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Un guide des sciences en microgravité
pour les étudiants de tous âges

Comment reproduire la microgravité

Les termes « impesanteur » et « microgravité » sont interchangeables. Le préfixe micro signifie petit en latin. En termes scientifiques, il représente un millionième ou 10^-6. Les conditions de microgravité sont caractéristiques d'un milieu où les effets de la pesanteur sont à peine perceptibles. Il faut toutefois noter que le terme microgravité ne signifie pas un milieu où la pesanteur est très faible. La communauté scientifique peut utiliser les diverses installations et appareils suivants pour recréer des conditions de microgravité :

Chute libre en vol parabolique

• Avions

• Fusées-sondes

Chute libre simple

• Tours d'impesanteur

Chute libre orbitale

• Navette spatiale

• Satellites

• Station spatiale internationale

Nous avons déjà mentionné la navette et les satellites, mais dans tous les cas, les éléments à l'étude sont en chute libre.

Avions

On peut récréer des conditions de chute libre de courte durée à bord d'avions en vol parabolique. Durant l'arc ascendant de la parabole décrite par l'avion, on règle la poussée des moteurs de sorte à annuler la portance. L'appareil est alors en chute libre puisque rien ne s'oppose à la force de pesanteur. L'avion est en chute libre lorsqu'il atteint le sommet de la parabole et pendant une partie de l'arc descendant. On peut ainsi obtenir des conditions de microgravité d'environ 0,02 g pendant 15 à 20 secondes. En laissant flotter les expériences, on atteint l'impesanteur quasi parfaite pendant 5 à 8 secondes.

T-33

Le T-33, utilisé par le Conseil national de recherches du Canada (CNRC) depuis 1988, était un véritable laboratoire miniature d'expérimentation en faible pesanteur. Pouvant décrire jusqu'à 16 paraboles par vol, cet appareil d'entraînement à réaction adapté ne permettait cependant pas au CNRC de conduire plus d'une expérience pendant une courte période de microgravité (environ 20 secondes) par vol. Le T-33 fut éventuellement remplacé par d'autres appareils capables d'emporter un plus grand nombre d'expériences.

KC-135

Vers le milieu des années 1980, les chercheurs canadiens intéressés aux conditions de microgravité ont eu accès aux vols paraboliques du KC-135 de la NASA. L'Agence spatiale canadienne louait le quadriréacteur Boeing 707 modifié de la NASA pour y effectuer deux campagnes d'expériences par année. Chaque campagne comprenait trois ou quatre vols au cours desquels on parvenait à réaliser quelque 40 paraboles. Une de ces manoeuvres paraboliques permettait d'obtenir des conditions de 0,01 g ou moins, pendant 15 à 20 secondes, suivies d'une accélération de 2 g en manoeuvre de ressource. Le KC 135 pouvait transporter à son bord un maximum de 21 personnes et 12 expériences différentes. En 1995, l'ASC a décidé de délaisser le KC-135 et d'instaurer un programme de vols paraboliques à bord du DC-9 qu'elle loue également de la NASA.

Falcon-20

C'est en 1991 que le laboratoire de recherche en vol du CNRC a mis le programme de vols paraboliques du Falcon-20 en oeuvre. Le premier vol transportant une expérience en conditions de microgravité a été effectué en décembre 1993. Ce jet d'affaires modifié peut emporter simultanément un maximum de trois expériences et deux chercheurs. L'appareil peut effectuer deux vols par jour et jusqu'à quatre paraboles par vol. Chaque manoeuvre dure environ 75 secondes, dont 15 à 20 secondes offrent des conditions de 0,01 g ou moins, suivies d'une accélération de 1,8 g à la remise des gaz. Le Falcon-20 est en mesure d'offrir des conditions de microgravité semblables ou de meilleure qualité que celles obtenues à bord du KC-135.

DC-9

Le plus récent programme de vols paraboliques mis en oeuvre par le Programme des sciences en microgravité à l'intention des chercheurs canadiens fait principalement appel au DC-9 de la NASA. Lors de son premier vol en mai 1995, cet avion à réaction réaménagé a réussi à décrire 35 paraboles. Après quelques mois de service seulement, l'appareil est parvenu à effectuer de 40 à 50 paraboles par vol. Chaque parabole offre de 20 à 30 secondes de microgravité suivies d'une accélération de 2,2 g à la manoeuvre de ressource.

Fusées-sondes

Grâce aux fusées-sondes, il est possible d'obtenir des conditions de microgravité de plus longue durée et de meilleure qualité qu'avec les avions. À seulement 100 km d'altitude, l'air est 10 millions de fois moins dense qu'à la surface de la Terre et la force de résistance de l'air est considérablement réduite. Lorsque les moteurs de la fusée s'éteignent, les seules forces qui agissent sont la pesanteur et la résistance de l'air qui est toutefois négligeable. La fusée est alors en chute libre. On obtient à bord des fusées-sondes des conditions de microgravité de 10^-5 g pendant une période de 6 a 15 minutes.

CSAR

Le Programme des sciences en microgravité offre aux scientifiques qui oeuvrent dans les milieux industriels et universitaires canadiens des occasions de vol en microgravité de qualité à des coûts relativement faibles à bord de la fusée d'expérimentation de l'Agence spatiale canadienne CSAR (pour Canadian Space Agence Rocket). Il s'agit d'une fusée de type Black Brant mise au point par la société Bristol Aerospace Ltd. Première de sa série, la fusée CSAR-1 a été lancée en octobre 1992 avec cinq expériences à son bord.

CSAR-2 a été lancée en décembre 1994, transportant elle aussi cinq expériences. Les deux lancements ont eu lieu à partir du White Sands Missile Range, à White Sands au Nouveau-Mexique. Les expériences canadiennes, qui ont été soumises à des conditions de microgravité de grande qualité pendant six minutes, avaient pour but d'aider les chercheurs à mieux comprendre les comportements des matériaux et les procédés connexes et ainsi permettre au Canada d'améliorer les procédés de fabrication terrestre et de contribuer au développement de matériaux résistants à l'érosion.

Tours d'impesanteur

Une tour d'impesanteur consiste en une longue colonne verticale sous vide. Lorsqu'on laisse tomber le matériel d'expérimentation dans la tour, il se retrouve en conditions de microgravité. De façon générale, les tours d'impesanteur permettent d'obtenir des conditions de 10^-4 g pendant une période variant entre 2,2 secondes et 10 secondes.

Mis en oeuvre par le Programme des sciences en microgravité, le Programme des tours d'impesanteur porte également sur l'utilisation de tubes d'impesanteur dans lesquels on ne laisse tomber que l'échantillon fondu, contrairement aux tours et aux puits où on laisse tomber l'échantillon et le matériel d'expérimentation. Bien qu'ils offrent une période microgravité plus courte que celles offertes par les avions en vol parabolique (15 à 20 secondes), les tours et les tubes présentent moins de perturbations pour les expériences qu'à bord d'un avion.

On utilise les tours et les tubes d'impesanteur pour réaliser diverses expériences, notamment sur la diffusion de cristaux liquides et le traitement sans creuset de matériaux métalliques.

Station spatiale internationale

La Station spatiale orbite autour de la Terre et offre des conditions de microgravité de grande qualité pendant des périodes pratiquement illimitées. Les installations de la Station consisteront en des modules d'habitation et en six modules de laboratoire.