En Arctique, des radars à commande de phase font progresser la recherche spatiale circumterrestre
Publié par Redbran le 20/03/2018 à 12:00
Source: © Union européenne, [2018] / CORDIS

©EISCAT
L'infrastructure de radar du projet EISCAT3D, financé par l'UE, est extrêmement prometteuse, mais la précision et l'efficacité du système s'avèrent primordiales. Le projet EISCAT3D_PfP, récemment achevé, a démontré la viabilité de l'initiative et l'a fait passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) dans la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) de mise en œuvre.

La puissante infrastructure de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne...) d'EISCAT3D utilise des observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande participation des...) radar (Le radar est un système qui utilise les ondes radio pour détecter et déterminer la distance et/ou la vitesse d'objets tels que les avions, bateaux, ou encore la pluie. Un émetteur...) pour étudier comment l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) terrestre est couplée à l'espace entourant la planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne en...). Plus largement, elle peut également bénéficier à l'étude du système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de lui (autrement...) et à la radioastronomie (La radioastronomie est une branche de l'astronomie qui s'occupe de l'observation du ciel dans le domaine des ondes radio. C'est une science relativement jeune qui a fait ses débuts...). Utilisant une technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine d'activité scientifique, technique et industriel en rapport avec le traitement automatique de l'information par des machines telles que les...) polyvalente, elle apportera également sa contribution à de nouveaux domaines de recherche, tels que les mesures sur les micrométéores et l'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la main, soit par...) des astéroïdes.

Baptisée EISCAT3D_PfP, la phase de mise en œuvre du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et...), qui s'est récemment achevée, a établi l'approche nécessaire pour qu'EISCAT3D effectue des mesures tridimensionnelles détaillées sur la portion ionisée de la haute atmosphère.

Des radars d'une plus grande portée

L'outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit par la simplification des actions entreprises, par une plus grande rentabilisation de ces...) d'EISCAT3D a été installé dans une région où le couplage entre l'atmosphère et l'espace est le plus direct et le plus dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :): la zone aurorale nocturne de l'Arctique (L’Arctique est la région entourant le pôle nord de la Terre, à l’intérieur et aux abords du cercle polaire. Elle se situe à l'opposé de l'Antarctique. L'Arctique inclut une...) fenno-scandinave. Comme l'explique le coordinateur du projet, le Dr Craig Heinselman, "Lorsque nous observons l'aurore ou la mesurons avec des instruments optiques, nous voyons les effets de particules chargées guidées en partie par le champ magnétique terrestre (La Terre possède un champ magnétique produit par les déplacements de son noyau externe – composé essentiellement de fer et de nickel en fusion conducteurs – qui se...), lorsqu'elles libèrent de grandes quantités d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) et de mouvement dans la partie supérieure de l'atmosphère neutre. Même si c'est impressionnant à voir, cela ne constitue qu'une partie de l'histoire car l'énergie va également ioniser l'atmosphère."

EISCAT3D permettra aux scientifiques d'observer les effets de cette ionisation (L'ionisation est l'action qui consiste à enlever ou ajouter des charges à un atome ou une molécule. L'atome - ou la molécule - en perdant ou en gagnant des charges n'est plus neutre électriquement. Il est alors appelé ion.) de l'atmosphère et d'utiliser les ions et électrons comme traceurs des processus qui la dirigent, tels que les champs électriques. On espère que le suivi de ces phénomènes au fur (Fur est une petite île danoise dans le Limfjord. Fur compte environ 900 hab. . L'île couvre une superficie de 22 km². Elle est située dans la Municipalité de Skive.) et à mesure qu'ils se déroulent permettra de mieux comprendre où va l'énergie, comment elle interagit de façon plus large avec le système et quel en sont les conséquences.

Le projet repose sur des radars à commande (Commande : terme utilisé dans de nombreux domaines, généralement il désigne un ordre ou un souhait impératif.) de phase. En modifiant l'électronique des radars à la fois pour la transmission et la réception, ceux-ci pourront très rapidement changer de direction. Ils sont ainsi capables de modifier la direction de leurs observations tous les 1/1000 ème de seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde d'arc est une mesure d'angle...). Cela contraste avec les radars hémisphériques classiques, qui exigent de puissants moteurs (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie mécanique ou...) électriques pour tourner leurs lourdes antennes vers des directions différentes.

Deux des antennes d'EISCAT3D seront d'autre part en réception seule. En plus de suivre le mouvement rapide du faisceau de l'émetteur, elles seront ainsi capables d'observer dans 100 directions différentes à la fois. Elles pourront simultanément capter les signaux émis à toutes les altitudes, et pas seulement à une altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et biogéographique qui explique la...) unique comme cela est le cas avec certains systèmes en cours d'exploitation.

Des innovations pour la recherche sur l'espace circumterrestre

L'un des principaux défis surmontés par le projet EISCAT3D_PfP a été le développement d'un système doté de capacités informatiques suffisantes pour satisfaire au cahier des charges (Un cahier des charges est un document visant à définir exhaustivement les spécifications de base d'un produit ou d'un service à réaliser. Outre les spécifications de base, il décrit ses modalités...). Comme s'en souvient le Dr Heinselman, "Quand l'étude de conception a été menée, il n'était tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) simplement pas possible de traiter 100 faisceaux étroits en réception, ce qui fait que la conception initiale n'en comportait que sept. Heureusement, les progrès réalisés, particulièrement dans le domaine des circuits logiques FPGA (field programmable gate array), ont permis de traiter ces 100 faisceaux de façon pratique et abordable."

Étant donné la précision des mesures nécessaires, un autre défi a consisté à construire un système dont les horloges informatiques internes ne génèrent pas de parasites susceptibles de saturer les signaux à mesurer. Il s'agissait d'une tâche extrêmement complexe car les signaux reçus par les radars, lorsqu'ils sont associés, sont plus faibles d'environ 20 ordres de grandeur que le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la nuit des temps par les hommes pour communiquer...) transmis (soit 0.000000000000000001%). Pour atteindre cet objectif, il a non seulement fallu une conception soignée, mais également que l'équipe du projet réalise des tests approfondis.

EISCAT3D_PfP a maintenant démontré la faisabilité des objectifs du projet EISCAT3D et l'a fait progresser vers sa phase de mise en œuvre. Les systèmes d'EISCAT3D devraient être mis à la disposition des scientifiques d'ici la fin 2021.

Se tournant vers l'avenir, le Dr Heinselman déclare, "Comme EISCAT3D est un instrument scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) destiné à la recherche, il est difficile de dire sur quoi déboucheront ces travaux. On peut cependant estimer qu'un domaine très prometteur concerne les fondements scientifiques des prévisions des effets de la météorologie (La météorologie a pour objet l'étude des phénomènes atmosphériques tels que les nuages, les précipitations ou le vent dans le but de comprendre comment ils se forment et évoluent en fonction des...) spatiale. Ces effets ont un impact croissant sur notre société, qui est de plus en plus dépendante des technologiques spatiales."

Pour plus d'information voir: https://eiscat3d.se//
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