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Patrice Plotard, Directeur des programmes
d'exploration planétaire et de rentrée atmosphériques chez répond à nos questions
sur le bouclier thermique de Huygens.
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Flashespace
Qui, quelles firmes, sont à l'origine de ce bouclier,
de sa conception jusqu'à sa réalisation finale ?
Patrice Plotard
EADS ST a toujours été le seul intervenant dans la conception
et la construction du bouclier. Aucun intervenant extérieur à la
société a été sollicité. Notez qu'à l'époque, EADS ST s'appelait
Aérospatiale.
Flashespace
Quelle est la composition du bouclier de Huygens, et son principe
de fonctionnement ? Ablatif type Apollo, ou absorbant type navette
?
Patrice Plotard
Le bouclier est composé d'un matériau de type ablatif, qui est prénommé
AQ60 et qui a été développé par la France pour des applications
dans le cadre de la Force stratégique. Il s'agit d'un feutre élaboré
par aspiration de fibres de silice dans une matrice organique.
Flashespace
Qu'est-ce qui a conduit au choix d'un bouclier thermique de
type ablatif plutôt que radiatif ?
Patrice Plotard
Au début du projet, des analyses de choix ont été faites entre différents
concepts de matériaux et les deux principaux critères qui nous ont
guidés dans ce choix ont été ceux de la robustesse et de la masse.
On a recherché la robustesse et donc les matériaux les plus matures
dans les technologies européennes alors disponibles. Il nous a paru
que les matériaux ablatifs, de ce point de vue-la, était bien meilleurs
que d'autres.
Pour la densité, il était important que celle-ci soit la plus faible
possible. Pour ce type de missions interplanétaires on essaye sans
cesse d'économiser du poids (de la masse) sur les composants même
de l'engin de façon à installer une charge scientifique et/ou des
réserves en carburant plus importantes.
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Le bouclier
thermique
Installation d'une feuille isolante pour éviter d'exposer Huygens
aux radiations solaires attendues lors de son voyage interplanétaire
dans le vide spatial.
Crédit ESA |
Flashespace
Avait-on le choix d'autres matériaux ?
Patrice Plotard
Oui d'autres choix s'offraient à nous, essentiellement
des matériaux ablatifs.
Flashespace
Comment a-t-on déterminé sa forme, et a-t-elle été inspirée
d'une mission précédente ?
Patrice Plotard
La forme du bouclier s'est inspirée des précédentes missions et
notamment des capsules américaines Viking de la NASA dont le développement
remonte aux années 70. Elle a toutefois été modifiée, de façon à
répondre aux profils de la mission et aux objectifs spécifiques
sur Titan. Des modifications ont notamment été apportées au niveau
de la stabilité de l'ensemble, bouclier + sonde.
NDLR
Le projet Viking remonte à la fin des années 60 et comprenait deux
engins, Viking 1 et Viking 2, composés chacun d'un orbiteur et d'un
lander. Viking 1 sera lancé en août 1975 et se place autour de Mars
le 19 juin 1976. Son lander se sépare de l'orbiteur le 20 juillet
1976 et se pose quelques plus tard. Quand à Viking 2, lancé le 9
septembre 1975, il se satellise autour de Mars en août 1976 et libère
le lander qui atterrit le 3 septembre 1976.
Flashespace
La nature des gaz atmosphériques a-t-elle une incidence
sur la température de rentrée ?
Patrice Plotard
Evidemment oui.
Flashespace
Et quelle est la température de rentrée prévue ?
Patrice Plotard
Je préfère plutôt parler en terme de flux qu'en terme
de température. En effet, la température dépend pour beaucoup de
la nature même des matériaux et la température de paroi, de ce fait,
n'a pas beaucoup de signification.
Par contre le flux au point d'arrêt est une caractéristique de comparaison
pertinente . Aujourd'hui on se situe dans la gamme 1000 à 1500 kilowatts
par m².
Flashespace
La composition des gaz atmosphérique de Titan est-elle connue
avec suffisamment de précision pour déterminer le profil de la mission
par simulation ?
Patrice Plotard
Là, on touche une des difficultés de l'applicatif de Huygens, de
plus très stratégique. On a énormément travaillé sur des outils
de simulation, mais on ne peut pas dire qu'on a des modèles qui
offrent une précision à 100 % pour simuler l'ensemble de la physique
touchant à une rentrée dans une telle atmosphère. Toutefois, on
gère l'imprécision avec une politique de marge et on a développé
énormément de moyens de simulation qui nous rapprochent au mieux
des conditions réelles.
Flashespace
Les dernières données fournies par Cassini-Huygens depuis sa
mise a poste autour de Saturne vont-elles avoir une incidence sur
la phase de descente de Huygens ?
Patrice Plotard
Oui bien sûr.
On a intégré jusqu'au dernier moment toutes les dernières connaissances
de l'atmosphère de Titan et donc pris en compte les dernières données
fournies par Cassini-Huygens, notamment celles acquises lors des
survols de Titan par la sonde. On a travaillé avec la partie américaine
du projet et refait tourner l'ensemble des modèles de sorte que
l'on a géré les imprécisions avec une politique de marge extrêmement
robuste.
On essaye aujourd'hui d'ajuster la trajectoire en fonction des dernières
informations données par les observations de Cassini-Huygens.
