Si vous avez déjà fabriqué une grue en papier origami, en utilisant des plis et des plis pour transformer un morceau de papier kraft carré en délicat oiseau à long cou, il peut sembler étrange que ces mêmes techniques de pliage soient utilisées pour développer des structures utilisées dans l'un des les domaines les plus avancés de la technologie moderne :les missions spatiales.

Pourtant, les ingénieurs aérospatiaux se sont tournés vers l'art millénaire de l'origami pour résoudre une sérieuse énigme :comment intégrer des structures massives, comme des boucliers qui peuvent bloquer la lumière des étoiles et des voiles qui peuvent aider à propulser des engins spatiaux, dans les fusées beaucoup plus petites qui transportent ces structures dans l'espace ? Bien que la taille de chacune de ces structures varie, imaginez-vous en train d'essayer d'installer un parasol de 28 mètres de diamètre (environ la longueur d'un terrain de basket) dans une fourgonnette.

Trouver la réponse à cette question est essentiel pour permettre les futures missions spatiales qui rechercheront un jour des exoplanètes et des engins spatiaux semblables à la Terre qui permettront de mieux mesurer le système terrestre à l'aide de la télédétection radar. Et à la pointe de l'utilisation des principes de l'origami pour découvrir des solutions potentielles à ce problème se trouve l'ingénieur en aérospatiale Manan Arya.

"Lorsque nous parlons de grandes structures en forme de feuille, comme des panneaux solaires ou des réflecteurs d'antenne pour engins spatiaux, elles ressemblent à de grandes et minces feuilles de matériau", explique Arya, qui dirige le Stanford Morphing Space Structures Lab. "C'est donc assez naturel de penser, 'oh, nous mettons des plis, nous mettons des plis partout.'"

Les mathématiciens et les physiciens sont devenus de plus en plus intrigués par l'origami au cours des 30 dernières années, explique Arya, en particulier pour comprendre la mécanique du pliage de matériaux minces en forme de feuille. L'origami, explique Arya, soulève de nombreuses questions et problèmes concernant la géométrie, les motifs de pliage et la mécanique du pliage et du froissement de matériaux en forme de feuille comme le papier. "Un certain nombre de ces problèmes ont été abordés par des mathématiciens et des physiciens, et un certain nombre de ces problèmes séduisants ne sont pas résolus."

Ils ne sont pas les seuls à avoir connu le charme de l'origami. "Au cours des 20 dernières années environ", dit-il, "il y a eu de plus en plus d'ingénieurs qui ont pris toutes ces sortes d'idées mathématiques et physiques et les ont adaptées pour les utiliser dans la fabrication de produits."

Arya a commencé dans ce domaine en tant qu'étudiant de premier cycle à l'Université de Toronto alors qu'il travaillait avec des voiles solaires, qui sont des voiles très fines qui utilisent le rayonnement solaire pour propulser de petits engins spatiaux, les libérant du besoin de transporter un propulseur lourd. Pour capter autant de rayonnement que possible, ces voiles solaires sont massives, jusqu'à 20 mètres sur 20, tandis que le vaisseau spatial lui-même a la taille d'une miche de pain. "Très rapidement, j'ai viré au problème de savoir comment emballer ces voiles dans le vaisseau spatial ?" dit Arya. "Cela a fini par être un problème assez intéressant en termes de comment emballer cela, comment plier cela, et c'est ainsi que je suis entré dans l'origami."

Arya est diplômé de l'Université de Toronto en 2011 et a obtenu son doctorat. en 2016 de Caltech. Avant d'arriver à Stanford plus tôt cette année, il a apporté son intérêt pour l'origami au Jet Propulsion Laboratory de Caltech. Là-bas, il a conçu et testé des schémas de pliage inspirés de l'origami pour aider à résoudre un défi important dans l'ingénierie aérospatiale :la recherche d'exoplanètes semblables à la Terre.

La recherche de telles exoplanètes est un domaine d'exploration critique au sein de la NASA, mais essayer de trouver ces planètes, dit Arya, c'est "comme essayer de prendre une photo d'une luciole qui plane à côté d'un projecteur". Les étoiles autour desquelles ces exoplanètes orbitent sont 1 à 10 milliards de fois plus brillantes que la planète elle-même, de sorte que même les télescopes les plus puissants ont du mal à capter leur relative faible lueur. (Selon Arya, si vous faites le calcul, prendre une photo de la luciole est mille fois plus facile.)

Une solution possible à ce défi consiste à créer un appareil appelé starshade, qui est essentiellement un grand disque qui crée une sorte d'éclipse artificielle qui peut supprimer la lumière des étoiles d'un facteur de 10 milliards, permettant aux scientifiques de voir enfin les exoplanètes qu'ils recherchent. . Le modèle d'Arya pour un starshade est or brillant et réfléchissant, avec une spirale se déroulant comme une fleur épanouie. Lorsqu'il est entièrement déplié, le starshade d'Arya mesure 26 mètres de diamètre, soit environ la longueur d'un terrain de basket, et a été conçu pour tenir dans un cylindre d'environ 2 mètres de haut et 2,5 mètres de diamètre.

Mais aussi élégant et visuellement frappant soit-il, il dit qu'il n'est pas tout à fait prêt à être déployé. "Starshade ne volera pas dans sa version actuelle. Nous sommes encore très en développement technologique", déclare Arya. En effet, explique-t-il, la NASA souhaite que les nouvelles technologies soient à un certain niveau de préparation technologique, ou TRL, avant d'être intégrées aux missions spatiales. Starshade se situe entre TRL4 et TRL5, ce qui signifie qu'il a besoin de plus de tests et d'analyses avant d'atteindre TRL6, c'est-à-dire lorsque la NASA commence à se préparer pour une mission spatiale.

Plus récemment, Arya s'est intéressée à l'origami qui ne commence pas par ce qui est essentiellement une simple feuille de papier plate, mais plutôt quelque chose qui s'apparente davantage au pliage d'un énorme morceau de chou frisé. "C'est froufrou, il y a toute cette ondulation; vous ne pouvez jamais aplatir ce morceau de chou frisé", explique Arya. Les ondulations ajoutent de la résistance et de la stabilité aux structures des engins spatiaux, ce qui leur permet d'assumer des fonctions supplémentaires, telles que le support de charge, qui ne sont pas possibles avec des matériaux minces en forme de feuille. Pour Arya, cela présente une nouvelle série de défis :comment prendre les règles de l'origami, qui ont été développées pour des feuilles de papier plates, et les appliquer à des choses qui ne sont pas plates ?

Chez les puristes de l'origami, cela peut sembler un pli trop loin. Les aficionados traditionnels de l'art s'attendent à ce que chaque motif d'origami commence par une seule feuille de papier, sans coupures, sans collage de plusieurs feuilles de papier ensemble. Mais alors qu'Arya entre dans le domaine de l'emballage de structures spatiales ressemblant à du chou frisé, il sait qu'il va devoir enfreindre cette règle cardinale. "Nous sommes des ingénieurs, n'est-ce pas ? Nous pouvons faire des coupes. Nous pouvons coller plus de papier ou empiler plusieurs feuilles de papier ensemble. Et cela donne lieu à des comportements intéressants, des mécanismes intéressants qui sont utiles pour les ingénieurs."

En effet, à mesure que les règles se déforment et se brisent, le nombre de solutions pour transformer les structures spatiales augmente. "L'espace de conception", déclare Arya, "est illimité". + Explorer plus loin

Des ingénieurs explorent l'origami pour créer un vaisseau spatial pliable