Département Électronique, Optronique et Signal

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Avec l’émergence du « New Space », de plus en plus de CubeSats sont lancés. Sur ces petites plateformes (les CubeSats sont constitués d’un ou plusieurs cubes standards de 10 cm de côté), plusieurs sous-systèmes doivent coexister. Si les solutions de propulsion électrique permettent de gagner de l’espace et du poids à bord, leur compatibilité électromagnétique avec les systèmes de communication embarqués est encore aujourd’hui questionnée. L’ISAE-SUPAERO, en collaboration avec le CNES et le LAPLACE, développe actuellement des outils de simulation ainsi que des méthodes de caractérisation afin de fournir aux ingénieurs des outils de dimensionnement des CubeSats et des moyens d’essais efficaces pour répondre à cette problématique. Ce banc expérimental développé à l’ISAE-SUPAERO permet la caractérisation d’une décharge plasma représentative d’un propulseur électrique, ainsi que la mesure de ses interactions avec des signaux micro-ondes générés par des antennes de communication à proximité. Finalement, les données expérimentales obtenues permettront de calibrer les outils d’analyse numérique actuellement développés par nos équipes.

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À l’ISAE-SUPAERO, nous menons une recherche d’excellence au service de l’innovation, de la souveraineté technologique et de la transition écologique du secteur aérospatial, affirmant ainsi notre rôle d’acteur de référence dans la communauté scientifique et industrielle.

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L’ISAE-SUPAERO est un centre de formation par la recherche, de formation à la recherche et à l’innovation, pilotant ses activités pour obtenir un bon équilibre entre excellence scientifique, visibilité académique et proximité des finalités industrielles Ses activités de recherche ont contribué à faire de l’école un leader international, non seulement en termes de programme d’ingénierie aérospatiale, mais aussi de formations « post-graduate », notamment Master of Science (MSc), Mastère Spécialisé® et doctorat (PhD) dans le domaine de l’ingénierie aérospatiale. C’est pourquoi de nombreux acteurs internationaux de la recherche rendent visite à leurs homologues de l’ISAE-SUPAERO. Nous avons rencontré Dan Sheeres, professeur émérite de l’université du Colorado et titulaire de la chaire A. Richard Seebass au département des sciences de l’ingénierie aérospatiale Ann and H.J. Smead de l’université du Colorado Boulder. Les recherches de Dan Scheeres portent sur l’astrodynamique et la navigation des engins spatiaux, les sciences planétaires et la mécanique céleste. dans ces domaines. L’astéroïde 8887 est nommé "Scheeres" en reconnaissance de ses contributions à la compréhension scientifique de l’environnement dynamique des astéroïdes. Pendant son séjour à l’ISAE-SUPAERO, le professeur Scheeres et l’équipe "Systèmes spatiaux pour les applications planétaires" ont collaboré à l’analyse des données DART et au développement de concepts permettant de sonder la structure interne des astéroïdes lors de futures missions spatiales. En outre, Dan Scheeres et l’ISAE-SUPAERO ont publié conjointement plusieurs articles dans "Nature" sur les astéroïdes et la mission DART. https://www.nature.com/articles/s41586-023-05810-5 https://www.nature.com/articles/s41586-023-05878-z En savoir plus sur Dan Scheeres : https://www.colorado.edu/aerospace/daniel-scheeres En savoir plus sur DART : https://www.isae-supaero.fr/en/videos/the-dart-mission-reached-its-target-explanations-from-dr-naomi-murdoch/

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La mission ExoMars Rosalind Franklin de l’ESA dédiée à l’exploration de Mars embarquera un instrument unique d’enregistrement du son et des données atmosphériques de la planète Mars. L’Institut a été sélectionné par l’ESA et le CNES pour cette collaboration scientifique d’envergure.

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Dr Naomi Murdoch, chercheuse en instrumentation spatiale et science planétaire et le Dr Alexander Stott, post-doctorant, nous en disent plus sur les caractéristiques physiques de l’atmosphère de Mars, en particulier sur la vitesse du son et son atténuation. Ces analyses ont fait l’objet d’une publication dans la revue Nature le 1er avril 2022 par une équipe internationale dirigée par un enseignant-chercheur de l’Université Toulouse III – Paul Sabatier et regroupant des scientifiques du CNRS et de l’ISAE-SUPAERO.

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Le groupe « Photonique Antenne Microondes PlasmA » (PAMPA) s’intéresse à l’électromagnétisme dans les domaines des microondes et de la photonique ainsi qu’aux interactions ondes plasma.

