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Simulation de mission sur Mars : une expérience scientifique, une aventure humaine

Date de publication

24 avril 2024

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Club étudiant

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• Comme neuf autres équipages de l’ISAE-SUPAERO avant eux, sept étudiants ont pris part cet hiver à une simulation de vie martienne dans le désert de l’Utah, aux États-Unis. • Une expérience qu’ils ont préparée tout au long de leur première et deuxième année à l’Institut. • Et un vrai plus dans leur cursus, tant sur le plan de l’aventure humaine que sur celui de la recherche scientifique.

Simulation de mission sur Mars

Présentation

Une étendue rouge, bosselée, aride et hostile : le désert de l’Utah ressemble à s’y méprendre aux cartes postales envoyées par les rovers martiens. C’est pourquoi la Mars Society, une organisation à but non lucratif qui promeut l’exploration de la planète rouge, y a installé une base, la MDRS (Mars Desert Research Station). Des équipages venus du monde entier s’y succèdent pour vivre une simulation de vie martienne.

L’équipage 293, qui y a passé quatre semaines du 18 février au 16 mars, était composé de sept étudiants de l’ISAE-SUPAERO. À travers le Club Mars, l’un des 145 clubs étudiants sur le campus, l’Institut envoie depuis dix ans des volontaires pour cette mission d’astronautes analogues, c’est-à-dire reproduisant sur Terre les conditions de vie d’une longue mission dans l’espace.

« J’avais vu un reportage à la télé sur cette expérience quand j’étais en troisième, se souvient Erin Pougheon, en 2e année du cursus ingénieur, qui a officié comme journaliste de l’équipage. À l’époque, je n’avais pas conscience que c’étaient des étudiants de l’ISAE-SUPAERO. Quand j’ai compris que je pouvais vivre la même chose, j’ai immédiatement postulé ! »

Objectifs du projet

« Contribuer à la recherche. Contrairement à ce que l’on pourrait croire, ce n’est pas le fait d’endosser un scaphandre qui l’a aiguillée vers le projet MDRS. « On pense que ce qui nous anime, c’est de jouer aux astronautes. Moi, ce que j’ai trouvé génial dans cette opportunité, c’est de pouvoir contribuer à notre niveau à la recherche dans le secteur spatial. »

Au-delà d’une aventure de vie spatiale, l’expédition MDRS est en effet un projet de recherche qu’il faut bien préparer. « Cela prend plus d’un an, souligne Marie Delaroche, en année de césure du cursus ingénieur, qui a officié commandante de bord du Crew 293. On doit se créer un réseau de chercheurs et trouver des partenaires pour mener à bien des expériences qui ne peuvent pas être conduites ailleurs. »

Tests de performances cognitives, de matériel et de technologies dans un environnement extrême ou désertique, expériences atmosphériques : les sujets d’études ne manquent pas. Parmi ceux qu’a menés le Crew 293, le préféré d’Erin Pougheon a été Orbital Architecture, en lien avec l’université suédoise KTH.

« Le but était de savoir comment le milieu confiné de la station affecte nos performances physiques et mentales. C’est une expérience très complète qu’on a effectuée tout au long de la mission avec des capteurs, des tests cognitifs et des questionnaires. Elle a aussi été conduite en janvier dans l’ISS par l’astronaute de l’ESA Marcus Wandt. Les chercheurs suédois vont comparer ses résultats aux nôtres. »

Expérience

Promiscuité, eau rationnée, nourriture réhydratée

Confinés dans une base de 8 mètres de diamètre sur deux étages de hauteur, Marie, Erin, Léa, Mathurin, Leo, Yves et Lise ont également vécu une expérience humaine hors du commun. « Coupés du monde, on est en immersion totale dans notre mission et on travaille sur des sujets qui nous passionnent. C’est super à vivre ! Je n’ai jamais vécu ça dans un autre environnement de travail », souligne Marie Delaroche. « Je me suis rendu compte que c’était possible, et même agréable, de vivre coupée de tout », renchérit Léa Bourgely, l’astronome de l’équipage.

Léa, élève du Master of Aerospace Engineering de l’ISAE-SUPAERO, a justement été attirée par l’aspect psychologique de la mission. « L’impact sur la santé psychologique des astronautes et la résolution des conflits font partie des sujets sur lesquels j’aimerais travailler », indique-t-elle. Et ce qu’elle retient de sa propre expérience, c’est que malgré la longue préparation de l’équipage, les relations humaines ne sont pas le plus aisé à gérer ! « Tout le monde n’a pas les mêmes sensibilités ni les mêmes attentes. Mais on apprend à accepter de ne pas être tous pareils ! »

« On a mieux mangé sur Mars que sur Terre »

Les membres de l’équipage n’ont néanmoins pas eu de mal à prendre le pli de la discipline et des conditions de vie strictes de la mission : lever à 6h30, mesures physiologiques, séance de sport, activités de recherche et sorties extravéhiculaires (EVA), préparation du repas en binôme – avec de la nourriture réhydratée –, reprise des activités, puis une fenêtre de communication de deux heures.

« C’était le moment où l’on devait fournir nos rapports quotidiens au « Mission Support », mais surtout transmettre nos résultats de recherche », explique Marie.

