Construire un sous-marin devient délicat lorsque la température descend à -300 degrés Fahrenheit et que l'océan est composé de méthane et d'éthane.

Des chercheurs de la Washington State University travaillent avec la NASA pour déterminer comment un sous-marin pourrait fonctionner sur Titan, la plus grande des nombreuses lunes de Saturne et la deuxième plus grande du système solaire. L'agence spatiale prévoit de lancer un véritable sous-marin dans les mers de Titan au cours des 20 prochaines années.

Les chercheurs ont recréé un océan Titan dans un laboratoire. Ils ont publié un article sur leur travail dans la revue, Équilibre des phases fluides .

Titan est d'un intérêt particulier pour les chercheurs car il est similaire à la Terre d'une manière importante, il contient du liquide. Contrairement à presque partout ailleurs dans le système solaire, la surface de la lune comprend des océans, rivières et nuages, et comme sur terre, il peut pleuvoir. Mais, à la place de l'eau, le cycle hydrologique est basé sur le méthane.

En raison des leçons possibles qu'il pourrait fournir ici sur Terre, La NASA étudie Saturne et ses lunes depuis plus d'une décennie grâce aux données recueillies par la sonde Cassini.

Le sous-marin que l'agence conçoit devra fonctionner de manière autonome. Il devra étudier les conditions atmosphériques et océaniques, se déplacer sur les fonds marins, et planer au niveau ou au-dessous de la surface. L'ingénierie est encore plus délicate car, contrairement à l'eau presque homogène des océans terrestres, la concentration d'éthane et de méthane peut varier considérablement dans les océans Titan et modifier les propriétés de densité du liquide.

Invitation de la NASA

Ian Richardson, un ancien étudiant diplômé de l'École de génie mécanique et des matériaux, eu la chance de découvrir comment la NASA pourrait construire un sous-marin pour les conditions extrêmes. Dans le laboratoire cryogénique de WSU, qui étudie les matériaux à des températures très froides, Richardson a recréé l'atmosphère de Titan et testé comment une petite machine chauffée pouvait fonctionner dans de telles conditions.

Richardson, qui détient un baccalauréat en génie mécanique de WSU, s'intéresse depuis longtemps aux technologies de l'espace et de l'exploration spatiale. Il a été le tout premier récipiendaire d'une bourse de recherche en technologie spatiale de la NASA par la WSU, qui comprenait un stage au Glenn Research Center de la NASA à Cleveland, Ohio. C'est alors qu'il travaillait comme stagiaire sur un problème distinct qu'un scientifique de la NASA l'a approché avec le problème de la conception d'un sous-marin pour Titan.

"Ma recherche vient de prendre un virage à droite, et je suis parti avec, " a déclaré Richardson. " C'est une expérience folle, et je n'aurais jamais pensé que j'aurais eu cette opportunité. Cela a été un problème de conception expérimentale très amusant et stimulant."

Simulation des mers de Titan

L'équipe de recherche WSU a construit une chambre d'essai qui abritait le mélange liquide à des températures très froides pour simuler les mers de Titan. Ils ont ajouté un deux pouces, cartouche chauffante en forme de cylindre qui se rapprocherait de la chaleur qu'un sous-marin produirait.

L'un des plus grands défis pour les chercheurs était de comprendre les bulles dans les mers de Titan. Ajoutez un sous-marin propulsé par une machine produisant de la chaleur dans le liquide Titan très froid, et des bulles d'azote se formeront. Trop de bulles rendrait difficile la manœuvre du navire, voir, prendre des données et gérer les systèmes de ballast.

Tournage vidéo à -300 degrés

Le prochain gros problème, dit Richardson, recevait une vidéo dans des conditions difficiles. Leur étude a été menée à 60 livres par pouce carré de pression et près de -300 degrés Fahrenheit. Le groupe de Richardson a conçu une solution utilisant un dispositif optique appelé endoscope et caméra vidéo capable de résister aux basses températures et aux hautes pressions pour visualiser ce qui se passait dans la chambre d'essai.

"Ce ne sont pas les conditions les plus amicales, " at-il dit. " Vous devez trouver des solutions créatives. "

Les chercheurs ont réussi et ont pris des séquences vidéo de pluie et de neige d'éthane-méthane. Le groupe a également étudié les températures de congélation des lacs de méthane et d'éthane et a déterminé que, à cause d'une petite quantité d'azote dans le liquide, les lacs gèlent à des températures plus basses que prévu :75 Kelvin, ou -324 degrés Fahrenheit, au lieu de 90,5 Kelvin.

"C'est une grosse affaire, '', a déclaré Richardson. "Cela signifie que vous n'avez pas à vous soucier des icebergs."

Les chercheurs cherchent à poursuivre le travail avec la NASA pour mettre à jour la conception du sous-marin Titan.