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

Les travaux canadiens en microgravité

Le Canada est à l'avant-garde dans le domaine de la recherche en microgravité et conserve une réputation d'excellence aux plans techniques et scientifiques. La recherche en microgravité a des applications commerciales à l'échelle mondiale. En appliquant de façon stratégique les fruits de cette recherche, l'industrie canadienne permettra au pays de conserver sa position de chef de file mondial dans le domaine de la recherche et des applications commerciales de nature scientifique, pendant une bonne partie du XXIe siècle. Il pourra ainsi mettre en valeur sa compétitivité économique et créer des emplois pour les Canadiens.

Vous trouverez ci-dessous des exemples de travaux courants de recherche et de développement en microgravité qui sont menés au Canada

• Physique des fluides
• Fabrication du verre
• Croissance des cristaux
• Céramiques
• Biotechnologie : Cristallisation des protéines
• Matériaux

Physique des fluides

Application : Multidisciplinaire

Le Canada mène des recherches dans diverses sciences fondamentales touchées par les effets de la microgravité, notamment la physique des fluides. Les milieux de microgravité se caractérisent par une réduction importante de la pression hydrostatique, de la sédimentation et de la convection causée par la poussée d'Archimède. Ces caractéristiques s'appliquent à la majorité des procédés associés aux phases de fluides.

Sur Terre, la pesanteur a un effet physique dominant sur les fluides. L'élimination de la pesanteur, qui a une action unidirectionnelle, nous permet d'étudier et d'utiliser les forces de moindre intensité, comme la tension superficielle, dont l'orientation constitue une fonction de la forme des fluides. On se sert de la tension superficielle pour pomper et séparer des fluides, déplacer des bulles et même créer un creuset. Le Canada fabrique en ce moment un four à zone flottante destiné à la production de matériaux de très grande pureté. La tension superficielle remplace les parois du creuset, lesquelles contamineraient le matériau. En comprenant l'influence de ces forces en microgravité, les chercheurs canadiens approfondissent leurs connaissances sur la physique des fluides et sont davantage capables de créer de nouveaux procédés et de les contrôler. Le Canada peut ainsi développer de nouveaux produits destinés à une multitude d'applications variées.

Fabrication du verre

Application : Câbles de fibres optiques

Le Canada procède actuellement à des recherches sur la fabrication du verre en microgravité. On utilise dans la fabrication des fibres optiques un matériau appelé fluorozirconate. Dans le procédé de fabrication utilisé sur Terre, il y a formation de cristaux qui réduisent la capacité du verre à transmettre la lumière. La fabrication de verre au fluorozirconate en microgravité permet de limiter cette formation de cristaux. Les câbles de fibres optiques actuels doivent être munis, tous les cinq ou dix kilomètres, de répéteurs ou d'amplificateurs. La recherche sur la formation du verre en microgravité aidera le Canada à mettre au point des câbles de fibres optiques capables de transmettre, sans répéteurs, un signal de l'autre côté de l'Atlantique, sur une distance de 3 200 km. Cela mettra également en valeur la prééminence du Canada dans le domaine des télécommunications à l'échelle planétaire.

Croissance des cristaux

Application : Matériel électro-optique et photonique

Les effets gravitationnels, comme les courants de convection, la sédimentation et la variation de pression hydrostatique, nuisent à l'uniformité des cristaux produits en condition de pesanteur. De plus, la nucléation non contrôlée au niveau des parois du creuset peut être responsable des imperfections dans la structure cristalline et d'impuretés dans le réseau cristallin. Ces facteurs ont pour effet de réduire leur taille et leur pureté, paramètres primordiaux de qualité des cristaux.