Un planning drastique qui n’a cependant pas empêché quelques imprévus. « Au bout de trois semaines, nous avons dû affronter une tempête avec des vents de 80 km/h qui a aplati le tunnel d’accès au science dome, notre labo, relate Léa. Nous avons dû faire une EVA d’urgence pour le réparer. Ça a renforcé le côté simulation ainsi que la cohésion, c’est une expérience positive qui m’a beaucoup marquée ! »

La restriction de l’eau a également fait partie du quotidien des astronautes analogues. « Ce n’était pas une obligation, mais on s’y est astreint, souligne Marie. On est parvenu à 5,5 litres par personne et par jour, sachant qu’il fallait garder de l’eau pour réhydrater la nourriture. »

Le régime alimentaire, lui, n’a pas rebuté nos sept étudiants. « Avec des épices, c’est très bon, sourit Léa. On a mieux mangé sur Mars que sur Terre ! » La serre attenante au Hab (le module principal) a même fourni un complément appréciable en légumes frais.

Héritage et transmission

Léa, qui a dû faire face à des problèmes de télescope et à la casse de son scaphandre en pleine mission, se sent aujourd’hui armée d’une « solidité émotionnelle à toute épreuve ». Et c’est avec enthousiasme qu’elle entame un stage au CNES en cohérence avec son cursus. « Le sujet de mon stage est Créer un rover de soutien aux astronautes sur la Lune. Je ne pouvais pas rêver mieux ! »

Marie aussi affirme être sortie transformée de cette expérience : « C’était ma seconde mission au sein de la MDRS, mais la première en tant que commandante d’équipage. J’ai eu l’impression d’apprendre 1 000 choses à la minute, sur moi, les relations humaines, le fonctionnement d’une équipe. »

Prêts à aller de l’avant, mais un peu nostalgiques, tous ont encore la tête sur Mars. Au figuré… comme au propre : « Pour certaines études, nous avons encore des restitutions à faire aux chercheurs. » Les sept étudiants ont aussi pour mission d’accompagner l’équipage suivant jusqu’à leur propre départ au sein de la station MDRS, et ils comptent bien leur communiquer leur enthousiasme.

L’ISAE-SUPAERO, une référence pour les carrières spatiales

L’ISAE-SUPAERO contribue depuis 1970 par ses activités de formation, de recherche et d’innovation aux avancées de l’ère spatiale. Seul organisme français à dispenser des formations diplômantes (ingénieurs, master, mastères spécialisés, doctorat) couvrant toutes les 22 thématiques spatiales identifiées par le CNES, l’Institut constitue une voie royale vers les carrières spatiales.

Deux étudiantes en Master participeront à la plus prestigieuse conférence robotique du monde

Date de publication

09 mars 2024

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Conférence

DCAS

Master in Aerospace Engineering

• Krishna Murali et Elena Ponce Moreno sont étudiantes en seconde année du Master of Aerospace Engineering à l’ISAE-SUPAERO. • Elles effectuent des recherches sur le Mavion, un drone développé au sein de l’Institut qui décolle verticalement, puis peut voler comme un avion. • Leur article sur l’optimisation du passage du vol vertical au vol horizontal a été sélectionné pour l’ICRA, la conférence en robotique la plus prestigieuse au monde.

« C’est exceptionnel. Et plus encore pour des étudiantes de Master ! D’habitude, ce sont des doctorants qui sont sélectionnés. » Leandro Lustosa, professeur associé en guidage, navigation et contrôle des drones, ne tarit pas d’éloges sur deux de ses étudiantes. Krishna Murali et Elena Ponce Moreno, toutes deux en seconde année du Master of Aerospace Engineering (MAE) à l’ISAE-SUPAERO, s’envoleront en mai prochain à Yokohama, au Japon, pour présenter leur sujet de recherche à l’ICRA, l’une des deux plus prestigieuses conférences en robotique au monde.

Pour leur sujet de recherche de deuxième année, Krishna et Elena se sont intéressées au Mavion. Ce drone, développé à l’ISAE-SUPAERO, possède la particularité de pouvoir voler horizontalement, comme un avion, après un décollage vertical comme un drone classique. « Cela lui permet d’être plus efficace, plus rapide et élargit son champ d’actions », note le professeur Lustosa, qui a lui-même effectué une thèse sur le sujet à l’ISAE-SUPAERO.

À la jonction de l’aéronautique et de la robotique

Krishna Murali et Elena Ponce Moreno se sont intéressées à la dynamique du vol du Mavion, c’est-à-dire l’application des lois de la mécanique à l’étude des trajectoires, de la stabilité et du contrôle de ce drone. « L’objectif de nos recherches est de rendre la transition du vol vertical au vol horizontal plus fluide et plus fiable », explique Elena.

Ce sujet, à la jonction de l’aéronautique et de la robotique, est l’objet de l’article qu’elles ont soumis à l’ICRA et qu’elles présenteront lors de la conférence. « On ne pensait pas qu’il serait retenu. Heureusement, notre professeur y croyait et nous a encouragées ! » Impatientes de présenter leurs recherches devant des spécialistes mondiaux de la robotique, elles sont également enthousiastes d’amener à l’ICRA un projet aéronautique. « Robotique et aéronautique étaient traditionnellement séparés, note Leandro Lustosa, et le développement des drones permet de les rassembler. »

Une étape importante dans leur cursus

Krishna Murali et Elena Ponce Moreno envisagent aussi cette participation à l’ICRA comme une étape importante dans leur cursus et dans leur future carrière. « Pour moi qui souhaite poursuivre en doctorat dans un domaine similaire, c’est exaltant », souligne Krishna. « Cela va être inspirant », ajoute Elena.

Toutes deux vont « beaucoup se préparer », mais voient aussi la conférence comme « une opportunité d’apprendre des personnes » qu’elles vont rencontrer. Elles ont aussi conscience de la « grande responsabilité » qu’elles portent en tant que femmes, dans un milieu académique plutôt masculin. « Nous espérons que d’autres étudiantes oseront candidater et souhaitons leur faire prendre conscience que c’est possible ! »

Qui sont-elles ?

