Les expériences proposées par le CNES
Infographie : les expériences "Made in CNES"
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Fluidics : Dynamique des Fluides dans l'espace
Vers une amélioration de nos prévisions climatiques ?
FLUIDICS est l’expérience en sciences de la matière proposée par le CNES pour la mission Proxima.
Elle couvre 2 volets d’expériences physiques portant sur la mécanique des fluides. Le premier, dédié à l’industrie aérospatiale, doit analyser le phénomène de ballottement des liquides dans les réservoirs des engins spatiaux en situation réelle de micropesanteur. L’objectif est d’améliorer le guidage et la précision de ces engins, en particulier des satellites, et d’optimiser leur temps de disponibilité grâce à une meilleure gestion de leur carburant. Le 2nd volet de l’expérience concerne l’étude des phénomènes de turbulence d’ondes qui se produisent à la surface des liquides. Ceux-ci résultent de la compétition entre la source de mouvement et les forces de rappel. Sur Terre, les forces de rappel sont liées d’une part à la gravité et d’autre part à la tension de surface. En observant ce phénomène en micropesanteur, les scientifiques pourront donc se focaliser sur la tension de surface seule.
Au-delà d’une meilleure connaissance des mouvements des fluides, cette expérience pourra aussi aider à mieux comprendre le fonctionnement des océans et notamment le phénomène des « vagues scélérates ». Plus largement encore, les résultats attendus pourraient contribuer à améliorer nos systèmes de prévision climatique ou encore à optimiser l’utilisation des énergies renouvelables océaniques.
Concrètement, FLUIDICS se présente sous la forme de 3 petites sphères transparentes soumises à la force d’une centrifugeuse. Deux sont utilisées pour l’observation des ballottements, la 3ème sert à analyser le phénomène de turbulence d’ondes. Les résultats seront analysés et comparés à des modèles de simulation numérique.
ECHO : l'échographie terre-espace
A la pointe de la télémédecine
Depuis les années 1990, plusieurs systèmes d'échographes télé-opérés ont été développés et testés sur Terre puis à bord de l'ISS. L'expérimentation Echo a pour objet l'essai d'un équipement plus performant et plus simple d'utilisation, offrant de nouvelles possibilités d'expérimentation à bord de la station spatiale.
Cette nouvelle génération d'outil permet à l'expert d'opérer les mouvements fins de la sonde depuis la Terre et de recevoir en retour une image de haute qualité. Du côté de l'astronaute, de simples connaissances en anatomie sont nécessaires pour placer la sonde sur la zone à explorer. L'astronaute peut suivre l'échographie sur écran et l'interface de contact avec la Terre a elle aussi été simplifiée. Le véritable défi est de proposer un équipement performant avec une image d'excellente qualité et une réactivité de la sonde maximale pour un diagnostic médical rapide et précis. L'Agence spatiale canadienne prévoit d'ores-et-déjà d'utiliser Echo dans le cadre de son expérimentation Vascular Echo.
Sur Terre, dans le domaine de la télémédecine, cet échographe télé-opéré amélioré apportera un progrès considérable dans la gestion médicale des zones isolées (zones rurales des pays développés ou pays en voie de développement). Il suffira d'un assistant sur place, capable d'accompagner le patient et de gérer l'interface avec le système et l'expert. Le principe d'un échographe télé-opéré a déjà été éprouvé avec succès en France métropolitaine et en Guyane et c'est ce retour d'expérience qui a permis d'imaginer les améliorations qui seront testées dans le cadre d'Echo.
Aquapad : un nouvel outil de diagnostic de l'eau
Déterminer la potabilité de l'eau plus facilement
l'évaluation de la qualité de l'eau est un enjeu constant des vols habités. A bord de l'ISS, la majorité de l'eau utilisée pour se laver, boire et manger provient du traitement des eaux usées. Aquapad vise à améliorer la rapidité et l'efficacité des analyses de potabilité de l'eau.
Le dispositif consiste en un simple coton absorbant sur lequel est injecté 1 ml d'eau. En présence de bactéries, l'astronaute verra apparaître des points de couleur. Il lui suffira alors de photographier le pad avec l'application mobile Everywear pour calculera automatiquement le nombre de colonies présentes et obtenir une quantification précise. Grâce à une facilité d'interprétation intégrée au processus, le dispositif ne laissera aucun doute à l'astronaute quant à la potabilité de l'eau.
Si Aquapad a été conçu pour une utilisation au sein de l'ISS, ses applications terrestres pourraient avoir une large portée. En effet, une analyse simple et rapide de l'eau permettrait de faciliter l'accès à l'eau potable dans des pays où cette question se pose au quotidien. Dans des situations plus exceptionnelles, Aquapad pourrait aussi servir à diagnostiquer l'état de l'eau après des catastrophes naturelles.
Everywear : ASSISTANT DE L'astronaute
Une application de tous les instants
Véritable dispositif "connecté", Everywear ambitionne de transformer le quotidien des membres d'équipage de l'ISS.
A bord de l'ISS, le suivi des astronautes représente lui aussi un enjeu quotidien. Le système Everywear, développé par MEDES, propose une nouvelle approche en la matière, avec un assistant matérialisé par une simple application sur tablette tactile. Il s'agit plus précisément de regrouper un ensemble de capteurs biomédicaux portatifs connectés en Bluetooth à un terminal mobile (en l'occurrence une tablette grand public). L'utilisation d'une tablette qui recueille un ensemble d'informations distinctes est une grande avancée dans le recueil des données médicales, physiologiques et personnelles de l'astronaute.
