Une station de recherche éloignée et inoccupée en Antarctique a, pour la première fois, collecté d'importantes mesures scientifiques du climat, l'ozone et la météo spatiale grâce à une technologie révolutionnaire développée par les ingénieurs de British Antarctic Survey (BAS).

La technologie a été développée pour assurer la poursuite des mesures pendant les mois d'hiver à la station de recherche Halley. La station fonctionne actuellement pendant l'été seulement et est inoccupée depuis février de cette année. Fonctionnant à des températures inférieures à -40 °C, un système d'alimentation innovant basé sur une micro-turbine a collecté des données pendant 123 jours.

Fissures dans la banquise Brunt, sur laquelle se trouve la station de recherche Halley, ont suscité des inquiétudes quant à la stabilité de la plate-forme de glace et la décision de ne pas engager le personnel à hiverner à la station jusqu'à ce que la stabilité de la plate-forme de glace puisse être assurée. L'équipe d'été qui a quitté la station le 25 février a installé un système d'alimentation autonome innovant pouvant générer jusqu'à 30 kW d'électricité et faire fonctionner une suite d'instruments scientifiques.

Le cœur du système d'alimentation est une micro-turbine Capstone C30, semblable à un moteur à réaction, qui est logé dans un conteneur spécialement conçu à température contrôlée, avec une alimentation continue en carburant et en données. Cela peut être contrôlé depuis le siège de BAS à Cambridge, et a fourni une puissance continue d'environ 9 kW depuis sa première mise sous tension en janvier.

Thomas Barningham, Chef de projet du projet Halley Automation chez British Antarctic Survey (BAS), dit:

"C'est la première fois qu'une micro-turbine est utilisée en Antarctique pour alimenter l'instrumentation de manière autonome. Nous sommes ravis que notre conception fonctionne et que nous puissions collecter des données pendant les mois d'hiver froids et sombres. Nous étions convaincus que nous avions une bonne conception, mais les conditions hivernales antarctiques sont brutales, donc vous ne savez jamais exactement ce qui pourrait arriver. Jusqu'à présent, les systèmes ont fonctionné à des températures aussi basses que 43 °C et ont résisté à des vents allant jusqu'à 43 nœuds."

David Vaughan, Le directeur scientifique de BAS déclare :

« Il s'agit d'un projet vraiment innovant et le fait qu'il se soit poursuivi sans faille jusqu'au milieu de l'hiver est une réussite majeure pour nos ingénieurs et scientifiques. Je suis ravi que le programme crucial de mesure à long terme du climat, l'ozone et la météo spatiale se poursuivent aujourd'hui grâce aux compétences et à l'ingéniosité de nos ingénieurs. La perspective de fournir une science aussi complexe à partir d'endroits éloignés sans avoir besoin d'avoir des gens sur le terrain toute l'année ouvre de nombreuses opportunités. Même s'il faudra un certain temps avant que nous ayons un système entièrement résilient, je croise les doigts pour que le système continue de tourner jusqu'à la fin de l'hiver afin que nous puissions enregistrer la formation et la récupération du trou d'ozone antarctique annuel de septembre à octobre - ce serait un triomphe majeur !"

Mike Rose, Responsable de l'ingénierie chez BAS, dit:

"Même si c'est sur la glace, nous avons abordé cela d'une manière similaire à la conception d'un satellite dans l'espace, avec plusieurs composants redondants, avec de grandes quantités de collecte et de contrôle de données, cela a été vraiment intéressant pour toutes les personnes impliquées.

« Les principaux défis pour nous étaient de maintenir un approvisionnement continu en carburant de la micro-turbine et d'assurer une température stable à l'intérieur de son boîtier. Une fois la preuve de concept réalisée, nous avons été ravis de voir les données arriver, et nous espérons que cela continuera pour le reste de l'hiver."

Les équipes retourneront à la station de recherche Halley en novembre pour le début de la saison sur le terrain en Antarctique.

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Les faits de Halley Automation en un coup d'œil :

• 81 sans pilote, automatique, événements de ravitaillement à ce jour (depuis le dernier démarrage, 09fév19 au 24juin19)
• 136 jours d'autonomie (depuis le dernier démarrage, 09fév19 au 24juin19)
• ~30 MWh d'électricité (depuis le dernier démarrage, 09fév19 au 24juin19)
• Résiste à des températures ambiantes jusqu'à—43ºC
• Résiste à des vents allant jusqu'à 43 nœuds
• Tourne à 70, 000 tr/min jour et nuit
• Consomme environ 10 % du carburant normalement brûlé pendant la même période en présence de personnes
• La consommation de carburant est d'environ 6 litres par heure pour les 280 jours de l'hiver antarctique

La liste complète des équipements scientifiques en cours d'automatisation comprend :

Systèmes de terrain à faible puissance

• 3 x stations météorologiques automatiques (météorologie et climat)
• 1 x moniteur d'ozone troposphérique autonome (chimie troposphérique)
• 1 x récepteur VLF autonome (observations de la météo spatiale et de la haute atmosphère)
• 1x Auto MOSAIC (chimie mésosphérique)
• 1x LPM (météo spatiale)
• Réseau GPS complet sur la banquise Brunt

Équipement alimenté par la micro-turbine

• AutoDobson—une version entièrement automatisée de l'instrument qui était responsable de la découverte du trou dans la couche d'ozone. Cette année représente la première année de mesures sans pilote (surveillance de l'ozone stratosphérique)
• Une gamme d'instruments dans la zone de calme électromagnétique de Halley qui sont utilisés en collaboration à l'échelle mondiale pour comprendre la météo spatiale et, par exemple, alimenter les capacités mondiales de détection d'éclairage en temps réel. 7x expériences, y compris le récepteur VLF, magnétomètres et un riomètre (observation de la météo spatiale et de la haute atmosphère)
• Instrumentation météorologique surveillant les conditions météorologiques locales (par exemple, la couverture nuageuse) et le climat à long terme (météorologie et climat)
• 1x moniteur d'ozone troposphérique (chimie troposphérique)
• 1x moniteur d'oxydes d'halogène (chimie troposphérique)
• Liaison de données transférant 1 Go de données scientifiques et de surveillance à Cambridge par jour