Krishna Murali a intégré le Master of Aerospace Engineering (MAE) de l’ISAE-SUPAERO après un Bachelor en ingénierie aérospatiale en Inde, son pays natal. Passionnée de mathématiques et de physiques, elle a vu dans le MAE l’opportunité « d’étudier dans une formation réputée mondialement à Toulouse, au cœur de l’ingénierie aérospatiale européenne ». Passionnée de drones, Krishna a vu dans le sujet de recherche autour du Mavion « l’occasion d’en apprendre beaucoup sur le contrôle dans le domaine aérospatial et, plus particulièrement, sur des méthodes de contrôle non conventionnelles. » L’occasion aussi de mettre en pratique les théories du contrôle étudiées lors de ses précédentes études et d’en apprendre davantage sur les logiciels pour drones.

Elena Ponce Moreno, qui a « grandi entourée d’ingénieurs », a choisi l’aéronautique pour « ses défis complexes » et « une fascination pour le concept de voler ». Également passionnée par l’espace et les technologies de l’information, elle a rejoint le MAE de l’ISAE-SUPAERO pour « se spécialiser » après avoir étudié l’ingénierie aérospatiale à l’Université Carlos III de Madrid. Elle a vu dans son sujet de recherche autour du Mavion « une façon de participer à un projet concret » et une opportunité de travailler avec des drones. Le projet lui a également permis « d’expérimenter un projet dans des conditions réelles de recherche, au sein d’un laboratoire ». À savoir le IONLAB, intégré au département Conception et conduite des véhicules aéronautiques et spatiaux (DCAS) de l’ISAE-SUPAERO.

Thales et l’ISAE-SUPAERO renforcent leurs liens pour œuvrer à un système de transport aérien plus durable

Date de publication

04 mars 2024

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Aéronautique

Décarbonation

Développement Durable

Partenariat

Le groupe de hautes technologies français apporte son soutien à l’Institut par le biais d’une chaire de recherche. À la clef : une thèse sur une approche intégrée du transport aérien et onze bourses d’excellence pour soutenir des étudiants européens de très haut niveau.

Nouveau partenariat entre Thales, l'ISAE-SUPAERO et sa Fondation

Patrice Caine, PDG du Groupe Thales, était présent ce mercredi 28 février sur le campus de l’ISAE-SUPAERO pour entériner un nouveau partenariat entre Thales, l’ISAE-SUPAERO et sa Fondation. Ce partenariat prend la forme d’une chaire de recherche sur la thématique « Système de Transport Aérien Intégré » (STAI).

L’objectif d’une chaire ? Promouvoir une discipline ou un savoir émergent, à l’interface entre le milieu universitaire et le monde économique et industriel, dans une association profitable à chacun. En s’appuyant sur les compétences reconnues de l’ISAE-SUPAERO en optimisation des opérations aériennes et en approche système, et sur celles du Groupe Thales en avionique de vol, en connectivité et en contrôle du trafic aérien, cette association permettra à Thales comme à l’Institut d’accroître leur niveau d’excellence dans le domaine des modélisations, de l’IA et de la recherche opérationnelle.

"Ce lien privilégié va permettre à Thales et à l’ISAE-SUPAERO de travailler ensemble, avec un regard à la fois différent et complémentaire, sur des axes de développement stratégique extrêmement prometteurs : appréhender les opérations aériennes dans leur globalité dans le but de les optimiser et de limiter au maximum les émissions de CO2."

Bruno Nouzille Directeur technique de l’activité avionique chez Thales

Une thèse et onze bourses

Ce programme comporte un volet recherche avec le soutien de Thales pour le recrutement d’un doctorant sur les travaux de la chaire. Des travaux dirigés par Rob Vingerhoeds, professeur en ingénierie système au Département Ingénierie des systèmes complexes (DISC) de l’ISAE-SUPAERO.

"Le but de ces travaux vise à la compréhension la plus complète possible du système de transport aérien actuel, de rendre visible à travers modélisation et simulation chaque aspect pouvant impacter le système global et d’en analyser les inefficacités. Ce qui, dans un second temps, permettra d’envisager des propositions de nouveaux concepts opérationnels."

Rob Vingerhoeds Professeur en ingénierie système au Département Ingénierie des systèmes complexes (DISC)

La chaire STAI

La chaire STAI comporte aussi un volet de bourses d’excellences qui a pour objectif d’attirer à l’ISAE-SUPAERO des étudiants de très haut niveau et à fort potentiel, en leur offrant, avec le concours de l’entreprise mécène, des moyens substantiels pour réaliser leur projet académique ambitieux. Onze étudiants seront ainsi distingués jusqu’en 2027 parmi les élèves du cursus Ingénieur et du Master in Aerospace Engineering.

"La contribution de Thales à ces bourses d’excellence concourt à l’attractivité de l’Institut au niveau international."

Agnès Trincal Directrice de la Fondation ISAE-SUPAERO

Un second partenariat

Il s’agit du deuxième partenariat de ce type entre Thales et l’ISAE-SUPAERO. En 2015, le groupe de hautes technologies et l’Institut s’étaient associés pour une première chaire de mécénat autour de la thématique « ingénierie des systèmes embarqués ». Le partenariat avait permis la création d’un nouveau parcours de formation, de plusieurs modules et du soutien d’étudiants via des bourses d’excellence.

Atterrissage sur Mars : une expérience unique pour 7 étudiants

Date de publication

13 février 2024

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Club étudiant

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Vie étudiante

Vivre dans la peau d’un astronaute analogue

C’est une aventure incroyable qui attend Erin la commandante du Crew 311 et son équipage d’astronautes analogues composé de 2 étudiantes et 4 étudiants de l’ISAE-SUPAERO. De mi-février à mi-mars, ils vont vivre sur le plan humain et professionnel un épisode inédit dans une station scientifique dédiée à des recherches au profit de l’exploration de la planète rouge.

