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[Reportage] Avec Sodern, la Nasa vise les étoiles pour voguer vers Jupiter

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Par publié le à 07h51

[Reportage] Avec Sodern, la Nasa vise les étoiles pour voguer vers Jupiter

Le détecteur d'un viseur d'étoiles est collé sur son support avec une précision de quelques microns. Le collage est ensuite contrôlé au microscope.

Sodern a été sélectionné par l’Agence spatiale américaine (Nasa) pour fournir le viseur d’étoiles de la sonde Europa Clipper. Si la filiale d’Arianegroup en produit déjà plusieurs dizaines par an, celui-ci nécessite des ajustements pour résister à l’environnement difficile de Jupiter. L’entreprise nous a ouvert les portes de ses locaux, où l’instrument sera intégré, pour nous livrer les enjeux de ce développement.

Pour rejoindre Jupiter, Europa Clipper s’en remettra aux étoiles. Après un décollage prévu en 2022 au plus tôt, la sonde de la Nasa ira explorer la lune Europe de la géante gazeuse. Pour y parvenir, elle aura recourt à un viseur d’étoiles dont la fabrication sera assurée par Sodern. Le 5 mai dernier, au moment où l’entreprise française filiale d’Arianegroup regardait partir vers Mars le sismomètre en partie intégré chez elle pour la mission Insight, l’esprit d’une partie du personnel était déjà tourné vers autre chose. « Après notre réponse à l’appel d’offre en 2017 pour le viseur d’étoile d’Europa Clipper, nous avons commencé à comprendre que cela se passait bien pour nous à la fin de l’année, et nous avons remporté le contrat officiellement en avril 2018 », indique Laurent Nicollet qui a pris en charge le projet après avoir endossé précédemment la responsabilité du sismomètre Insight chez Sodern.

À lire aussi > Le portrait de Franck Poirier, PDG de Sodern et lauréat du trophée du projet industriel lors de la 14ème édition de nos trophées des ingénieurs du futur.

Les viseurs d’étoiles, l’entreprise connait bien. Elle en assemble plusieurs dizaines par an sur son site de Limeil-Brévannes, au sud-est de Paris. Dans la salle blanche Agartha, plusieurs des bancs de test ne sont d’ailleurs pas accessibles, car des essais sont en cours. Composé de trois têtes optiques et d’un boîtier électronique, le modèle Hydra équipe déjà des satellites d’observation de la Terre, de communication ou de météorologie mais aussi des sondes d’exploration. Il servira de base pour celui d’Europa Clipper. En prenant des images du ciel et en reconnaissant des étoiles de référence, il détermine la position de l’appareil qui peut être orienté convenablement pour ses caméras et autres instruments. La précision pour Europa Clipper ? 200 secondes d’arc (0,0554°) autour de l’axe du capteur et 20 secondes d’arc (0,00554°) autour des deux autres axes. « Nous pouvons être beaucoup plus précis pour d’autres missions, souligne M. Nicollet. Mais l’environnement autour de Jupiter est très perturbé, donc le bruit est élevé. »

Attaques d’électrons

L’environnement de radiations est une des contraintes importantes que devra affronter le viseur d’étoiles dans le cadre spécifique de cette mission. Car autour de la planète géante, ce que verra chaque détecteur est loin d’être un ciel parsemé d’étoiles scintillantes sur un noir profond. En réalité, l’image obtenue sera noyée dans une neige similaire à celle d’un vieux poste de télévision en mal de signal. En cause, des particules comme des protons, des ions lourds, mais surtout des électrons, piégés dans le champ magnétique intense qui émane de Jupiter et qui viendront frapper les composants. Difficile, dans ces conditions, de détecter les quinze étoiles nécessaires au positionnement.

Une première solution pour s’affranchir de cet effet des radiations est d’opter pour des composants électroniques plus résistants. Le travail est d’ailleurs en cours avec le Jet Propulsion Laboratory (JPL). « Mais les composants ont eux-mêmes leurs propres limites donc il faut mettre des blindages avec des matériaux extrêmement denses comme du tungstène », relève M. Nicollet. Une option à utiliser avec parcimonie dans la mesure où une mission scientifique préfère logiquement emporter des instruments plutôt que de la masse morte. Une troisième astuce existe donc pour se débarrasser de la neige : l’intelligence logicielle.

Distinguer le bruit des étoiles

Maintenant que le contrat est gagné, le travail va principalement porter sur ce troisième aspect : mettre au point et qualifier les algorithmes développés en interne qui permettent de s’affranchir du bruit du signal. Une astuce consiste à effectuer une double intégration pour distinguer les étoiles et le bruit. Sur deux images prises à deux instants donnés, les étoiles sont des points lumineux immobiles. Le bruit dû aux perturbations des électrons est constitué de points qui apparaissent de manière aléatoire.

Pour prédire si l’instrument et ses algorithmes fonctionneront correctement dans l’environnement difficile de Jupiter et dans les conditions cinématiques envisagées par la Nasa, des outils de modélisation ont été développés en interne. « Nous cherchons à être le plus représentatif possible de l'environnement et de l’effet qu’il aura sur les composants et les images, insiste Philippe Jacob, responsable de la partie logicielle du viseur d’étoiles d’Europa Clipper. Nous envoyons ensuite les clichés vers notre algorithme pour vérifier son comportement et ses performances. »

La chasse aux poussières

Un modèle de qualification, puis un modèle de vol seront ensuite assemblés en salle blanche. « La procédure sera légèrement modifiée pour l’occasion pour des raisons de protection planétaire, relève Laurent Nicollet. Il faut éviter au maximum l’empoussièrement du matériel et le transport des spores. » Pour garder l’usage des bancs d’essais actuels, Sodern compte jouer sur la protection du matériel, qui sera emballé pour les manipulations entre les tests. De plus, les outils seront dédiés et nettoyés après chaque usage. Au cours de cette étape, le viseur d’étoiles subira la série de tests habituels : calibration géométrique, vibrations pour simuler un lancement spatial, essai thermique pour vérifier le comportement du dispositif face aux variations de températures, test de résistance à la lumière parasite, puis test en conditions réelles d’opération sous vide.

En tout, l’intégration durera environ trois mois sur un projet qui occupera trente personnes pendant deux ans. Une activité pour laquelle Sodern assure gagner plus de savoir-faire et de stimulation pour les équipes que d’argent. Pour le modèle économique de son activité spatiale, l’entreprise indique miser plutôt sur les viseurs d’étoiles d’appareils civils et commerciaux, mais aussi sur le « new space ». Parmi les trois nouvelles salles blanches récemment construites en sous-sol des locaux, une d’entre elles sera dédiée à de petits viseurs d’étoiles fabriqués en série. Objectif : en fabriquer 1800 en deux ans pour le projet de constellation de satellites OneWeb.

 

Le viseur d'étoiles d'Europa Clipper sera intégré dans cette salle blanche Iso 5 avec une procédure adaptée :

Il est basé sur le modèle Hydra de Sodern composé de trois têtes optiques (à droite) et d'un boîtier électronique (en noir) :

Pour faire face aux radiations, sa tête optique sera munie d'un blindage représenté par la partie grise sur la maquette ci-dessous :

Le dernier test du processus d'intégration a lieu en conditions réelles, dans une enceinte sous vide comme celle-ci :

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