Mouvement de cisaillement dans un fluide plasmatique complexe en apesanteur sur la Station spatiale internationale. Cette image fait partie de l'expérience Plasma Kristall-4. Crédit :DLR
Une recette pour comprendre les structures atomiques :
Cela fait partie de la formule pour Plasma Kristall, la plus longue série d'expériences de l'histoire des vols spatiaux habités et les résultats de la dernière campagne reviendront sur Terre la semaine prochaine dans le vaisseau Soyouz avec l'astronaute de l'ESA Alexander Gerst.
La recette est issue d'une collaboration euro-russe qui mijote depuis 1998. Après avoir roulé sur des vols paraboliques, fusées-sondes et la station spatiale Mir, l'expérience a trouvé une nouvelle maison à la Station spatiale internationale en 2001.
Notre monde est fait d'atomes et de molécules, mais même avec le microscope le plus puissant, nous ne pouvons pas les voir se déplacer dans les liquides ou les solides. Exécuter des expériences en apesanteur permet aux chercheurs d'acquérir de nouvelles connaissances sur l'interaction des atomes en utilisant de minuscules particules de plastique qui se comportent comme des atomes.
L'astronaute de Roscosmos Sergei Prokopyev lors de l'installation et de la mise en service du nouveau matériel dans le laboratoire européen Columbus sur la Station spatiale internationale en juillet 2018. Sergei a réalisé la cinquième campagne de Plasma Kristall-4 en novembre 2018. Crédit :ESA/Roscosmos
"Faire cette recherche sur Terre n'est pas possible - Plasma Kristall modélise les interactions atomiques à plus grande échelle, rendre leur mouvement visible pour nous, " explique Hubertus Thomas, scientifique principal de cette expérience au Centre aérospatial allemand, DLR.
Hubertus a suivi la recherche sur le plasma en microgravité lors de l'expérience lorsque le premier équipage est arrivé à la Station spatiale et l'a allumée. Récemment, un problème avec la vanne qui régule le débit de gaz a forcé une pause de 18 mois. Avec une vanne récemment rénovée, Plasma Kristall-4 (ou PK-4) a repris ses activités le mois dernier.
Atomes proxy de retour à la science
Un plasma est un gaz chargé électriquement, un peu comme l'éclair, qui se produit rarement sur Terre. Il est considéré comme le quatrième état de la matière, distinct du gaz, liquides et solides.
Plasma Kristall-4. Crédit :Michael Kretschmer
"Nous excitons les particules à l'aide de champs électriques, un laser et des changements de température pour les déplacer dans le plasma, " dit Hubertus.
Ces manipulations provoquent une forte interaction des atomes proxy, conduisant à des structures organisées – cristaux de plasma. Les particules de PK-4 sont faites de plastique et se lient les unes aux autres ou se repoussent comme le font les atomes sur Terre dans un fluide.
"En ajustant la tension à travers la chambre d'expérimentation, nous pouvons adapter leurs interactions, et observer chaque microparticule individuellement et comme au ralenti, " explique Hubertus. En utilisant PK-4, les chercheurs du monde entier peuvent suivre comment un objet fond, comment les ondes se propagent dans les fluides et comment les courants changent au niveau atomique.
La dernière série scientifique a couvert les transitions de phase, mouvements microscopiques et forces de cisaillement. Les forces de cisaillement sont un sujet très brûlant en physique fondamentale. Ces forces poussent une partie d'un corps dans une direction spécifique, et une autre partie en sens inverse, comme par exemple la pression de l'air le long de l'avant d'une aile d'avion.
L'avenir du plasma
La start-up allemande Terraplasma Medical de l'ESA Business Incubation Center Bavaria a développé un traitement contre les infections bactériennes des plaies en appliquant du « plasma froid » issu d'expériences sur la Station spatiale internationale. Crédit :Agence spatiale européenne
Cette recherche est principalement un savoir de manuel pour les futurs scientifiques et ingénieurs. "Si vous aviez demandé à Einstein à quoi servait sa théorie de la relativité, il n'aurait jamais répondu que c'était pour construire un système de navigation pour votre téléphone portable, " précise Hubertus.
Une équipe de scientifiques a déjà utilisé le savoir-faire issu du développement technologique de cette expérience spatiale pour concevoir des dispositifs à plasma pour la désinfection des plaies à température ambiante. Cette révolution dans le domaine de la santé a de nombreuses applications pratiques, de l'hygiène alimentaire au traitement de différents types de maladies de la peau, purification de l'eau et gestion des odeurs.
