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Les richesses insoupçonnées de l'espace

RIDHA LOUKIL rloukil@industrie-technologies.com
Perçu comme un domaine à part, voire réservé, le spatial est un incroyable vivier d'innovations. Les moyens exceptionnels déployés pour la conquête des étoiles ont permis de créer des solutions technologiques uniques. Ces avancées, dans les domaines des matériaux, de la mécanique, de l'alimentation ou de l'énergie, bénéficient aujourd'hui à l'ensemble des secteurs industriels. Inventaire.

Savez-vous tout ce que les télescopes européens Herschel et Planck peuvent faire pour vous ? Lancés le mois dernier par Arianespace, ces deux mastodontes, qui tourneront à 1,5 million de kilomètres au-dessus de nos têtes, ne serviront pas seulement aux astrophysiciens. Les technologies qu'ils embarquent susciteront rapidement une foule d'innovations bien concrètes sur notre bonne vieille terre. Ces satellites d'observation astronomiques embarquent une instrumentation inédite, capable de capter les moindres rayonnements cosmiques tant dans l'infrarouge que dans le spectre Gamma. Ces capteurs, développés par le CEA, affichent une sensibilité et une résolution sans précédent. Et ils ont vocation à s'épanouir également ici-bas pour améliorer la surveillance des incendies, le contrôle des malades dans les aéroports, la détection des explosifs ou bombes "sales". Le capteur infrarouge, en particulier, est si puissant qu'il peut détecter un incendie à plusieurs dizaines de kilomètres de distance.

Des matériaux d'un nouveau genre ont vu le jour

Ces percées technologiques, stimulées par la volonté d'aller toujours plus loin dans l'exploration de l'univers, viendront compléter la grande famille des innovations nées du spatial. Nul ne soupçonne les retombées qu'elles ont générées sur l'ensemble de l'industrie. Elles se retrouvent aujourd'hui dans des produits aussi courants que les voitures, les vélos, les cannes à pêche, les équipements de sport ou l'habillement. Elles vont jusqu'à s'incruster dans nos assiettes, en affectant, via le procédé de lyophilisation, le mode de conservation et de préparation de certains aliments.

Flash-back. Au début de l'aventure spatiale, dans les années 1950, tout reste à inventer. Les ingénieurs ont alors dû mettre au point des technologies adaptées à ce nouveau monde : des systèmes de propulsion suffisamment puissants et fiables pour s'affranchir de l'attraction terrestre ; des vaisseaux capables de résister aux énormes chocs, accélérations et écarts de température ; des satellites aptes à fonctionner dans une microgravité permanente, à évacuer des grandes calories en dépit du vide et à résister à des rayonnements intenses...

Le programme Apollo, qui a permis aux Américains de débarquer sur la lune en 1969, apparaît comme le plus prolifique en innovations de toute l'histoire. Et pour cause : les moyens consentis par les États-Unis furent colossaux et atteignirent 5 % du PIB, un effort sans équivalent dans l'histoire. La Nasa lui doit une grande partie des 1 600 technologies mises aujourd'hui à la disposition de l'industrie. Le détecteur de fumée, le radeau de secours gonflable en 12 secondes, la machine de dialyse du foie, le système de purification d'eau et le procédé de lyophilisation sont des enfants d'Apollo. « Sans ce programme, l'électronique et l'informatique n'auraient probablement jamais atteint le niveau de développement actuel », estime Jean-Jacques Favier, directeur général adjoint en charge de la prospective et de la stratégie au Cnes (Centre national d'études spatiales).

Les matériaux figurent aussi parmi les grands bénéficiaires de l'épopée spatiale. La chasse aux kilogrammes superflus a obligé les ingénieurs à imaginer des structures métalliques innovantes. L'obsession de l'allégement les a conduits ensuite à développer l'usage de l'aluminium, du magnésium, du titane et du tantale. « Dans le même objectif, l'aluminium et le magnésium ont été repris par l'aéronautique puis par l'automobile. Sur certains modèles, BMW a remplacé le câblage en cuivre par un câblage en aluminium, avec à la clé des gains significatifs en poids, mais aussi en consommation de carburant », témoigne Franck Salzgeber, responsable du programme de transfert de technologie de l'ESA (Agence spatiale européenne). Mais le développement le plus marquant concerne les matériaux composites. Combinant une matrice en résine et un renfort en fibre de carbone, ces matériaux d'un nouveau genre ont permis de repousser les limites de réduction du poids, tout en haussant à des niveaux impressionnants les résistances mécaniques et thermiques. En Europe, leur emploi a commencé avec la fusée Ariane 4 et s'est intensifié avec Ariane 5. Aujourd'hui, ils sont utilisés dans la construction d'avions, de bateaux, de voitures, d'éoliennes, de trains, de bouteilles de gaz, de silos industriels et autres réservoirs. Ils se retrouvent aussi dans des vélos de compétition, des raquettes de tennis et même des cannes à pêche. Mais plus question ici de fibre de carbone. Pour des questions de coûts, le choix se porte plutôt sur la fibre de verre ou de Kevlar.