L’association américaine Mars Society a implanté, il y a plusieurs années, cette base dans le désert de l’Utah aux États-Unis. Avant eux, dix autres équipages de l’ISAE-SUPAERO ont participé à l’aventure embarquant leur lot de protocoles expérimentaux.

Mission MDRS 2025 – CREW 311

Erin, Isolde, Somaya, Meddi, Quentin, Robin, Célyan vont cohabiter durant leur séjour de quatre semaines dans un habitacle cylindrique d’un étage et d’une surface de 9 m de diamètre. Un espace de vie, un coin nuit dans de petits box, un accès très limité à internet et seules des sorties extra véhiculaires hors de l’habitacle pour les besoins des expériences sont possibles.

Dans l’équipage, chaque membre a sa fonction : scientifique, ingénieur de bord, agent de santé-sécurité, astronome, botaniste, journaliste. L’architecture, les équipements et matériels sont adaptés aux activités de l’équipage. Immersion dans la station : deux observatoires robotique et lunaire, un module de réparation et d’assemblage, deux sas, l’un pour les sorties extérieures avec un sas de décompression/compression, l’autre pour rejoindre les modules de la station et notamment le « green hab » autrement dit la serre dans où opère le botaniste. À leur disposition trois rovers et combinaisons d’astronautes de rigueur pour les sorties extravéhiculaires.

Véritable mission scientifique pour les participants

L’objectif de cette simulation de vie martienne est de collecter de nombreuses données utiles aux expériences scientifiques que l’équipage prépare depuis des mois. « Nous travaillons depuis plus d’un an avec nos partenaires pour déployer, développer, tester des matériels et des protocoles expérimentaux. » souligne Isolde. « Nous lancerons sur la base une dizaine de dispositifs expérimentaux liés à trois grandes thématiques : les facteurs humains, les conditions de vie des astronautes et le test de matériels. » précise-t-elle. L’un d’eux, le projet Spaceship France, est issu d’une collaboration avec le CNES.

Focus sur quatre expériences extraterrestres

Une IA d’assistance de vie pour astronautes

Le projet AMAIA (Assistant Multifonction pour l’Astronaute par IA/Astronaut Multipurpose AI Assistant), développé par le CNES en collaboration avec des étudiants de l’ISAE-SUPAERO, vise à développer une intelligence artificielle autonome pour assister les astronautes. L’application fonctionne sans connexion internet, elle est intégrée dans une montre portée par chaque opérateur, configurée individuellement en lien avec leurs besoins spécifiques. Elle peut être utilisée comme assistance aux procédures et notamment répondre aux questions sur les protocoles des autres expériences, chercher des informations dans leur base de données, aider à la rédaction des rapports journaliers, ou encore renseigner sur les conditions environnementales (température ambiante, humidité, etc.). AMAIA pourra être aussi une confidente afin de diminuer parfois la charge mentale des astronautes.

Un rover en kit fabriqué sur site martien

Mené par le Club étudiant de l’Ecole « Supaeromoon » le projet Rover en kit consiste à concevoir un rover entièrement assemblé et testé sur place. L’objectif : démontrer la faisabilité d’une fabrication locale sur une base extraterrestre en utilisant des outils comme l’impression 3D. Seules les pièces électroniques complexes sont transportées depuis la Terre, tandis que la structure du rover est fabriquée à partir de matériaux disponibles sur site. Un concept pour réduire les coûts et les risques liés au transport spatial tout en augmentant l’autonomie des futures stations spatiales.

MoovToLearn pour le bien-être des astronautes

Base de la Mars Desert Research Station (UTAH)

L’équipage va tester un dispositif non invasif destiné à améliorer le bien-être psychologique et l’efficacité des astronautes analogues. Séances combinant méditation, luminothérapie, musicothérapie et sophrologie chercheront à stimuler un état mental propice à la résolution de problèmes et à limiter les effets de la microgravité.

Concrètement, quatre participants vont suivre un programme qui se déroule avant, pendant et après la « mission martienne », tandis que trois autres participants constitueront le groupe témoin. Les résultats seront mesurés par questionnaires et tests psychotechniques pour évaluer l’impact sur leur état d’esprit et leurs performances.

Cultiver des micro-pousses pour manger et vivre mieux sur Mars

La serre de la station appelée GreenHab aux mains de Meddi le botaniste permettra d’étudier l’impact des micro-pousses sur l’alimentation et le bien-être psychologique des astronautes dans leur environnement martien.

Dès le retour sur Terre, les résultats sont analysés et permettent aux partenaires d’enrichir leurs démarches. De toute évidence, les étudiants passionnés d’exploration spatiale auront vécu aussi une aventure qui façonne leurs projets d’étude et professionnels.

« La planète rouge m’a changée. J’ai grandi, appris, évolué. Je sais maintenant que la science peut motiver de gigantesques projets, qui nous dépassent et qui continueront d’inspirer » confie Erin, la commandante du « Crew 311 » qui en 2024 faisait déjà partie de l’équipage. L’expérience lui a d’ailleurs inspiré l’écriture du récit « Notre aventure sur Mars » publié aux Editions Cépaduès.

Sept élèves de l’ISAE-SUPAERO à la conquête de Mars dans le désert de l’Utah

Date de publication

06 février 2024

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Club étudiant

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Pas de vol habité vers Mars avant 2030 ? Qu’à cela ne tienne : à l’ISAE-SUPAERO, des étudiants vivent chaque année une expérience de vie martienne. Et ce, grâce à l’association américaine Mars Society. Celle-ci permet à un panel d’élèves de l’Institut une expérience de vie sur la planète rouge dans une base d’astronautes, la MDRS (Mars Desert Research Station). L’équipage 293, composé de sept élèves du cursus ingénieur, s’apprête ainsi à partir pour cette station scientifique pour quatre semaines, du 18 février au 16 mars. Au programme de leur séjour américano-martien, la collecte de données pour diverses expériences scientifiques.

