
Ou encore, que lorsque vous sautez d’un plongeoir vous êtes en impesanteur ?

En impesanteur, dans une station spatiale, vous croyez flotter, et pourtant vous tombez ; vous croyez être dans le vide et pourtant vous respirez…
Quel est donc ce phénomène trompeur ?
 

Impesanteur ou apesanteur ?
Au terme apesanteur, utilisé dans le langage courant, on préfère aujourd’hui celui d’impesanteur, en raison de la confusion orale entre « la pesanteur » et « l’apesanteur ».
Par ailleurs, l’impesanteur est un état théorique et idéal qui n’existe pas en réalité : il subsiste toujours des forces parasites, donc une pesanteur résiduelle.
A bord d’un véhicule spatial, on parle donc en général de micropesanteur, dont la valeur est proche du millionième de la pesanteur terrestre.



2. Une conséquence de l'attraction terrestre

La gravité, toute la gravité, rien que la gravité !

A proximité de la planète, tout objet est attiré vers son centre : c’est l’effet de la gravité, la force d’attraction de la Terre. S’il y a un obstacle (le sol, un immeuble, une table), celui-ci empêche l’objet d’y tomber. C’est la réaction de l’obstacle sur l’objet qui crée la sensation de poids, c’est-à-dire la pesanteur. S’il n’y a aucun obstacle, l’objet tombe sans s’arrêter, en chute libre, jusqu’au centre de la Terre. Durant cette chute, il n’y a donc plus de pesanteur, c’est une situation d’impesanteur.

Aussi surprenant que cela puisse paraître, la pesanteur et l’impesanteur sont des conséquences directes de l’attraction terrestre. Leur seule différence tient à la présence ou non d’un obstacle.

Figure 1 - Debouts ou assis, ces enfants ont la sensation d’être attirés vers le bas. Le sol et la chaise sont les obstacles qui les empêchent de tomber vers le centre de la Terre. Cette sensation de poids est due à la réaction du sol ou de la chaise sur leur corps. La chute de la balle est quant à elle visible car les murs et le sol, eux, ne bougent pas.

Figure 2 - Supposons que le sol se dérobe sous leurs pieds. La pièce entière se trouve précipitée jusqu’au centre de la Terre : les enfants et tous les objets tombent avec la même vitesse de chute (en admettant qu’on se trouve dans le vide) : ils n’éprouvent plus la sensation de poids, ce qui leur donne l’impression de flotter l’un par rapport à l’autre. Pourtant, ils tombent bel et bien ! Ils sont en impesanteur.


Alors pourquoi les spationautes ne retombent-ils pas sur Terre ?
Contrairement à une idée très répandue, les spationautes subissent l’attraction terrestre. Mais lors de leur mise en orbite, l’impulsion leur a été donnée avec une vitesse horizontale suffisante pour qu’ils « tombent » autour de la Terre sans perdre d’altitude, le long d’une trajectoire fermée. C’est le phénomène de satellisation : on dit qu’ils gravitent autour de la Terre.

 
Jargon
Pesanteur et gravité : attention, danger !
La gravité est la force d’attraction qu’un astre (par exemple la Terre) exerce sur un corps quelconque qui se trouve dans sa zone d'influence . Elle diminue à mesure qu’on s’éloigne du sol, mais il n’existe aucun moyen de la supprimer artificiellement. Elle agit sans cesse, qu’on soit en état de pesanteur (assis pas terre) ou d’impesanteur (en cas de chute libre) La pesanteur est un effet direct de la gravité.



Au XVIIème siècle, Galilée montre que la vitesse des corps en chute libre dans le vide est indépendante de leur masse. En orbite autour de la Terre, les spationautes évoluent donc tous à la même vitesse, celle de 28 000 km/h, d’où une immobilité relative entre le vaisseau et ses occupants, à l’origine de leur lévitation apparente.
Expérience
La satellisation
Dessinons un disque sur un tableau. En son centre, un fil de pêche est fixé avec une punaise. A l’autre extrémité du fil, un bout de craie. Lorsqu’on écarte la craie vers le haut du disque et qu’on la relâche, elle retombe verticalement. En revanche, lorsqu’on la lance la craie autour du disque avec une vitesse suffisante, elle tourne autour, tout en restant attirée vers le centre du disque par l’intermédiaire du fil. Ce phénomène est analogue à celui observé par un satellite en orbite.



3. Le monde de l'impondérable

Tout corps céleste suffisamment massif exerce une force d’attraction sur les objets qui reposent à sa surface. L’intensité de la pesanteur varie cependant selon le lieu de la mesure : elle est par exemple 6 fois moins importante sur la Lune que sur Terre.

Le pèse-personne est un outil idéal pour mesurer le poids d’un corps sur Terre. Par abus de langage, on exprime souvent le poids en kilogrammes. En réalité, le pèse-personne mesure un poids en Newton : les graduations donnent en revanche une masse, déduite par rapport à la valeur de la pesanteur terrestre.
Jargon
Poids, masse et pesanteur
La masse (appelée m ) est la quantité de matière contenue dans un objet. Elle s’exprime en kg et est constante quelque soit le lieu de la mesure. Le poids (appelé P) est la force exercée sur la masse d’un objet. On l’exprime en Newton (N) et il est égal au produit de la masse par l’intensité de la pesanteur (appelée g).
Ainsi, avec les notations introduites, le poids est égal à P = mg. Comme la pesanteur varie selon le lieu de la mesure, le poids varie également.