Les principaux atouts d'Everywear sont sa capacité à agréger les données provenant de différents outils mais aussi la simplification qu'il apporte dans les procédures pour les astronautes. C'est un dispositif adaptable qui peut couvrir un large évental de besoins, avec une collecte de données adaptée qui permet un traitement uniformisé. Là encore, le gain de temps-équipage induit par l'assistant personnel sera très important. A titre d'exemple, le suivi nutritionnel de l'astronaute l'oblige actuellement à répondre à des questions au fur et à mesure de la prise de nourriture. Avec Everywear, il lui suffira de scanner le code-barres imprimé sur l'emballage de chaque aliment. En retour, l'assistant pourra lui fournir des recommandations nutritionnelles adaptées et en temps réel. L'assistant Everywear apportera également une dimension supplémentaire à Aquapad avec le calcul automatique des bactéries repérées dans l'eau.
MATISS : nouvelles surfaces intelligentes
Les surfaces de demain à l'épreuve de la micropesanteur
MATISS a pour objet de tester de nouvelles surfaces intelligentes en micropesanteur. Ces surfaces sont dites "intelligentes" ou "innovantes" eu égard à leur capacité à apporter une réponse adaptée à un stimulus donné. Les surfaces intelligentes du dispositif MATISS réagissent à l'approche de bactéries en les empêchant de se poser, de proliférer et de créer les biofilms qui les protègent dans un environnement hostile. L'expérience vise notamment à comprendre les mécanismes d'attachement des biofilms en situation de micropesanteur. L'optimisation des surfaces intérieures de l'ISS représente un véritable défi. Le premier objectif de MATISS est de simplifier les opérations de décontamination afin de gagner du temps-équipage. Le second enjeu concerne l'exploration spatiale : la validation de ces surfaces innovantes permettrait en effet de disposer de nouveaux atouts pour l'élaboration de futurs vaisseaux spatiaux, notamment dans l'optique de voyages lointains.
Au-delà du domaine spatial, MATISS trouvera des applications sur Terre. Par exemple, la qualification de nouvelles surfaces intelligentes pourrait servir pour l'équipement des transports en commun ou encore pour le revêtement de surfaces très sensibles et précises telles que les boutons d'ascenseurs.
Pesrpectives : environnement immersif en réalité virtuelle
Le virtuel au service de la recherche en neurosciences
Les effets de la micropesanteur sur l'être humain ne sont pas seulement d'ordre physique. On constate aussi une modification du système neurologique qui cherche à s'adapter à son nouvel environnement. L'absence de "haut" et de "bas", l'abolition de la position debout sont autant de bouleversements auxquels le cerveau doit répondre pour continuer de diriger le corps avec précision. Dans ce contexte de perte de repères spatio-temporels, la réalité virtuelle offre une opportunité unique d'analyser dans le détail les modifications des fonctions cognitives des astronautes en les plongeant dans un environnement immersif choisi.
Le dispositif Perspectives est un simple casque occultant stéréoscopique issu du commerce, accompagné d'une application dédiée. Ce nouveau casque plus performant, élargissant le champ d'action possible dans le domaine de la réalité virtuelle sera testé dans le cadre de la mission Proxima. Le principal avantage de la réalité virtuelle est de permettre de contrôler les stimuli envoyés à l'astronaute, mais aussi de pouvoir quantifier les réponses visio-moteurs du sujet. Au-delà des tests de bon fonctionnement, Perspectives sera avant tout expérimenté à travers les manipulations GRIP, GRASP (neurologie) et Time Perception (perception du temps en microgravité).
Exo-iss : graines d'ingenieurs
Pour Proxima, des lycéens ont expérimenté l'ingénierie spatiale
La micropesanteur constante à bord de l'ISS permet de mettre en évidence les effets de la gravité. C'est sur ce constat que le CNES a choisi d'accompagner des groupes d'élèves pour leur donner l'opportunité de toucher de près la réalité des expériences en micropesanteur.
Pour l'élaboration du programme Exo-ISS, tout le processus habituel a été respecté. Ainsi, les jeunes ont pu se glisser dans la peau de scientifiques et ingénieurs et collaborer directement avec Thomas Pesquet qui réalisera leurs expériences. La volonté est d'impliquer les participants dans un contexte de travail réel, en lien avec leur programme scolaire, pour comprendre le rôle de la gravité. Du développement au suivi des expériences, en passant par la rédaction des procédures, les jeunes se sont pleinement impliqués pour être à la hauteur des exigences du spatial.
Trois expériences ont été sélectionnées pour la mission Proxima. Des kits "sol" permettent aux équipes de comparer les résultats obtenus dans l'ISS avec ceux obtenus sur Terre. Le premier projet, intitulé CERES, est consacré à l'étude de la croissance des plantes. Une expérimentation similaire a été réalisée durant la mission Delté d'André Kuipers. Cette fois, des graines de lentilles, moutarde et radis ont été sélectionnées car elles respectaient les critères requis : germination rapide, croissance verticale, résistance au stockage de longue durée.
Le deuxième projet, CrISStal, a pour objectif de démontrer le rôle de la gravité dans la croissance des cristaux. L'hypothèse de départ est la suivante : en micropesanteur, la croissance est isotrope, donnant une forme parfaite et régulière au cristal. Celui-ci se développera dans une solution liquide saturée à partir de sel de Seignette.
Enfin, à travers l'expérience CatalISS, les jeunes cherchent à prouver l'influence de la gravité sur les réactions catalytiques. Dans ce but, la catalyse opérera à partir d'enzymes et de gélatine alimentaire pour une réaction d'une durée de 3 jours dont les photos serviront de modèle de comparaison. Pour compléter ce programme jeunesse, une caméra 360° sera mise à disposition à bord de l'ISS pour offrir des images incomparables aux jeunes qui suivront l'astronaute français. Pour la première fois, les spectateurs pourront choisir leur point de vue et suivre sous tous les angles le déroulement des procédures scientifiques pour une expérience immersive inédite.