Des années de préparation, et la finale est terminée dans six minutes. Ce mois-ci, une fusée-sonde lancera deux expériences de l'ESA à une altitude de 260 km pour offrir six minutes d'apesanteur lors de leur chute libre sur Terre.

Les fusées transportant des satellites en orbite sont généralement lancées à partir de sites autour de l'équateur, comme le port spatial européen à Kourou, Guyane Française. Il existe des alternatives pour les expériences en microgravité et l'ESA mène des campagnes Maser depuis le centre spatial d'Esrange en Suède, tirer 400 kg d'équipement scientifique dans le ciel.

La campagne de cette année accueillera des enquêtes sur les détails les plus fins de la fonte des métaux et sur la façon dont les fluides s'évaporent.

Évaporation des nano-liquides

Le contrôle de la température est une préoccupation constante des ingénieurs sur Terre, mais encore plus dans l'espace où l'environnement extrême nécessite des solutions innovantes pour maintenir les équipements et les astronautes à la bonne température.

L'expérience ARLES (Advanced Research on Liquid Evaporation in Space) étudie comment les liquides s'évaporent en microgravité. La recherche se concentre sur la compréhension de la meilleure façon d'utiliser les liquides pour transférer la chaleur et pourrait aider à améliorer les systèmes de contrôle thermique dans l'espace.

L'expérience évaporera à plusieurs reprises des gouttelettes de moins de 10 microlitres en microgravité dans différentes conditions, y compris l'ajout d'un champ électrique au mélange, pour voir comment elles se comportent. La vidéo infrarouge et les interféromètres enregistrent le processus que les chercheurs du monde entier peuvent analyser.

Un liquide comprendra des nanoparticules de graphène, un matériau qui intéresse particulièrement la communauté scientifique. L'expérience permettra également de mieux comprendre comment les nanoparticules présentes dans le fluide recouvrent les surfaces à mesure que le fluide s'évapore.

Danièle Mangini, Le coordinateur scientifique de l'ESA pour l'expérience a déclaré :"Cette technique pourrait être une nouvelle façon de créer des revêtements intelligents, membranes et capteurs et même créer des nano-structures complexes. Les nanoparticules sont difficiles à tester en milieu clos sur la Station spatiale internationale, une campagne de fusées-sondes est donc idéale pour cette expérience.

"L'apesanteur est nécessaire pour cette analyse. Sur Terre, la gravité entraîne une dispersion inégale des dépôts, ce qui est souvent préjudiciable aux applications. Il est plus difficile d'étudier les phénomènes sous-jacents car de nombreux effets, comme la sédimentation, la thermo-capillarité et la convection naturelle rendent difficile de se concentrer sur ce qui nous intéresse.

"Les six minutes passionnantes en microgravité permettront à l'équipe scientifique de démêler les processus, aider à comprendre les signatures caractéristiques lors du dépôt et de l'auto-assemblage de nanoparticules."

Cristaux de métal en croissance

Dans la deuxième expérience de l'ESA, des particules seront également ajoutées à un alliage de métal fondu pour améliorer les propriétés résultantes. L'expérience XRMON est un dépliant récurrent sur les fusées-sondes et étudie comment les alliages métalliques se forment, cherchant à améliorer les matériaux que nous utilisons dans notre vie quotidienne.

Lors de cette 14e campagne Maser, un morceau d'alliage aluminium-cuivre de 0,2 mm d'épaisseur sera fondu puis solidifié en apesanteur. Un faisceau de rayons X illuminera l'échantillon métallique et une caméra l'enregistrera, semblable à une radiographie médicale.

"Nous enseignons comment les métaux se solidifient aux étudiants à l'université, et cela nous permet vraiment de le voir se produire, en apesanteur", explique le coordinateur scientifique de l'ESA pour cette expérience Wim Sillekens.

Les chercheurs s'intéressent à la façon dont les microstructures se forment à mesure que le métal se solidifie.

"Sur Terre, les cristaux de cet alliage vont monter dans le liquide au fur et à mesure qu'ils se forment, un peu comme la façon dont les cristaux de glace d'eau deviennent des glaçons et monteront au sommet de votre boisson, " poursuit Wim, "en apesanteur, il n'y a pas de flottabilité - dans l'espace, un glaçon resterait en suspension dans votre boisson - ce qui nous permet d'étudier plus facilement le processus de formation des cristaux."

L'expérience XRMON s'est déroulée sur la campagne Maser 12 en 2012, puis sur la campagne Maser 13 en 2015, mais avec des paramètres différents permettant aux chercheurs de comparer les données et l'alliage coulé pour améliorer encore les techniques.

Terre à terre

Il ne faut que 45 secondes à la fusée Maser pour quitter l'atmosphère et elle atterrit sur Terre en moins de 15 minutes. Les parachutes se déploient pour réduire l'impact du toucher des roues à 30 km/h dans la nature sauvage de la Suède.

Antonio Verga, le responsable des charges utiles et plates-formes hors Station spatiale de l'ESA, dit "Les hélicoptères renverront les expériences à Esrange et l'ensemble du processus sera terminé en deux heures, mais les résultats uniques donnent généralement de nombreuses années de données à traiter et à analyser !"

Les vols font partie du programme SciSpace de l'ESA qui permet aux chercheurs de mener des expériences en gravité altérée - de l'hypergravité à la Station spatiale internationale - pour étudier notre Univers et améliorer la technologie que nous utilisons dans l'espace et dans la vie quotidienne. Une autre campagne de fusées-sondes aura lieu en octobre de cette année.

Une autre plate-forme d'expérimentation en microgravité est le laboratoire Space Rider. À lancer sur une fusée Vega-C, le laboratoire spatial de haute technologie peut contenir jusqu'à 800 kg de charges utiles à l'intérieur de la soute à environnement contrôlé qui fonctionnera en orbite terrestre basse pendant au moins deux mois avant de renvoyer ses charges utiles sur Terre.

Comme des fusées-sondes, Space Rider permettra une gamme d'expériences en microgravité et ouvrira des opportunités pour des missions éducatives, à partir de 2022.