Une étudiante aux commandes

Cette dixième mission de l’ISAE-SUPAERO sera pour la deuxième fois commandée par une femme : Marie Delaroche, actuellement en césure Erasmus à l’université de Southampton. Passionnée d’exploration spatiale, elle faisait déjà partie de l’équipage 275, parti en 2023. À ses côtés, trois jeunes femmes et trois jeunes hommes de 2e année du cycle ingénieur endosseront les fonctions d’astronome, de scientifique, de botaniste, de journaliste, d’agente de santé et d’ingénieur de bord. Tous font partie du Club Mars de l’ISAE-SUPAERO, une association étudiante de vulgarisation scientifique centrée autour de la planète rouge et des missions consacrées à son exploration et à son étude.

Comme de véritables astronautes, l’équipage 293 effectuera une dizaine d’expériences en collaboration avec le CNES, l’Université de Floride, le CNRS ou encore le MEDES. Ses membres s’intéresseront par exemple à l’influence de l’environnement d’une base spatiale sur le stress et les performances cognitives des astronautes (lire ci-dessous). Ils étudieront aussi les bénéfices du visionnage de vidéos en réalité virtuelle tournées dans leurs foyers respectifs, afin d’étudier la facilitation de l’intimité familiale et du soutien social en milieu ultra-confiné.

Collaboration avec des collégiens et lycéens

Au cours de leur mission, ils expérimenteront également AI4U, une intelligence artificielle qui assiste les astronautes dans leurs tâches quotidiennes (mesures environnementales, reconnaissance vocale, exercices d’urgence). Enfin, ils mèneront une expérience de vulgarisation scientifique en collaboration avec des collégiens et lycéens. Inspirée du film Seul sur Mars, où un astronaute fait pousser des pommes de terre sur la planète rouge, cette expérience a pour but de comparer la pousse de plantes dans le sol martien aux pousses sur sol terrestre.

En bref, c’est une véritable expérience professionnelle dotée une belle notoriété scientifique qui les attend !

Zoom sur… Orbital Architecture, l’une des expériences menées au sein de la station

Initiée lors de la mission de l’équipage précédent (Crew 275), cette expérience se poursuit cette année avec l’équipage 293. Cette étude vise à mesurer l’influence de l’environnement d’une base spatiale sur le stress et les performances cognitives des astronautes. Elle nécessite un déploiement important de capteurs environnementaux dans la station, ainsi que de capteurs et de « trackers » portés par les membres d’équipage, qui effectueront toute une batterie de tests cognitifs et physiologiques au cours de la mission. L’étude, en collaboration avec l’Université KTH Royal Institute of Technology de Stockholm, sera réalisée en janvier à bord de l’ISS (Station Spatiale Internationale) dans le cadre de la mission Axiom 3.

Crédits photos : Club Mars ISAE-SUPAERO

Systèmes de conditionnement d’air : l’ISAE-SUPAERO et Liebherr-Aerospace Toulouse unissent leurs efforts

Date de publication

22 janvier 2024

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Chaire

DAEP

Partenariat

Collaboration renforcée

Main dans la main pour développer les systèmes de conditionnement d’air des futurs avions décarbonés. Partenaires depuis 25 ans, l’ISAE-SUPAERO et Liebherr-Aerospace Toulouse ont renforcé le 1er janvier leur collaboration dans le cadre d’une chaire industrielle. Ce dispositif, cofinancé par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR), vise à stimuler les coopérations entre acteurs publics et acteurs privés de la recherche. Intitulée CASTOR, « Chaire pour l’aérodynamique des turbomachines radiales », elle est prévue pour une durée de 4 ans.

L’objectif ? Progresser sur la conception des étages des turbomachines radiales, qui sont au cœur des systèmes d’air que conçoit Liebherr-Aerospace Toulouse et sur lesquelles l’ISAE-SUPAERO possède des compétences et des infrastructures de recherche de pointe.

Ces travaux donneront lieu à trois thèses, deux post-doctorats et à la création d’un poste d’ingénieur de recherche, avec le soutien des équipes du département Aérodynamique, Énergétique et Propulsion (DAEP) de l’ISAE-SUPAERO et de Liebherr Aerospace Toulouse. Un doctorant et un post-doctorant doivent arriver sur le site de l’ISAE-SUPAERO dès ce mois de février. Le montant global de 1,250 M€, provenant pour moitié de Liebherr-Aerospace Toulouse et pour moitié de l’ANR, permettra de financer des équipements et des travaux en sous-traitance.

Développer le système de conditionnement d’air des avions à faibles émissions

« Dans un avion, le système de conditionnement d’air permet de régler la pressurisation, la température et le renouvellement de l’air au sein de la cabine, explique le professeur Nicolas Binder, du DAEP. Autrement dit, il est essentiel pour la sécurité et le confort des passagers. Traditionnellement, pour son fonctionnement, on prélève de l’air comprimé par les moteurs. Mais les nouveaux systèmes de motorisation décarbonée impliquent de concevoir des systèmes de conditionnement d’air indépendants. Et pour ce faire, il faut adapter le dimensionnement des composants, qui doit satisfaire de nouvelles contraintes. Les travaux de recherche de la chaire CASTOR s’inscrivent dans cette évolution. »