Poids, masse et pesanteur sont 3 notions bien distinctes mais corrélées. Pour cette raison, le poids en impesanteur est inexistant, bien que la masse reste constante : si l’intensité de la pesanteur est nulle, le poids est nul. Inutile de partir avec sa balance dans l’espace, l’aiguille restera désespérément sur 0 !

Sur Terre, on a tendance à se croire très agiles et libres de ses mouvements. En réalité, tous nos gestes sont conditionnés par les effets de la pesanteur. Mais l’absence de poids ne rend pas les choses plus faciles : au pays du « non-poids », les spationautes peuvent éprouver ces gestes quotidiens et en constater toute la difficulté…



Comme tout objet lancé en l'air, un jet d'eau décrit une trajectoire parabolique. Une observation attentive permet de constater son fractionnement en gouttelettes plus ou moins sphériques. Elle ressemblent à celles que les spationautes avalent en impesanteur



4.

Un phénomène trompeur

Nombreuses sont les idées fausses concernant l’impesanteur. Voici les plus répandues :

Conception : Jean-Pierre Penot (CNES) et Bernard Nicolas, illustration : Bernard Nicolas



« L’impesanteur est due au vide » : FAUX !
Une erreur très répandue consiste à dire que le poids d’un individu est du à la pression de l’air sur ses épaules. Le poids d’un objet mesuré dans une enceinte sous vide diffère d’1‰ de celui mesuré à l’air libre.
Pour s’en convaincre, il suffit de considérer un spationaute sur la Lune : il est dans le vide mais bien en état de pesanteur, même si l’intensité de la pesanteur est plus faible que sur Terre.
A l’inverse, les spationautes dans une station spatiale sont en impesanteur sans pour autant être dans le vide, auquel cas ils ne pourraient pas respirer !

Conception : Jean-Pierre Penot (CNES) et Bernard Nicolas, illustration : Bernard Nicolas



« L’impesanteur est due à l’éloignement de la Terre » : FAUX !
A 400 km d’altitude, où évoluent les stations comme l’ISS, les spationautes sont en impesanteur, alors que l’attraction terrestre n’y est plus faible que de 10 %. La gravité disparaît effectivement à mesure qu’on s’éloigne de la Terre, mais il faudrait être à des centaines de millions de km pour qu’elle soit nulle.

« Dans l’eau, je suis en impesanteur » : FAUX !
Dans l’eau, même si le corps semble très léger et agile, le poids n’a pas disparu. Il est compensé par en raison de l'égalité de densité entre l'eau et le corps humain. Alors que sur Terre, la réaction de l'obstacle ne s'applique qu'au point de contact (souvent les pieds), dans la piscine, la réaction de l'eau se répartit sur l'ensemble du corps.
Cette force est la poussée d’Archimède.



 
Le saviez-vous ?
La poussée d'Archimède
« Tout corps plongé dans un fluide subit une poussée verticale, dirigée de bas en haut, égale au poids du fluide déplacé ».
Cette loi a été énoncée par le savant grec Archimède (287 – 212 av. J.C.) La légende dit qu’il en prit brutalement conscience dans son bain, s’élançant alors dans la rue en criant « Eurêka ! Eurêka ! »
Savant complet, il est à l’origine de nombreuses théories… et a également inventé le boulon, formé d’une vis et d’un écrou !



5. Un état difficile à reproduire sur Terre

Si le vide est facile à obtenir sur Terre, l’impesanteur – plus exactement la micropesanteur – est un état difficile à reproduire. Difficile, mais pas impossible. Différents moyens sont actuellement utilisés pour recréer une situation de chute libre.

Crédits : Airbus Industries

Les tours et puits à chute libre, de quelques centaines de mètres, permettent d’obtenir de 3 à 10 s de micropesanteur grâce à une chute libre verticale. Souterraines ou en surface, ces infrastructures de quelques centimètres à quelques mètres de diamètre sont utilisées pour mener des expériences en physique des matériaux ou de recherche fondamentale.

Le vol parabolique, effectué à bord d’un avion spécialement aménagé, permet d’obtenir une chute libre à trajectoire parabolique. Comme un projectile, l’avion est propulsé avec une forte impulsion de départ. Sous l’action de la seule gravité, il revient vers la Terre. Il est en chute libre pendant environ 20 s. De nombreuses expériences de tous types peuvent alors être réalisées. C’est également le seul moyen permettant d’embarquer des hommes.

La fusée-sonde Maxus à Kiruna en Suède. Elle peut embarquer plus de 400 kg de matériel expérimental dans la haute atmosphère et les soustraire à 1/4 d'h d'impesanteur. Crédits : ESA/ER+SRANGE/Lars Thulin

6. Un laboratoire particulier

Plus qu’un simple jeu pour les spationautes, l’impesanteur est avant tout un laboratoire particulier pour les scientifiques. En annulant artificiellement la pesanteur, des expériences totalement nouvelles et impossibles à réaliser sur Terre peuvent être menées.

Par exemple, les mélanges entre solides et liquides ont des réactions tout à fait différentes en impesanteur : sans poids, des éléments comme l’eau et le sable forment un mélange homogène. En les solidifiant, on peut fabriquer des matériaux difficiles à créer sur Terre.

Les effets de la pesanteur ont une influence sur notre représentation de l’espace en 3 dimensions. En impesanteur, notre perception du temps ou de l’orientation est différente. Les expériences réalisées à ce sujet sont destinées à mieux comprendre les mécanismes cérébraux et leurs dysfonctionnements.

Equipement porté par les spationautes en orbite afin de favoriser le déplacement du sang vers les pieds et ainsi les préparer au retour sur Terre. Crédits : NPO Energia