Un transfert de technologie en orbite

Publié par Redbran le 11/06/2019 à 14:00
Source: CEA-IRIG
​Le Département des Systèmes Basses Températures a développé un cryoréfrigérateur de type tube à gaz pulsé de forte puissance destiné au refroidissement de détecteurs infrarouge mis en orbite à des fins d'observation de la terre. L'utilisation de tube à gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) pulsé est liée à l'absence de pièces mobiles dans sa partie froide qui le rend plus fiable et limite la transmission des microvibrations vers le système de détection (Un système de détection est un système permettant à l'utilisateur d'observer un événement...).


Tube à gaz pulsé fabriqué par Air Liquide sous licence CEA pour refroidir les détecteurs infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde...) de MTG.
© Air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...) Liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...)

A l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...) spatial sont associées des contraintes spécifiques dont la résistance mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...) liée au décollage (Le décollage est la phase transitoire pendant laquelle un aéronef passe de l'état...) de la fusée (Fusée peut faire référence à :), l'absence de gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) et la fiabilité (Un système est fiable lorsque la probabilité de remplir sa mission sur une durée...) qui sont parmi les plus critiques. En particulier, la contrainte de fiabilité ou la nécessité de garantir des fonctionnements sans panne sur des durées typiquement de 5 ans à 10 ans conduit à concevoir des systèmes comportant des pièces mobiles sans frottement (Les frottements sont des interactions qui s'opposent à la persistance d'un mouvement relatif entre...) ou même idéalement aucune pièce en mouvement. Le Département des Systèmes Basses Températures (DSBT) développe des cryoréfrigérateurs de type tube à gaz pulsé qui se caractérisent par l'absence de pièces mobiles à froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.) et dont l'ESA a financé un certain nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de développements au DSBT.

Le DSBT développe des cryoréfrigérateurs de type tube à gaz pulsé depuis de nombreuses années. Très proche des machines Stirling, la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de...) au DSBT se caractérise par l'absence de pièce mobile dans la partie froide. Ceci rend cette machine plus fiable et limite le niveau des perturbations mécaniques exportées (microvibrations) vers les parties sensibles des instruments qui les accueillent
Entre 2004 et 2006, un tube à gaz pulsé de forte puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) (Large Pulse Tube Cooler, LPTC) a été développé conjointement avec Air Liquide et Thales (Thalès de Milet appelé communément Thalès (en grec ancien...) Cryogenics pour le compte de l'ESA avec comme objectif le refroidissement de détecteurs infrarouge pour les missions d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) de la terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...). Sa capacité à produire de l'ordre de 2 watts de puissance de refroidissement vers 50 K permet de refroidir des matrices de détecteurs infrarouge avec un très bon rapport signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) sur bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son....). Le premier modèle d'ingénierie (L'ingénierie désigne l'ensemble des fonctions allant de la conception et des études à la...), réalisé par le DSBT pour la partie cryogénique, a été transféré à Air Liquide qui en a assuré la qualification en vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et...) d'applications spatiales. Il aura fallu attendre plus de 10 ans pour que le premier modèle soit mis en orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps...) sur un satellite (Satellite peut faire référence à :) d'observation de la terre. Seize autres modèles le rejoindront sur les satellites météorologiques européens de 3ème génération (Meteosat Third Generation MTG). Ces satellites permettront de donner des images infrarouges de la terre et de sonder l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) afin d'en extraire des informations sur la vapeur () d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) et la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) en vue d'améliorer les prédictions météorologiques.

D'autres développements sur la technologie des tubes à gaz pulsés ont permis d'abaisser leur température de fonctionnement jusqu'à 10 K environ. Ces machines sont une des briques incontournables des architectures (Architectures est une série documentaire proposée par Frédéric Campain et Richard Copans,...) thermiques des futures grandes missions d'astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche...) utilisant des détecteurs à très basses températures.

Les tubes à gaz pulsé

Les tubes à gaz pulsé sont des machines cryogéniques utilisées pour produire des températures allant jusqu'à 4 Kelvin (Le kelvin (symbole K, du nom de Lord Kelvin) est l'unité SI de température thermodynamique. Par...) (pour les applications sol). Ils sont constitués d'un compresseur situé à température ambiante et d'une partie froide (appelé doigt froid) où a lieu la détente qui produit l'effet frigorifique. L'avantage des tubes à gaz pulsé par rapport aux autres machines cryogéniques traditionnelles est l'absence de pièce mobile à froid ce qui a pour conséquence un faible niveau de vibrations induites ainsi qu'une fiabilité et une durée de vie (La vie est le nom donné :) élevées. Les tubes à gaz pulsé sont donc destinés principalement aux applications où la fiabilité et les vibrations sont critiques, comme le spatial ou le refroidissement de détecteurs sensibles.
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