-Des panneaux solaires toujours plus performants

Le spatial a joué également un rôle moteur dans le domaine énergétique. On lui doit le développement des cellules photovoltaïques, des batteries et de la pile à combustible. La station spatiale internationale ISS, qui consomme 100 kW d'électricité, dispose de panneaux solaires au silicium monocristallin, équivalents à deux terrains de football ! « Pour faire face à l'inflation de la puissance des engins en orbite - jusqu'à 14 kW pour la dernière génération de satellite de télécoms - nous devons améliorer sans cesse le rendement des cellules solaires, quitte à les payer plus cher », confie Michel Andrau, directeur R et D de Thales Alenia Space, le premier constructeur européen de satellites. Aujourd'hui, une nouvelle génération de panneaux photovoltaïques en arséniure de gallium porte le rendement à 35 % en début de vie et à 25 % au bout de quinze ans d'utilisation, soit sept points de mieux que les cellules solaires en silicium les plus performantes. Avec la baisse des coûts de production, la technologie finira par descendre sur Terre, où l'on se contente de cellules solaires moins chères en silicium.

Un modèle de développement, de mesure et de contrôle

Côté batteries, le spatial a permis de faire de grands bonds en avant en matière de densité énergétique. Les PC portables, téléphones mobiles et autres terminaux nomades en bénéficient aujourd'hui. Avec le soutien du Cnes, Saft, le spécialiste français du secteur, cherche toujours à booster la densité des accumulateurs au lithium-ion. Avec cette fois le souci de réduire aussi les coûts afin de mettre la technologie rapidement à la portée de la voiture électrique.

Autre technologie, autre impact : la pile à combustible. Les jalons technologiques de ce dispositif à base d'hydrogène, souvent considéré comme la source d'énergie du futur, ont été posés pour les besoins des missions spatiales. Les industriels, comme Air Liquide, ont ainsi acquis un précieux savoir-faire dans la production et le stockage de l'hydrogène. Le facteur d'éloignement est aussi riche d'enseignements. Il impose une fiabilité absolue et un fonctionnement entièrement autonome. « En cas de panne dans l'espace, on ne peut pas envoyer quelqu'un pour réparer. Le système est conçu pour effectuer lui-même le contrôle, le diagnostic et la réparation. C'est souvent une question d'architecture, de redondance et de logiciel », explique Michel Andrau. Ce mode de fonctionnement gagne à s'étendre à la robotique, aux automatismes industriels et aux installations isolées, avec pour résultat d'améliorer la disponibilité des équipements et de baisser les coûts de maintenance. Le spatial apporte aussi son modèle de développement, de mesure et de contrôle de la qualité dans des secteurs sensibles comme l'aéronautique ou le nucléaire.

Énergie, santé, environnement... Les technologies de l'espace semblent bien placées pour faire face aux défis que doivent affronter nos sociétés. Le couplage de la navigation et des télécoms ouvre par exemple des perspectives dans l'observation de la Terre. « Le spatial dispose de techniques uniques de recyclage d'eau, explique Jean-Jacques Favier. Développées pour traiter une grande partie des cinq litres d'eau dont un astronaute a besoin chaque jour, elles peuvent s'appliquer à la préservation des ressources hydrauliques des pays arides. » L'odyssée de l'espace sur Terre est loin d'être finie...

