En direction de Mercure

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Un grand arc dans le ciel nocturne au-dessus de Kourou : BepiColombo a décollé d

Un grand arc dans le ciel nocturne au-dessus de Kourou : BepiColombo a décollé du port spatial euro-péen en Guyane française le 20 octobre 2018. Sa destination : Mercure. Image : ESA

Un satellite de l’Agence spatiale européenne (ESA) a été lancé en octobre dernier : BepiColombo, qui se dirige vers Mercure - avec la technologie de l’Empa à bord. Des composants individuels du senseur d’un spectromètre de masse à temps de vol ont été revêtus et soudés avec soin par l’Empa. L’expertise de l’Empa sera également à l’honneur dans desmissions futures de l’ESA.

La destination : Mercure. La sonde spatiale BepiColombo, du nom de Giuseppe (Bepi) Colombo, a décollé en octobre 2018 et s’est lancée dans le long voyage vers la planète la plus proche du soleil afin de la cartographier et de déterminer la composition géologique et chimique de sa surface. L’un des instruments à bord est un spectromètre de masse à temps de vol, dont certains composants ont été développés à l’Empa.

Hans-Rudolf Elsener du laboratoire Technologie d’assemblage et corrosion de l’Empa a co-développé et construit une structure en céramique métallique qui peut être chauffée selon un procédé complexe. Les plaquettes de silicium qui y sont montées convertissent les particules neutres en particules chargées. Grâce aux réchauffeurs de l’Empa, cette conversion est beaucoup plus efficace, car des dépôts de substances organiques combinés à un rayonnement cosmique endommageraient irréversiblement les plaquettes. Le chauffage régulier garantit que la sensibilité de mesure de l’instrument ne soit pas affectée.

Comme les sondes spatiales doivent être légères et que l’espace sur celles-ci est limité, le poids est réduit autant que possible, même sur les composants les plus petits. Prenons l’exemple de la structure chauffée de la mission spatiale européenne et japonaise à Mercure. Les vis et le câblage sont problématiques et gaspillent de l’espace. Par conséquent, les composants doivent être soudés, ce qui entraîne des difficultés supplémentaires. Elsener a assemblé la structure de chauffage en céramique d’oxyde de titane et d’aluminium avec du germanium d’or dans un four sous vide. Ce faisant, il devait veiller à ne pas endommager les différents éléments chauffants pendant le processus de brasage.

Les céramiques sont extrêmement sensibles à la chaleur et les matériaux de brasage ayant des propriétés thermiques différentes provoquent des tensions mécaniques élevées qui peuvent endommager ou même détruire des composants. C’est pourquoi Elsener commence par revêtir tous les composants dune structure métal-céramique afin qu’il puisse souder à des températures bien plus basses grâce à ce revêtement. Les composants survivent ainsi indemnes au processus de brasage. Cela exige une interaction complexe entre le savoir-faire matériel et la dextérité.

Elsener imprime, enduit et soude les pièces délicates en céramique pour le compte de l’Université de Berne et peut s’appuyer sur de nombreuses années d’expérience. Après tout, outre BepiColombo, d’autres missions se profilent à l’horizon. Par exemple, Elsener a également fabriqué des radiateurs en céramique pour les missions CHEOPS et JUICE de l’ESA (voir encadré ci-dessous), et ils seront également installés lors de la prochaine mission LUNA. Les radiateurs en céramique ne mesurent que 20x15 millimètres et ont une épaisseur de 1,3 millimètre, ce qui exige la plus grande précision. Ils sont produits dans le cadre d’une collaboration bien huilée entre l’Empa et l’Université de Berne, où Elsener s’occupe également de la mise au point des appareils de chauffage. L’Université de Berne a déjà fait appel au savoir-faire de l’Empa et au savoir-faire d’Elsener pour les composants du spectromètre de masse Rosina dans le cadre de la mission ROSETTA vers la comète Churyumov-Gerasimenko en 2017.

La sonde spatiale composée de quatre parties BepiColombo est partie pour Mercure le 20 octobre 2018 et devrait fournir une description complète de la planète avec des indices sur son histoire. BepiColombo a été développé dans le cadre d’une coopération entre l’ESA et l’agence spatiale japonaise JAXA. Jusqu’à son arrivée sur Mercure, la sonde effectuera un appui gravitationnel de la Terre (2020) et deux autres appuis gravitationnels de Vénus (2020/2021), suivies de six appuis gravitationnels de Mercure lui-même avant que BepiColombo puisse pénétrer sur l’orbite de la planète en 2026. La mission devrait se terminer en 2027.

CHEOPS devrait être prêt à décoller début 2019 et supporterla recherche de planètes potentiellement habitables dans d’autres systèmes solaires. Le satellite mesure la luminosité des étoiles, qui diminue légèrement lorsqu’une exoplanète passe devant son étoile mère. La taille de l’exoplanète peut être déterminée à partir de la diminution de la luminosité pendant un tel transit. Des instituts de 11 pays européens participent à la mission CHEOPS. Le satellite lui-même a été construit à l’Université de Berne. Hans-Rudolf Elsener a fabriqué les cinq appareils de chauffage utilisés sur CHEOPS dans son laboratoire de l’Empa.

Le lancement de la mission Jupiter JUICE est prévu pour juin 2022. L’objectif de la sonde spatiale est d’étudier les lunes galiléennes de la planète Jupiter et de décoller du Centre Spatial Guyanais avec une fusée Ariane 5. Les appareils de chauffage de l’Empa soutiennent le Particle Environment Package (PEP), un spectromètre pour la mesure des particules neutres et chargées. Lors du voyage vers Jupiter, JUICE effectuera des appuis gravitationels de la Terre, de Vénus et de Mars avant d’atteindre sa destination sept ans et demi plus tard. Une fois sur place, JUICE passera ensuite trois ans et demi à recueillir des données.