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Le bouclier
enveloppant et la sonde Huygens
Le module de descente (la sonde Huygens) est installée à
l'intérieur du buclier thermique avant que le couvercle la
recouvre.
Crédit ESA |
Flashespace
A-t-il été possible de faire des essais en soufflerie
supersonique avec la bonne composition gazeuse ou suffisamment proche
pour valider les modèles de simulation CFD ?
Patrice Plotard
Oui, beaucoup d'essais en soufflerie ont été effectués.
Ils ont été très nombreux tant dans le domaine supersonique que
subsonique. On a également procédé à des essais aérothermodynamiques
(torches à plasma par exemple) des matériaux pour valider leur tenue.
L'ensemble de ces essais a été effectué en Suède et également en
France. Nos conditions de travail ont été optimales tant en terme
de temps que de qualité des installations.
NDLR
La simulation CFD est une discipline de calcul scientifique qui
s'occupe de l'aérodynamique et de l'aérothermodynamique.
Flashespace
Justement, était-il possible d'avoir accès aux installations
américaines et russes ?
Patrice Plotard
Oui, il aurait été possible d'avoir accès aux installations américaines.
Des démarches dans ce sens ont été entreprises mais on s'est heurté
à un problème de budget. Les souffleries et les torches à plasma
américaines sont extrêmement coûteuses quand on veut faire des prestations
de service.
Quant à la Russie, la situation politique de ce pays au moment du
développement du bouclier (fin 80 début 90) n'était pas celle que
nous connaissons aujourd'hui. Les relations dans le domaine spatial
n'étaient pas encore normalisées.
Flashespace
Dans le cas de la rentrée sur Titan, qu'est-ce qui est dimensionnant,
le pic de flux thermique (W/m2) ou la charge thermique (Joules)
?
Patrice Plotard
Les deux, parce que c'est très dépendant de la trajectoire décrite.
Dans le cas d'une trajectoire plongeante, il va y avoir beaucoup
de flux. Le plus critique dans ce profil sera la résistance des
matériaux. Par contre, si vous faire une trajectoire rasante on
va avoir des flux moindres, les matériaux seront donc moins mis
à contribution, par contre on va absorber plus d'énergie car la
durée de la rentrée est plus longue.
Ce qu'il faut chercher, c'est le bon poids d'équilibre dans la trajectoire
de façon à avoir des flux qui soient supportés par les matériaux,
et d'un autre côté on essaye d'avoir une charge thermique pas trop
importante de façon à éviter une température à l'intérieur de la
sonde trop élevée.
Flashespace
A-t-il été possible d'étudier la catalycité (la chimie dans
la couche limite) ?
Patrice Plotard
Oui, des travaux dans ce domaine ont été conduits. Ce sont surtout
des approches très théoriques qui ont été faites.
NDLR
La couche limite, c'est la couche de l'écoulement qui est en contact
avec le profil. Dans les écoulements hypersoniques, le gaz et les
atomes issus de l'ablation du bouclier sont ionisés et se recombinent
entre eux selon une chimie qui n'est pas trop connue.
Flashespace
Et que pouvez-vous nous dire sur la zone d'atterrissage, sa
nature et sa localisation sur Titan ?
Patrice Plotard
Pour le moment pas grand-chose. La NASA et l'ESA ont bien dessiné
sur une carte la zone prévisible de l'atterrissage ou de l'amerrissage
de Huygens. La région, de 400 kilomètres de diamètre présente des
zones claires et foncées mais les scientifiques sont bien incapables
de déterminer sa nature solide ou liquide.
Concernant la séparation de Cassini et Huygens, prévue le 25 décembre
2004, des travaux ont été faits. Le choix de la séparation dépendra
de plusieurs paramètres (modèles, sciences). Une fois séparée de
Cassini, on saura exactement où Huygens se posera. Il sera alors
temps de discuter de la nature de la surface que rencontrera Huygens,
le 14 janvier 2005.
Flashespace
Merci pour votre éclairage et vos renseignements avisés sur
ce bouclier.
© flashespace.com
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Cassini et
Huygens
Intégration de la sonde Huygens à l'orbiter Cassini
de la NASA.
Crédits ESA / NASA |
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Patrice
Plotard
Patrice Plotard est né en France. Il a accompli des études qui l'on
conduit au Diplôme d'Ingénieur de l'Ecole Nationale Supérieure des
Travaux Publics de Paris en 1983.
En 1984 il rejoint la division Lanceurs stratégiques et spatiaux
d'Aérospatiale et travaillera notamment sur le projet européen d'avion
spatial Hermes. Dès 1992 il est Responsable technique du dimensionnement
thermomecanique du bouclier thermique de l'ARD, en 1995 il occupe
cette fonction dans le cadre du développement des jupes avant et
arrière des EAP, les accélérateurs à poudre fixés sur les flancs
de la fusée Ariane 5. A partir de 1997 il est nommé Directeur du
projet Soyouz Cluster et participera également aux missions Soyouz
Globalstar.
En 2000, il est nommé Directeur du programme d'exploration planétaire
chez EADS. Il est impliqué dans les projets martiens ExoMars et
Mars Sample Return (programme Aurora de l'ESA) et Mars Premier /
Netlander du CNES.
Depuis 2004 il est Directeur des programmes d'exploration planétaire
et de rentrée atmosphérique chez . |
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