Le Canada effectue des recherches sur la croissance des cristaux en microgravité où la convection, la sédimentation et la variation de pression hydrostatique sont considérablement réduites. On obtient donc des cristaux de structure, de pureté et d'uniformité supérieures. De plus, le traitement sans creuset réduira la contamination du réseau cristallin, ce qui aura pour effet d'améliorer la pureté des cristaux et le rendement des procédés. La fabrication des cristaux en microgravité sera appliquée à la conception de lasers haute précision à puissance élevée, d'équipement de diffusion hyperfréquence, de détecteurs de chaleur plus sensibles et de caméras vidéo à plus grande résolution.

Céramiques

Applications à température élevée

Les céramiques, tout comme les cristaux, bénéficient de l'expérimentation en microgravité. Le traitement sans creuset des céramiques permettra de réduire la contamination. Les expériences en microgravité favoriseront la production de céramiques d'uniformité et de pureté supérieures.

Les céramiques techniques créées au Canada en condition de microgravité offrent des propriétés mécaniques souhaitables, comme la résistance au fluage et aux chocs ainsi que la résistance mécanique. De plus, elles conservent ces propriétés même à haute température, ce qui leur donne un net avantage par rapport aux autres métaux. Ces nouvelles céramiques remplaceront les métaux qui ne peuvent supporter les températures élevées. Par exemple, les céramiques techniques peuvent servir de revêtement aux lames de turbines hydroélectriques qui deviendront plus résistantes et plus durables. Il y aura donc moins de pannes.

Biotechnologie : Cristallisation des protéines

Application : Nouveaux traitements pour lutter contre les maladies affectant les humains et les plantes

Des recherches sont effectuées en ce moment au Canada en vue de déterminer la structure des protéines des organismes vivants. Le procédé ou la méthode de recherche s'appelle la cristallisation des protéines. Les protéines se trouvant dans des solutions liquides sont d'abord cristallisées, puis analysées par diffraction de rayons-x pour en établir la structure. Les protéines cristallisées en microgravité sont souvent de taille et de qualité supérieures aux cristaux produits sur Terre, ce qui permet de déterminer plus facilement leur structure. Les connaissances ainsi acquises sur la structure des protéines peuvent être appliquées à la composition de médicaments plus efficaces contre certaines maladies affectant les humains et les plantes. La cristallisation des protéines a également été utilisée pour déterminer la structure des enveloppes virales qui protègent les virus contre le travail du système immunitaire naturel d'un organisme. À l'aide des résultats de la cristallisation de protéines, les chercheurs canadiens seront en mesure de développer des substances capables de briser cette enveloppe pour permettre à l'organisme de combattre et de détruire le virus.

Matériaux

Application : Métaux et alliages

On produit des alliages en mélangeant deux métaux liquides non miscibles et en laissant le mélange se solidifier. Par exemple, lorsqu'on remue un mélange d'huile et d'eau, les gouttelettes d'huile se répandent dans l'eau. La congélation du mélange permet de simuler la formation d'un alliage: les gouttelettes d'un des liquides se répandent dans la matrice que constitue l'autre liquide. La résistance d'un alliage augmente au fur et à mesure que la taille des gouttelettes diminue et qu'elles se répartissent uniformément. La pesanteur produit des effets sur ces deux paramètres.

Généralement, la densité des gouttelettes est différente de celle de la matrice, de sorte qu'il y a sédimentation et une réduction d'uniformité dans la répartition des gouttelettes lorsque le mélange durcit. Les gouttelettes de poids différents ont des vitesses de sédimentation différentes. Les gouttelettes à sédimentation plus rapide s'unissent aux gouttelettes à sédimentation plus lente et créent des gouttelettes de taille supérieure. C'est ce qu'on appelle le processus d'agglomération. En condition de microgravité, le phénomène de la sédimentation n'existe pas, alors les gouttelettes n'entrent pas en collision entre elles et ne s'agglomèrent pas. Il en résulte de plus petites gouttelettes réparties uniformément dans le mélange, ce qui produit des alliages plus résistants. Les travaux canadiens de recherche sur les alliages en microgravité nous permettront de mieux comprendre le comportement des métaux et d'améliorer la production des alliages sur Terre.