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Dans le cadre de ses activités de recherche, l’ISAE-SUPAERO développe des composants et des systèmes électroniques pour applications scientifiques et spatiales. L’Espace est un milieu très agressif, notamment, car les particules de haute énergie émises par le soleil ou piégées dans les ceintures de radiation menacent la santé des astronautes, les propriétés des matériaux et le bon fonctionnement des puces électroniques. Afin de reproduire en laboratoire les effets de ces rayonnements ionisants sur les technologies électroniques, l’ISAE-SUPAERO s’est doté d’une cabine d’irradiation aux rayons X dont l’énergie peut aller jusqu’à 320 keV. Cette vidéo présente une utilisation classique de cet équipement : un composant électronique à tester est placé dans la chambre d’irradiation, le tube à rayons X est mis sous tension, et les effets sur le fonctionnement du composant (ici un capteur d’image) sont observés et mesurés en temps réel.

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Le groupe « Capteurs d’IMages Intégrés » (CIMI) étudie, développe et caractérise des capteurs d’images à pixels actifs (Capteurs CMOS Image Sensor (CIS)) sur silicium pour le rayonnement visible et l’infrarouge.

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L’ISAE-SUPAERO intègre de façon ininterrompue depuis 1980 la physique quantique dans ses activités de formation et de recherche et propose depuis deux décennies des enseignements liés à la seconde révolution quantique. 

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La sonde Hera, mission internationale de défense planétaire, est en route pour étudier l’astéroïde Dimorphos, percuté par DART en 2022. L’ISAE-SUPAERO collabore activement à ce programme international de défense planétaire à travers les travaux de recherche de Naomi Murdoch et de l’équipe SSPA. Sur sa trajectoire, la sonde a réalisé, ce mercredi 12 mars 2025, un survol rapproché de la planète Mars et de sa lune Deimos pour en capturer des images exceptionnelles.

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Cette vidéo et cet audio montrent les résultats obtenus par le rover martien Persévérance de la NASA et son microphone SuperCam lors de l’enregistrement des sons d’un tourbillon de poussière martien passé à sa verticale le 27 septembre 2021, le 215e jour martien ou sol, de la mission. Le tourbillon de poussière mesurait 25 mètres de large pour au moins 118 mètres de haut, et se déplaçait à 19 km/h environ. C’est la première fois qu’un tel enregistrement est réalisé, car capturer un tourbillon de poussière demande un peu de chance. En effet, il a survolé le rover au moment où tous les capteurs de Persévérance mesurant le vent, la pression, la température et la poussière plus la caméra NavigationXXX (Navcam) étaient en marche. Cela a permis aux scientifiques de combiner les sons, les images et les données atmosphériques. La combinaison unique de ces données, ainsi que la modélisation atmosphérique, ont permis aux chercheurs d’estimer les dimensions du tourbillon de poussière. Les scientifiques ne peuvent pas prédire précisément le passage de ces vortex. Les rovers comme Persévérance et Curiosity les surveillent régulièrement. Lorsque les scientifiques constatent qu’ils sont plus fréquents à un certain moment de la journée ou qu’ils s’approchent d’une certaine direction, ils concentrent leur surveillance pour tenter d’attraper un tourbillon de poussière avec tous les capteurs à leur disposition. > Pour mieux comprendre la vidéo, elle montre trois rangées d’images : - la rangée du haut est une image brute de la surface martienne prise par la NavcamSuperCam ; bien que la caméra soit capable de prendre des couleurs, elle prend des images en noir et blanc lorsqu’elle recherche des tourbillons de poussière afin de réduire la quantité de données renvoyées vers la Terre (la plupart des images reviennent sans tourbillon de poussière détecté). - la rangée du milieu montre la même image traitée avec un logiciel de détection des changements pour indiquer où le mouvement s’est produit au fil du temps ; la couleur est utilisée pour montrer la densité de la poussière, allant du bleu (bruit à la poussière de faible densité) au jaune en passant par le violet. Les zones où le mouvement est détecté sont indiquées par la couleur, le violet correspondant à un mouvement léger et le blanc à un mouvement plus rapide. - la dernière ligne est un graphique montrant l’amplitude du son provenant du microphone de SuperCam et une chute soudaine de la pression atmosphérique enregistrée par la suite de capteurs de Perseverance, appelée Mars Environmental Dynamics Analyzer, fournie par le Centro de Astrobiología (CAB) à l’Instituto Nacional de Tecnica Aeroespacial à Madrid et l’amplitude du son provenant du microphone de SuperCam . Un objectif clé de la mission de Persévérance sur Mars est l’astrobiologie, notamment la recherche de signes de vie microbienne ancienne. Le rover caractérisera la géologie et le climat passé de la planète, ouvrira la voie à l’exploration humaine de la planète rouge et sera la première mission à collecter et à mettre en cache de la roche et du régolithe martiens (roche brisée et poussière).