Les nouveaux systèmes de motorisation décarbonée impliquent de concevoir des systèmes de conditionnement d’air indépendants. Pour ce faire, il faut adapter le dimensionnement des composants, qui doit satisfaire de nouvelles contraintes. Les travaux de recherche de la chaire CASTOR s’inscrivent dans cette évolution.
Nicolas Binder – Enseignant-chercheur au DAEP – ISAE-SUPAERO

Les turbomachines radiales sont des composants-clef du système de conditionnement d’air fabriqué par Liebherr-Aerospace Toulouse. Elles sont composées d’étages turbines et compresseurs. Dans leur conception, il est crucial d’optimiser finement la forme des pales pour fournir les meilleurs rendements énergétiques. Et ce, quelle que soit la phase de vol de l’avion. « Ce qui contraint à une grande flexibilité de fonctionnement, sans compromettre la performance », précise Nicolas Binder. Cette étape de conception est primordiale pour proposer aux avionneurs des systèmes de conditionnement d’air moins énergivores pour les futurs aéronefs à faible émission.

Plusieurs axes de travail seront explorés par les chercheurs :

des configurations non conventionnelles de turbines radiales seront calculées et testées, pour gagner en rendement et en plages de fonctionnement ;
la stabilité des compresseurs sera évaluée ;
des efforts seront consacrés à faire progresser les méthodes numériques et expérimentales.

Les recherches amorcées par la chaire CASTOR ouvrent la voie à de nombreuses applications, au-delà de l’aérien. « Énormément de systèmes décarbonés impliquent ce type de turbomachines », souligne Nicolas Binder.

Un partenariat gagnant-gagnant

Cette chaire constitue pour Liebherr Aerospace Toulouse et pour l’ISAE-SUPAERO une opportunité d’intensifier leur collaboration et de structurer un programme de recherche en commun.

Elle permet à Liebherr-Aerospace Toulouse de mobiliser et de financer sur la durée des compétences de pointe présentes dans les laboratoires de recherche de l’ISAE-SUPAERO, au service de ses futurs produits. Grâce à cette collaboration, l’entreprise pourra continuer à proposer des technologies clefs pour la décarbonation de l’aviation, avec des systèmes d’air plus efficaces et les moins énergivores possibles pour les futurs aéronefs.

Pour l’ISAE-SUPAERO, elle symbolise la reconnaissance de la pertinence et de l’applicabilité des travaux de ses équipes de recherche par le ministère de l’Enseignement supérieur, de la Recherche et de l’Innovation. De plus, grâce au financement conséquent qui en découle, l’institut pourra développer ses capacités expérimentales et numériques.

Vignette : © Liebherr Aerospace Toulouse SAS

Une bourse exceptionnelle pour un projet novateur

Date de publication

20 novembre 2023

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Bourse

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Une reconnaissance pour une ambition

Programme ERC et bourses "Consolidator"

Le programme ERC, reconnu internationalement pour sa sélectivité, soutient la recherche exploratoire de haut niveau avec une ambition : repousser les frontières de la connaissance.

Les bourses « Consolidator » sont attribuées à des chercheurs titulaires d’un doctorat ayant entre 7 et 12 ans d’expérience. Elles représentent un jalon majeur dans leurs carrières. Les candidats sont évalués sur la base de l’excellence scientifique de leur proposition de recherche, de la qualité de leur parcours professionnel, et de la pertinence et de la faisabilité du projet. Seuls les chercheurs et les projets les plus prometteurs sont sélectionnés.

Dotée d’un montant de 2,3 millions d’euros sur 5 ans, la bourse obtenue par Naomi Morduch lui permettra de constituer une équipe composée de doctorants, de chercheurs et d’ingénieurs. Ensemble, ils travailleront à la réalisation d’un projet novateur qui contribuera à fournir des modèles géotechniques adaptés aux environnements extraterrestres pour les acteurs engagés dans l’exploration planétaire.

Programme GRAVITE dans la continuité des corps spatiaux de Naomi Murdoch

Le projet GRAVITE, qui débutera en 2024 pour une durée de 5 ans, s’inscrit dans la continuité de travaux en géotechnique des corps spatiaux de Naomi Murdoch.

Titulaire d’un master en astrophysique et d’un doctorat en physique et sciences planétaires, la chercheuse a contribué activement à plusieurs missions spatiales internationales en tant que planétologue au sein du groupe de recherche Systèmes Spatiaux pour la Planétologie et ses Applications (SSPA) à l’ISAE-SUPAERO. Des missions DART, InSight, Mars 2020 de la NASA, à celle de Hera de l’ESA et de MMX de la JAXA, elle a acquis une expertise reconnue.

Depuis 10 ans, l’étude du comportement et des propriétés mécaniques de la surface des corps planétaires est au cœur de ses recherches. Aujourd’hui, en géophysique terrestre comme en exploration planétaire, différentes techniques sont utilisées pour déterminer in situ les propriétés mécaniques d’un sol. « Avec le projet GRAVITE, notre objectif est de tester les limites des techniques existantes, et de développer de nouveaux modèles qui prendront en compte la nature diverse des surfaces planétaires ainsi que l’environnement de gravité réduite. Pour cela, nous allons développer une machine à gravité variable », indique la chercheuse.

Avec cette machine à la pointe de la science planétaire, l’équipe sera en mesure de réaliser des expériences sous vide et dans une large gamme de conditions de gravité, jusqu’à des niveaux mille fois plus faibles que la gravité terrestre, pour simuler les surfaces de petits corps (astéroïdes, comètes, petites lunes…). La chercheuse vise ainsi à fournir aux acteurs engagés dans l’exploration planétaires, les modèles géotechniques adaptés aux environnements extraterrestres.