L'industrie spatiale

EN EUROPE -Chiffre d'affaires 5,4 milliards d'euros en 2007 * - Effectif 33 000 personnes - Source Eurospace en FRANCE -Chiffre d'affaires 3,9 milliards d'euros en 2008 * -Effectif 12 000 personnes -Source Gifas auX ÉTATS-UNIS -Chiffre d'affaires 38 milliards de dollars en 2006 * -Effectif 150 000 personnes -Source Euroconsult * Derniers chiffres disponibles

Denis Maugars PRÉSIDENT DE L?ONERA

Nos contraintes exigent une fiabilité absolue

L'Onera (Office national des études et recherches aérospatiales) réalise 15 % de ses travaux dans le spatial. Quelles sont les spécificités de ce secteur ? Denis Maugars. C'est une industrie très conservatrice. Elle travaille dans la durée. Les technologies mises en oeuvre doivent fonctionner pendant trente ans. Donc pas de droit à l'erreur. Malgré les contraintes sévères qu'impose l'espace : vide, apesanteur, températures extrêmes... Ce qui rend ces technologies séduisantes pour d'autres applications soumises à un environnement difficile ou exigeant une fiabilité absolue. On présente la poêle Tefal comme une retombée de l'espace. Quel est le rôle de l'Onera dans cette mythique saga ? D. M. L'un des deux fondateurs de Tefal travaillait à l'Onera. Il était passionné de pêche à la ligne. Pour accélérer le rembobinage du fil, il a pensé l'enduire de Teflon, un matériau qui présente l'avantage de résister à l'usure et à la chaleur. Sa femme lui a suggéré d'appliquer ce revêtement à la poêle pour la rendre antiadhésive. Commence alors l'épopée industrielle de la marque. Ceci dit, l'espace n'est pas à l'origine du Teflon. Il n'a fait qu'utiliser un matériau déjà existant. Mais sans cela, la poêle Tefal n'aurait probablement jamais existé. Parmi les technologies issues de vos labos, laquelle a suscité le plus de répercussions en dehors du spatial ? D. M. L'un des sujets phares concerne l'interférométrie à atomes froids. Cette technologie permet de réaliser des accéléromètres, gyromètres et gravimètres extraordinairement précis. Embarquée sur des satellites de navigation, elle donnera une précision de localisation de l'ordre de 1 mètre, contre 25 à 30 mètres aujourd'hui avec le système GPS. De quoi bouleverser les services de navigation. Cette technologie intéresse aussi les sous-marins.

QUARANTE ANS D? INNOVATIONS SPATIALES

1958 LES PREMIÈRES CELLULES SOLAIRES Créée cette année-là, la Nasa lance Vanguard 1, le premier satellite, engin spatial autonome en énergie grâce à ses six cellules solaires. Ce sera le coup d'envoi de l'industrie des panneaux photovoltaïques. 1965 LA PILE À COMBUSTIBLE Le vaisseau spatial Gemini 5, lancé par les Américains, passe huit jours - un record !- dans l'espace grâce à une nouvelle source d'énergie : la pile à combustible. Cette technologie pose les jalons de l'énergie du futur. 1969 LES ISOLANTS DE L?EXTRÊME Apollo XI voit les premiers pas de l'Homme sur la lune. L'aérogel de silice, parfaitement isolant, équipe les combinaisons des astronautes. Cette mousse est utilisée depuis dans le bâtiment et l'électroménager. 1988 LES MATÉRIAUX COMPOSITES Ariane 4, le lanceur le plus fiable du monde (97 % pour 116 vols), utilise pour la première fois des matériaux composites dans la partie haute de la fusée. 1998 LA STÉRILISATION PAR IONISATION Avec le lancement de la station spatiale internationale, la purification de l'air devient un élément crucial des missions. AirInSpace a créé un système de stérilisation basé sur le plasma. Il intéresse les hôpitaux comme moyen de lutte contre les virus. 2002 LA DÉTECTION DES RAYONS GAMMA Le lancement par l'ESA du satellite d'observation astronomique Integral permet de développer un système de détection des rayons Gamma. Cette technologie se décline dans des applications de sécurité publique.

Les acteurs clés en France

- LES ENTREPRISES -EADS Astrium - Satellites, lanceurs et services - 15 000 personnes - Chiffre d'affaires 2008 : 4,3 milliards d'euros -Thales Alenia Space - Satellites - 7 200 personnes - Chiffre d'affaires 2008 : 2 milliards d'euros -Safran - Moteurs et propulsion - 21 800 personnes - Chiffre d'affaires 2008 : 5,8 milliards d'euros pour l'activité propulsion aérospatiale -SNPE - Matériaux énergétiques et dispositifs pyrotechniques - 4600 personnes - Chiffre d'affaires 2008 : 700 millions d'euros -Air Liquide - Gaz et réservoirs - 43 000 personnes - Chiffre d'affaires 2008 : 13 milliards d'euros -Arianespace - Services de lancement de fusées - 300 personnes - Chiffre d'affaires 2008 : 1 milliard d'euros

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