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Les contributions scientifiques des chercheurs de l’ISAE-SUPAERO se poursuivent pour la conception du premier sismomètre qui sera déployé sur un astéroïde par la mission Ramses de l’ESA.

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L’ISAE-SUPAERO est l’un des établissements signataires de la Charte nationale de déontologie des métiers de la recherche, adoptée en janvier 2015 par la Conférence des Présidents d’Université (CPU) et l’ensemble des organismes nationaux de recherche, et intégrée au règlement intérieur de l’Institut.

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L’atterrisseur InSight déployé par la NASA a enregistré deux tremblements de terre survenus en 2021 sur Mars fournissant aux scientifiques des données exceptionnelles, premières observations directes jamais réalisées du noyau d’une planète.

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Le groupe « Systèmes Spatiaux pour la Planétologie et ses Applications » (SSPA) se concentre sur un axe de recherche principal : le développement de missions et des technologies associées pour l’exploration géophysique du système solaire.

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La mission DART a atteint sa cible le 27 septembre à 1 h 14 du matin sur l’astéroïde Dimorphos ! Les chercheurs de l’ISAE-SUPAERO participent à cette première mission de défense planétaire. Le Dr. Naomi Murdoch - chercheuse à l’ISAE-SUPAERO et membre scientifique des missions DART et HERA - commente les objectifs de DART & ceux de la mission européenne HERA qui arrivera sur zone en 2026 pour caractériser le cratère laissé par DART et étudier la structure interne de l’astéroïde Dimorphos !

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Naomi Murdoch, chercheuse en planétologie à l’ISAE-SUPAERO, participe activement aux analyses scientifiques et à l’interprétation des données de la mission DART de la NASA.

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L'ISAE-SUPAERO - en tant que centre de formation par la recherche, de formation à la recherche et d’innovation - dispose de nombreux équipements de recherche utilisés au sein de ses 6 départements de recherche. Aujourd’hui, nous vous présentons les robots terrestres mobiles ! Que ce soit les robots, les avions, les voitures ou même les téléphones, toutes ces technologies sont équipées de systèmes de perception. Ces sources d’information permettent, selon l’application, de percevoir l’environnement dans lequel un système évolue et de mesurer également ses propres caractéristiques comme sa vitesse ou son accélération. Cette multitude de données doit alors être utilisée, croisée et interprétée au sein du système de navigation pour obtenir le positionnement du véhicule, mais par ailleurs, dans le cas des applications de cartographie, celui des objets qui l’entourent. Au sein de l’équipe NAVIRRES du DEOS, les chercheurs s’intéressent aux systèmes de navigation et à leur mise en application dans des environnements complexes où les informations des capteurs peuvent être dégradées, erronées ou indisponibles. Ainsi, des plates-formes d’acquisition mobiles sont développées. Elles sont équipées de caméras, lidars, récepteurs GNSS (Global Navigation Satellite System), radars et centrales à inertie, dans le but d’obtenir le système de navigation le plus performant selon l’application visée. Un des thèmes de recherche de l’équipe porte sur l’analyse des dégradations de l’information issue des capteurs qui permet de développer de nouveaux algorithmes robustes et adaptatifs, qui pallient aux contraintes environnementales. L’objectif est de rendre les systèmes de navigation plus précis et plus sûrs, pour des applications critiques nécessitant de fortes contraintes de fiabilité, comme pour les voitures autonomes ou la robotique d’exploration par exemple.

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Le satellite d’observation de la Terre Sentinel 2c, lancé le 5 septembre dans le cadre de la mission Copernicus de l’ESA, a livré ses premières images. Un succès que l’on doit en partie à l’équipe de recherche sur les capteurs d’image (CIMI) de l’ISAE-SUPAERO, qui a conçu et piloté la fabrication des capteurs d’images visibles.

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Naomi Murdoch, chercheuse en physique et planétologie à l’ISAE-SUPAERO, vient d’obtenir la prestigieuse bourse Consolidator du Conseil Européen de la Recherche (ERC) pour son projet d’étude de corps planétaires baptisé GRAVITE. Ce projet scientifique ambitieux vise à concevoir une machine à gravité variable qui permettra de simuler et d’étudier des sols extraterrestres.