Un impact de météorite révèle de nouvelles connaissances de Mars

Date de publication

26 octobre 2023

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Mission InSight : nouvelles connaissances de Mars

Une couche fondue à la abse du manteau martien

Une étude publiée récemment dans la revue Nature impliquant des scientifiques du CNRS, de l’IPGP, de l’ISAE-SUPAERO et d’Université Paris Cité, propose un nouveau modèle scientifique pour enrichir notre compréhension de l’intérieur de la planète rouge.

L’analyse des premières données de la mission InSight, avait permis à l’été 2021 d’effectuer une estimation de la structure interne de Mars et d’envisager que cette planète, comme sa voisine la Terre, est composée d’une croûte, d’un manteau silicaté et d’un noyau métallique. Mais l’enregistrement d’un impact de météorite le 18 septembre 2021 est venu remettre en question ces premiers résultats. En étudiant les temps de propagation des ondes générées par cet impact, une équipe internationale menée par Henri Samuel, chercheur CNRS à l’Institut de physique du globe de Paris, et impliquant des scientifiques du CNRS, de l’ISAE-SUPAERO et d’Université Paris Cité et soutenue par le CNES et l’ANR, a mis en évidence la présence d’une couche fondue à la base du manteau martien.

Un noyau plus petit et plus dense qu’envisagé jusqu’à présent

Cette découverte entraîne des conséquences importantes sur notre compréhension de l’intérieur de la planète Mars. Dans les études précédentes, l’interface entre les régions solides et liquides de Mars était interprétée comme la limite entre le manteau silicaté et le noyau métallique. Or cette nouvelle étude montre qu’il s’agit en réalité de l’interface entre le manteau solide et la couche basale liquide de ce manteau. La présence d’une telle couche basale implique ainsi un noyau métallique 150 à 170 km plus petit (soit un rayon de 1650±20 km), plus dense (soit 6,5 g/cm3) et avec moins d’éléments légers (oxygène et soufre, carbone et hydrogène) que dans les estimations précédentes. Cette hypothèse est plus compatible avec des données issues de l’analyse des météorites martiennes et des expériences menées à hautes pressions pour reproduire et étudier les minéraux présents à l’intérieur des planètes.

La découverte de cette stratification du manteau, qui contraste avec la structure de la Terre, constitue un pas supplémentaire pour comprendre l’évolution de Mars. Mélanie Drilleau, ingénieure de recherche à l’ISAE-SUPAERO et co-auteure de l’étude explique que « Mars a vraisemblablement connu un stade précoce d’océan magmatique dont la cristallisation a produit une couche stable à la base du manteau, fortement enrichie en fer et en éléments radioactifs. La chaleur dégagée par ces derniers a généré une couche basale de silicates fondus située au-dessus du noyau, recouverte par une couche partiellement fondue plus fine ».

Cette découverte apporte également une réponse à une des grandes énigmes de la planète Mars : pourquoi son champ magnétique s’est-il éteint il y a 500 à 800 millions d’années, alors que celui de la Terre est toujours actif ? Henri Samuel explique : « Cette couche liquide à la base du manteau isole le manteau métallique du reste de la planète, l’empêchant de se refroidir et de créer une dynamo. Si la source du champ du magnétique ne peut pas venir de l’intérieur de la planète, alors des sources externes ont forcément existé dans le passé lointain de Mars, telles que des impacts énergétiques, ou encore des mouvements du noyau générés par des interactions gravitationnelles avec d’anciens satellites qui auraient depuis disparus ».

Des données convergentes sur l’évolution de Mars

Ce nouveau modèle de structure, publié le 26 octobre 2023 dans la revue Nature, plus réaliste au regard de l’ensemble des données géophysiques, permet également d’expliquer de façon cohérente l’évolution de Mars depuis sa formation.

La mise en évidence de la stratification du manteau martien élucide la propagation anormalement lente, jusqu’alors inexpliquée, des ondes diffractées issues de l’impact de météorite de septembre 2021 par leur trajectoire dans la partie inférieure et totalement fondue de la couche de silicates à la base du manteau, où les vitesses sismiques sont faibles.

Par ailleurs, pour plusieurs événements sismiques plus anciens, les temps d’arrivées des ondes mesurés à la surface de Mars sont compatibles avec des réflexions d’ondes de cisaillement sur la couche fondue (située à plusieurs dizaines de kilomètres au-dessus du noyau métallique) et non pas à l’interface noyau-manteau comme précédemment supposé.

Enfin, la présence de cette couche de silicates permet d’expliquer la trajectoire observée due la lune martienne Phobos. En effet, la partie supérieure et partiellement fondue de la couche basale permet de dissiper efficacement les déformations générées par l’attraction gravitationnelle de Phobos. En revanche, le manteau solide au-dessus de cette couche est plus rigide et sismiquement peu atténuant, comme le suggère la détection à la surface de Mars d’ondes associées à des évènements sismiques de magnitudes relativement faibles.

OPEN SCIENCE ISAE-SUPAERO : la science de l’ISAE-SUPAERO à ciel ouvert !

Date de publication

20 octobre 2023

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Publication scientifique

Science

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L’ISAE-SUPAERO poursuit sa contribution au mouvement de la science ouverte et crée sa nouvelle plateforme d’archives ouvertes nommée OPEN SCIENCE ISAE-SUPAERO. Elle permet à tous d’accéder à nos thèses, publications, instruments scientifiques et plateformes technologiques.

La nouvelle vitrine de l'ISAE-SUPAERO

OPEN SCIENCE ISAE-SUPAERO est la nouvelle plateforme web de l’Institut destinée à la valorisation des thèses de nos doctorants ainsi qu’au dépôt et à la diffusion de nos publications scientifiques. Le site permet également aux internautes d’accéder à de nombreuses informations sur nos instruments scientifiques & plateformes technologiques.

