Expérience en microgravité pour des chercheurs du laboratoire des IMRCP
Clément Roux et Véronique Pimienta, chercheurs dans l'équipe IDeAS, sont membres d'un projet financé par l'ESA, intitulé CHYPI (qui signifie Chemo-HYdronamic Patterns and Instabilities), en collaboration avec plusieurs partenaires européens : K. Schwartzenberger et Y. Storgiou du Centre de Recherche Helmoltz (Dresden, Allemagne), M. Hauser (Université de Magdebourg, Allemagne), D. Horvath, A. Toth et G. Schuszter (Université de Szeged, Hongrie), A. de Wit, F. Brau et L. Rongy (Université Libre de Bruxelles), M. Budroni (Université de Sassari, Italie).
Ce projet vise à étudier les modèles et les instabilités résultant du couplage entre les réactions chimiques et les flux hydrodynamiques :
> Comment les réactions chimiques peuvent-elles influencer ou même déclencher des instabilités hydrodynamiques ?
> Comment les conditions d'écoulement influencent-elles le produit et le rendement des réactions ?
Des tests préalables avec le carbonate de calcium
Auparavant, ils ont essayé de mieux comprendre la production d'un solide formé à la rencontre de deux liquides. En particulier, avec l'exemple du carbonate de calcium CaCO3, ils ont étudié comment les conditions d'écoulement hors équilibre peuvent être utilisées pour optimiser la quantité, la nature et la distribution spatiale des phases solides produites par les réactions de précipitation.
L'évaluation du CaCO3 après l'immobilisation du motif fut très délicate !
L'utilisation du CaCO3 n'était pas adaptée aux conditions expérimentales, même légèrement instables. Il a donc été décidé de passer à un système chimique entièrement soluble : Fe3+ et thiocyanate.
Un projet soutenu par l'ESA
Afin d'éviter les écoulements induits par la flottabilité pour isoler les effets liés à la tension de surface, à la viscosité ou à la perméabilité, il était particulièrement pertinent de mener cette étude dans des conditions de microgravité.
L'équipe de chercheurs a donc soumis le projet à l'ESA qui a accepté de financer un vol de fusée sonde et au préalable, un vol parabolique préparatoire. Le CNES a également soutenu Véronique et Clément pendant plusieurs années et a apporté un soutien financier à ce projet particulier.
En effet, les fusées sondes peuvent fournir jusqu'à 6 minutes à 10-6g de micropesanteur, mais les expériences sont réalisées de manière autonome à l'intérieur de la fusée. Rien ne peut donc être laissé au hasard ! La préparation et les essais approfondis pendant un vol parabolique sont souvent une condition préalable à une expérience dans une fusée sonde.
La campagne de vols paraboliques
Après quelques aventures dues à la crise pandémique, certains membres du projet ont participé en octobre 2020 à une campagne de vols paraboliques menée par Novespace, une spin-off du CNES, dans leur avion Airbus A310 Zero-G.
Les conditions dans lesquelles ces vols sont effectués sont très difficiles. Les scientifiques et l'équipement doivent endurer des périodes alternées d'hypergravité (à 1,8g) et de microgravité à 10-2g, pendant 31 paraboles à bord de l'avion. Concernant le projet CHYPI, Novespace qui s'occupe de la sécurité à bord de l'avion, était particulièrement attentive à l'absence totale de fuites.
© C. Roux
Pour en savoir plus sur le vol parabolique
Après de nombreux mois de planification et de fabrication (avec la contribution de très talentueuses personnes de l'atelier du centre de recherche Helmoltz, à Dresde), l'équipe a passé 5 jours à préparer et vérifier le dispositif expérimental à Paderborn en Allemagne, juste avant les vols.
À bord, les chercheurs ont enregistré de nombreuses données (~750 Go) et ont filmé le comportement du mélange, en fonction de la géométrie de l'espace confiné qui le contient. Les vidéos ont été enregistrées et comparées ensuite avec les données précises de l'accéléromètre fournies par Novespace.
Dans l'ensemble, la campagne a été un grand succès pour toutes les personnes impliquées. Malgré les efforts de Novespace et des pilotes, ainsi que des scientifiques à bord, les vols paraboliques ont montré certaines limites, comme une accélération involontaire vers l'avant pendant les phases d'ascension, ce qui a perturbé certaines des observations. Heureusement, ces limitations devraient être totalement absentes pendant l'expérience dans la fusée sonde.
En route vers le vol de la fusée sonde
L'analyse des données, menée par l'équipe de Bruxelles, est en cours pour détecter les effets de la microgravité.
A moyen terme, l'équipe du projet doit collaborer avec Airbus qui conçoit le système entièrement autonome, au moyen de pompes, vannes, cellules Hele-Shaw, optiques.
Tout doit être prêt pour le lancement de la fusée sonde prévu à l'automne 2021 !