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Situé à 80 mètres du rover au moment de son décollage, le petit hélicoptère s’est élevé à 5 mètres au-dessus du sol avant de parcourir une distance de 133 mètres pour ensuite revenir atterrir à l’endroit d’où il avait décollé. Le microphone scientifique de SuperCam, développé par l’ISAE-SUPAERO, a enregistré le son émis par la rotation des pales du drone martien au cours de son vol. Ce son possède une fréquence caractéristique de 84 Hz ; elle équivaut au « mi » grave d’un piano ou à la voix de basse d’un être humain. « C’est une grande surprise pour toute l’équipe scientifique ! » affirme Naomi Murdoch, chercheuse à l’ISAE-SUPAERO qui étudie les données du micro. « Les tests effectués dans un simulateur d’atmosphère martienne pour concevoir cet instrument et nos théories de la propagation du son nous indiquaient que le micro capterait très difficilement les sons de l’hélicoptère. En effet, l’atmosphère de Mars, très peu dense, atténue fortement la transmission des sons. Nous devions avoir un peu de chance pour enregistrer l’hélicoptère à une telle distance. Nous sommes très satisfaits d’avoir réussi à obtenir cet enregistrement qui se révèle une mine d’or pour notre compréhension de l’atmosphère martienne ». Développé conjointement par l’ISAE-SUPAERO et un consortium de laboratoires du CNRS et de ses partenaires, coordonnés par le CNES, le microphone de SuperCam est dérivé d’un modèle grand public adapté pour résister à l’environnement martien. Il poursuit 3 objectifs scientifiques et techniques substantiels de la mission Mars 2020 : L’étude du son associé aux impacts laser sur les roches martiennes pour mieux connaître leurs propriétés mécaniques. L’amélioration de la connaissance des phénomènes atmosphériques (turbulence du vent, tourbillons de poussière, interactions du vent avec le rover, et désormais, avec l’hélicoptère). La compréhension de la signature sonore des différents mouvements du rover (opérations du bras robotique et du mât, roulage sur sol normal ou accidenté, surveillance des pompes, …). Le microphone avait été mis en route pour la première fois quelques heures après l’atterrissage de Perseverance. Il avait alors enregistré les premiers sons martiens provenant de turbulences dans l’atmosphère. Il est utilisé quotidiennement en conjonction avec l’ablation laser des roches pour l’analyse chimique de Mars. À PROPOS DE LA MISSION MARS 2020 : La NASA s’appuie sur le Jet Propulsion Laboratory du Caltech pour le développement de la mission Mars 2020. SuperCam a été développé conjointement par le LANL (Los Alamos National Laboratory, États-Unis) et un consortium de laboratoires rattachés au CNRS, à des universités et établissements de recherche français. Plusieurs universités espagnoles, emmenées par l’université de Valladolid, contribuent aussi à cet instrument. Le CNES est responsable, vis-à-vis de la NASA, de la contribution française à SuperCam. L’instrument est opéré en alternance depuis le LANL et le centre des opérations scientifiques installé au CNES à Toulouse, le FOCSE (French Operations Center for Science and Exploration).

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La mission Hera, mission internationale de défense planétaire, est en route pour étudier l’astéroïde Dimorphos, percuté par DART en 2022. L’ISAE-SUPAERO collabore activement à ce programme international de défense planétaire à travers les travaux de recherche de Naomi Murdoch et de l’équipe SSPA.

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La mission InSight de la NASA a enregistré en septembre 2021, un impact de météorite survenu. L’analyse des données par les scientifiques bouleverse la vision de la structure interne de Mars et de son évolution. Son manteau n’est pas homogène, comme supposé jusqu’à présent, mais composé d’une couche de silicates fondus surplombant le noyau. Communiqué de presse de l’IPGP - Institut de Physique du Globe de Paris : « La mission InSight révèle une couche fondue à la base du manteau martien ».

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Le groupe « Communication et théorie de l’InformaTion » (ComIT) intervient dans les disciplines des communications numériques, du radar, des techniques d’accès aux canaux. Ses domaines applicatifs s’articulent autour des systèmes spatiaux, de l’aviation civile et militaire, des réseaux cellulaires terrestres et de l’Internet des objets (IoT).