La plateforme est gratuite et accessible à tous, du grand public aux initiés du monde de la recherche scientifique.

Les thèses

La collection regroupe les thèses soutenues à l’Institut depuis 1975.
Le texte intégral n’est disponible que si le docteur en a autorisé la diffusion.

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Les chercheurs de de l’ISAE-SUPAERO déposent leurs publications dans cette plateforme.

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Le mouvement de la science ouverte

La science ouverte est un mouvement qui cherche à rendre la recherche scientifique et les données qu’elle produit accessibles à tous et dans tous les niveaux de la société.

Des chercheurs de l’ISAE-SUPAERO travaillent à une présence durable de l’Homme sur la Lune

Date de publication

10 octobre 2023

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DCAS

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Alors qu’était fêté l’année dernière le 50ᵉ anniversaire de la mission Apollo 17, dernier voyage habité vers la Lune, le développement du “New Space” a permis de relancer l’attrait du secteur spatial pour l’exploration lunaire. Prévue pour novembre 2024, la prochaine mission lunaire Artemis II de la NASA marquera le retour des missions habitées vers la Lune, après plus de cinquante années de vols en orbite basse, dont les projets devraient se multiplier ces prochaines années. L’engouement récent pour la conquête de l’Espace conduit par ailleurs à repenser les missions spatiales en tenant compte de nouveaux enjeux : fiabilité des bases spatiales habitées, présence d’équipages sur du long terme, cohabitation des systèmes spatiaux ou pollution générée par ces missions.

Retour des missions habitées vers la Lune

Afin d’amorcer ce virage vers un développement rapide de l’exploration de la Lune, l’ISAE-SUPAERO mène de nombreux travaux de recherche devant permettre de mieux connaître celle-ci, de faire évoluer les vaisseaux spatiaux et les systèmes de vie, d’optimiser l’utilisation des ressources disponibles in situ, et de limiter l’impact des missions lunaires d’un point de vue environnemental.

S’impliquer dans le renouveau de la sismologie lunaire

Afin d’anticiper les effets potentiels d’un impact de météorite ou d’un séisme à la surface de la Lune, des recherches en sismologie sont menées autour du développement d’instruments visant à sonder les vibrations du sol lunaire, mais aussi les premiers mètres sous la surface de la Lune. Le groupe de recherche Systèmes Spatiaux pour la Planétologie et ses Applications est notamment impliqué dans le renouveau de la sismologie lunaire au travers de la suite instrumentale « Farside Seismic Suite » (FSS), fournie par le JPL/NASA, qui déploiera, des capteurs sur la face cachée de la Lune d’ici à 2025.

Le groupe de recherche dont fait partie Raphaël Garcia – chercheur en géophysique des planètes – est également impliqué dans le « Lunar Quake Service » qui sera chargé de détecter les séismes et les impacts de météorites grâce aux données collectées et réalisera également une imagerie de l’intérieur de la Lune à partir de ces données.

Préparer une présence durable sur la Lune

Si les vols habités vers la Lune ne sont aujourd’hui envisagés que pour quelques jours, des recherches sont néanmoins menées afin de permettre, un jour, une présence permanente sur la Lune. Parmi les points faisant obstacle à une présence sur du long terme, la question des radiations fait l’objet d’une thèse de l’ISAE-SUPAERO, étudiant les différentes solutions de protection envisageables.

Financée par l’European Space Agency (ESA) et TRAD Tests & Radiations, en coopération avec l’INSERM, Yulia Akisheva étudie dans le cadre de sa thèse – dirigée par Yves Gourinat, professeur en structures des matériaux – la capacité de matériaux disponibles sur le sol lunaire à protéger les astronautes des rayons cosmiques. Le régolithe en particulier a été identifié comme ressource privilégiée pour la construction de revêtements d’habitacles capables de protéger des radiations. D’autres types de matériaux, métaux ou liquides, notamment riches en hydrogènes, sont également étudiés.

Ces travaux de recherche visent, à travers différentes simulations, à comprendre comment se déposent les particules radioactives et à évaluer les doses ingérées par l’organisme afin de mesurer l’efficacité des matériaux étudiés en termes de protection. Une simulation en accélérateur de particules aura lieu début 2024 pour tester les prototypes issus de ces recherches au plus proche des conditions réelles.

Limiter l’impact environnemental des missions lunaires

Au-delà de la sécurité des équipages se pose aussi la question de l’impact environnemental des missions spatiales, et particulièrement celle de la gestion des objets spatiaux dans l’espace cislunaire. Il n’existe aujourd’hui aucun système de suivi et de surveillance des débris en orbite lunaire. Or, la multiplication des missions lunaires pourrait rapidement mener à une forte pollution, d’autant qu’un nettoyage naturel est à exclure, l’atmosphère près de la Lune étant trop fine pour le permettre.

Des travaux de recherche s’inscrivent dans le cadre de la chaire Concepts Spatiaux Avancés créé en 2017 à l’initiative de l’ISAE-SUPAERO, Airbus et Ariane Group. L’objectif est le développement de l’étude des concepts spatiaux futurs sous l’aspect système et architecture, grâce à des projets de recherche et d’enseignement au sein d’un Space Advanced Concepts laboratory (SACLab).

C’est autour de cette problématique que s’inscrit la thèse de Paolo Guardabasso financée par l’ESA et Thalès Alenia Space et dirigée par Gregoire Casalis – Directeur de la recherche et des ressources pédagogiques – et Stéphanie Lizy-Destrez – professeur en systèmes spatiaux . Ces travaux le conduisent à simuler l’environnement des débris lunaires et cislunaires, en s’appuyant sur différents scénarios du futur trafic lunaire.