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Le B.USOC aux commandes d’expériences pour l'étude de la matière molle en microgravité

Le jeudi 19 juillet 2018, le conteneur d'expériences Soft Matter Dynamics (SMD) sera installé dans le laboratoire Fluid Science Laboratory (FSL) par l’astronaute Alexander Gerst dans le cadre de la mission Horizons.  Le laboratoire FSL est situé dans le module Columbus de la Station spatiale internationale (ISS).  Cette installation a été précédée par le remplacement de l’unité de gestion vidéo le jeudi 12 juillet, également par Alexander Gerst.

Le conteneur SMD hébergera successivement deux expériences dédiées à l'étude de la matière molle en microgravité: l’expérience "Compacted Granulars" de la DLR jusque début novembre et par après l’expérience "Foam Coarsening" (FOAM-C).  

En tant que responsable de l’infrastructure du laboratoire FSL et de la charge utile SMD, le B.USOC (Belgian User Support and Operations Centre) assure la préparation et l’exécution des deux expériences en collaboration avec les équipes scientifiques.

FSL Soft Matter Dynamics
Illustration schématique de l’installation du conteneur d’expériences SMD à l’aide d’une photo de l’installation de l’expérience FASES (Fundamental and Applied Studies of Emulsion Stability) par l’astronaute Luca Parmitano en juin 2013 (Crédits: NASA).  Le conteneur SMD renferme les instruments permettant la manipulation et l’observation d’une unité de cellules d'échantillons (Sample Cells Unit) telle que "Compacted Granulars" ou "Foam Coarsening".

Soft Matter Dynamics

Le conteneur d'expériences SMD est une charge utile de classe 2 s’insérant dans le laboratoire FSL et offrant un environnement pour l’étude des mousses, émulsions et matières granulaires en micro-gravité. Le conteneur inclut le réceptacle des cellules d'échantillons, le mécanisme de sélection et d’agitation, les diagnostics optiques, et une unité de contrôle. Les cellules d’échantillons sont groupées par quatre et sont facilement accessibles par un astronaute via le port d'accès.  Les diagnostics optiques comprennent

  • une caméra « vue d’ensemble » permettant d’inspecter l’échantillon avant et après la prise de mesures;
  • deux spectromètres (corrTectors) pour la mesure de la diffusion dynamique de la lumière (l’un en transmission, l’autre en réflexion) permettant la mesure des mouvements microscopiques par autocorrélation du signal;
  • une caméra linéaire permettant de caractériser la durée des phénomènes de réarrangement par la corrélation temporelle des figures de granulation;
  • la source laser pour les spectromètres et la caméra linéaire;
  • l’éclairage LED pour la caméra « vue d’ensemble »

Diagnostics optiques de SMD

L'expérience FOAM-C

L’expérience FOAM-C comprend l’étude de vingt cellules d’échantillons réparties dans cinq unités.  L’objectif est l’étude de la croissance des bulles au sein d’une mousse due à la diffusion gazeuse entre les bulles (le gaz diffusant des petites bulles vers les plus grandes jusqu’à la disparition des petites bulles). Sur Terre cette étude est rendue difficile par la décantation des liquides sous l'action de la gravitation.

L'expérience CompGran

L’expérience CompGran utilise une unité spécialisée pour étudier la diffusion de l’énergie cinétique au sein de la matière granulaire.  L’unité comprend les mécanismes permettant de contrôler le volume de l’échantillon et d’en agiter son contenu.  Sur Terre la diffusion de l’énergie est éclipsée par la sédimentation des granules.  L’expérience CompGran est une initiative allemande conduite par la DLR.

Des belges aux commandes

Le B.USOC (Belgian User Support and Operations Centre) est le centre responsable de l'infrastructure pour le laboratoire FSL et les charges utiles qu’il accueille.  À ce titre, il assure pour l’Agence Spatiale Européenne (ESA)

  • le monitoring de l’infrastructure
  • la gestion du segment sol
  • la préparation et l'exécution des opérations de la charge utile
  • la distribution des données aux équipes scientifiques. 

Pour ce faire le B.USOC

  • est connecté au centre de contrôle du module Columbus (Col-CC) situé à Munich afin de transmettre les télé-commandes vers FSL et d’en réceptionner les données,
  • abrite son propre centre de contrôle
  • héberge un prototype fonctionnel (engineering model) du laboratoire FSL et de ses charges utiles. 

Ce prototype est nécessaire

  • à la préparation des opérations,
  • à la vérification des concepts opérationnels,
  • à l’entrainement des opérateurs, et
  • à la démonstration de leur état de préparation. 

En cas de problèmes en orbite, le prototype offre également des points de repère et de comparaison.

Le B.USOC est situé dans les bâtiments de l'Institut royal d'Aéronomie Spatiale de Belgique (IASB) à Uccle.  Ce centre soutenu par la Politique Scientifique Fédérale belge (BELSPO) a pour vocation de supporter les missions spatiales et les expériences dans l'espace ayant un lien avec la recherche belge.

Et des scientifiques belges

L’équipe du Professeur Nicolas Vandewalle de l’Université de Liège (GRASP, Group for Research and Applications in Statistical Physics) est impliquée depuis plusieurs années dans la préparation de l’expérience FOAM-C par leur contribution dans la mise au point du mécanisme d’agitation lors des vols paraboliques, et lors de l’expérience FOAM-Stabilité réalisée à bord de l’ISS en 2009 par Frank De Winne.

Frank De Winne
L’astronaute Frank De Winne, ingénieur de vol lors de l’Expédition 20 est photographié près d’une expérience de l’ESA sur la stabilité de la mousse flottant librement dans le laboratoire Columbus (Crédits: NASA).

Un projet international

Les expériences menées à l’aide de FSL et SMD résultent d’une large coopération internationale. 

Le projet FOAM-C est coordonné par le Professeur Dominique Langevin et comprend la participation de scientifiques

  • de France (Université Paris Sud, Université Pierre & Marie Curie, Institut Français du Pétrole, et Teclis Scientific),
  • d’Irlande (Trinity College Dublin),
  • de Belgique (Université de Liège),
  • des États-Unis (University of Pennsylvania),
  • du Japon (Ochanomizu University), et
  • de Russie (Moscow Polytechnic University). 

Le projet allemand CompGran est coordonné par le Professeur Matthias Sperl et comprend la participation de scientifiques

  • d’Allemagne (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Université de Duesseldorf, Max Planck Institut),
  • des Pays-Bas (Universiteit Twente),
  • de France (Laboratoire de Physique et Mécanique des Milieux Hétérogènes, Université de Rennes) et
  • des États-Unis (Duke University).

Le développement du conteneur SMD et de ses expériences est assuré par le site allemand de Friedrichshafen du groupe Airbus Defence and Space.


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