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L'ISAE-SUPAERO - en tant que centre de formation par la recherche, de formation à la recherche et d’innovation - dispose de nombreux équipements de recherche utilisés au sein de ses 6 départements de recherche. Aujourd’hui, nous vous présentons les capteurs d’image de type CMOS ! Les capteurs d’image de type CMOS occupent une place de plus en plus importante dans notre vie de tous les jours. Ainsi, notre équipe de l’ISAE-SUPAERO développe depuis plusieurs années des capteurs d’image CMOS avec de nombreux acteurs du domaine, et innove en proposant des architectures nouvelles et des conditions d’utilisation nécessitant des études portant sur des composants élémentaires, mais également sur des structures plus complexes. Des mesures sont alors opérées sur des transistors, des diodes avec l’aide du testeur sous-pointes et d’un analyseur paramétrique autorisant des mesures de courant très basses (10 aA). De même, des structures simples contenant des pixels innovants peuvent être opérées avec le testeur utilisant des cartes à pointes couplées à un générateur de mots spécialement conçu pour les capteurs d’image. Toutes ces études permettent de mieux comprendre la physique de la photodétection, mais également de constituer des modèles pour nos simulateurs. Elles servent également à suivre les procédés de fabrication au cours des différentes réalisations.

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L'ISAE-SUPAERO - en tant que centre de formation par la recherche, de formation à la recherche et d’innovation - dispose de nombreux équipements de recherche utilisés au sein de ses 6 départements de recherche. Aujourd’hui, nous vous présentons les moyens cryogéniques pour tests électriques ! Le groupe de recherche sur les capteurs d’image (CIMI) de l’ISAE-SUPAERO étudie des capteurs dans le domaine des longueurs d’onde du visible, mais également les capteurs dans des domaines spectrales différents tels que l’infrarouge. La détection de ces plus grandes longueurs d’onde nécessite des matériaux autres que le silicium pour la détection, associé à un circuit de lecture silicium pour le traitement de l’information, le tout fonctionnant à température cryogénique. Dans ce cadre, l’ISAE-SUPAERO a développé des bancs de caractérisation électriques et électro-optiques de circuits microélectroniques à basse température afin d’extraire et de modéliser les comportements et les performances de ceux-ci. Ces bancs de caractérisation permettent d’adresser aussi bien des circuits très simples, de type transistors, que des composants complexes (capteur complet) allant jusqu’à 120 entrées / sorties.

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Les drones et les nanosatellites trouvent de nombreuses applications dans les secteurs des médias, de l’industrie, de l’agriculture ou encore des télécommunications. Ces deux types de plateformes ont pour contrainte commune d’embarquer des systèmes complexes dans un volume réduit. Un des éléments clés des systèmes de communication embarqués est l’antenne qui doit, elle aussi, être compacte et légère. L’ISAE-SUPAERO, en collaboration avec l’ENAC et la société ANYWAVES, développe actuellement des antennes diélectriques réalisées par impression 3D de céramique répondant aux critères exigeants d’intégration sur drones et nanosatellites. Grâce à la chambre anéchoïque disponible à l’ISAE-SUPAERO, les chercheurs impliqués dans le développement de ces antennes originales peuvent caractériser leurs propriétés en rayonnement avec précision et ainsi valider les nouvelles solutions technologiques proposées.

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Une équipe de chercheurs du DEOS a franchi une étape significative dans l’utilisation des données infrasonores captées par des ballons stratosphériques pour la compréhension des signaux sismiques. Cette avancée, publiée dans Earth Planets Space*, ouvre de nouvelles perspectives pour l’étude des séismes, tant sur la Terre que sur d’autres planètes.

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Étudier la formation et l’origine des lunes de Mars et en ramener des échantillons : c’est la mission internationale hors norme, ambitieuse, menée par la JAXA, à laquelle participe l’ISAE-SUPAERO aux côtés du CNES.

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L’ISAE-SUPAERO intègre de façon ininterrompue depuis 1980 la physique quantique dans ses activités de formation et de recherche et propose depuis deux décennies des enseignements liés à la seconde révolution quantique.

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Le projet expérimental SILOE en tour de chute a pour objectif d’étudier la cohésion des surfaces planétaires. Ce projet étudiant est soutenu par l’ESA dans le cadre de son programme européen « Academy Experiments ». Alexia Duchêne, « project leader » de SILOE, s’est vue attribuer une bourse d’excellence de la Fondation des Ailes de France.

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Le groupe « Navigation, Radar and Remonte Sensing » (NAVIR²eS) s’intéresse à l’étude théorique des sources d’information ainsi qu’aux approches d’hybridation dans le cadre d’application de navigation autonome de véhicules.