Nos recherches au service d’une mission de la NASA

22 octobre 2020

La sonde du projet OSIRIS-REx de la NASA a fait son "posé-décollé" sur l'astéroïde Bénou, mercredi à 7h50 du matin, heure française. C'est la concrétisation de plusieurs années d'un immense travail rassemblant de nombreuses équipes de recherche. C'est l'histoire d'une sonde lancée de Cap Canaveral le 8 sept. 2016 pour atteindre l'astéroïde Bénou en 2018 pour récupérer des échantillons de roches, mission accomplie le 20 octobre dernier (heure américaine). Moment historique, car c'est aussi la première fois que cette opération est menée et nous sommes fiers d'y contribuer.

Quand nos développements numériques servent une mission de la NASA 

Difficile de faire le lien entre nos activités de recherche en mécanique numérique et une missions spatiale vers l'astéroïde Bénou. Pourtant, deux chercheurs du CEMEF, Marc Bernacki et Daniel Pino Muñoz participent au projet OSIRIS-Rex (*) de la NASA. 

 

Pourquoi cette mission ?

L'objectif d'OSIRIS-REx est de prélever des échantillons de régolithe – couche superficielle formée de roches et de poussière – de l'astéroïde Bénou pour les ramener sur terre. Leur étude intéresse pour deux raisons : premièrement, ce sont des matériaux minéraux inorganiques primitifs. Ils ont très peu changé depuis la formation des astéroïdes et offrent des informations sur la création de nore système solaire. Ensuite, les chercheurs font l'hypothèse que le régolithe contient des molécules organiques qui pourraient expliquer l'origine de la vie sur terre.

Quels challenges pose cette mission ?

Parmi les nombreux challences, une des questions à laquelle il faut pouvoir répondre est de savoir où sur Bénou prélever les échantillons. Car la sonde doit effectuer un posé-décollé (Touch And Go = TAG) pour aspirer des prélèvements dont la taille ne dépasse pas 2cm pour une masse totale comprise entre 60g et 2kg. Son atterrissage rapide requiert une aire libre de gros rochers de 25m².

Depuis son arrivée en décembre 2018, la sonde analyse et cartographie l'astéroïde. Des instruments envoient des informations aux chercheurs pour leur permettre de choisir la meilleure localisation. Ils récupèrent ainsi des visuels de l'astéroïde et des cartes de températures. Les images transmises n'ont pas une résolution suffisante. Les visuels peuvnet être identiques mais finalement être très hétérogènes. Les cartes de températures sont utiles mais les modèles 1D utilisés par les astronomes se basent sur un nombre élevé d'hypothèses. Et bien sûr, les surfaces topologiques nous sont inconnues.

Il faut donc pouvoir proposer un site pertinent pour ce TAG car la sonde ne pourra pas faire de nombreuses tentatives.

L'apport du CEMEF ?

C'est ici que Marc Bernacki et Daniel Pino Muñoz, chercheurs numériciens de l'équipe MSR, apportent une intéressante contribution. Ils utilisent les modèles qu’ils ont développés par ailleurs pour retrouver par analyse inverse la taille des roches. Ils ont permis de créer la géométrie d'un empilement de cailloux de façon à savoir si des empilements différents peuvent avoir une signature thermique identique. Ils génèrent de cette façon différents scénarios sur les rugosités. C’est ainsi qu’ils ont développé des outils pour simuler les échanges de chaleur radiatifs.
 
Cette collaboration est la résultante d’un projet commun avec l'Observatoire de Nice et Marc Delbo. La mission OSIRIS-REx a été lancée par l’University of Arizona. Andy Ryan, fait partie de l’équipe de recherche américaine. Il est venu travailler un an entre les équipes de Nice et le CEMEF en 2018. Il est reparti en mars 2019 en Arizona. Les échanges se poursuivent et les travaux continuent. Les perspectives sont nombreuses. L’idée est d’ores et déjà de pouvoir appliquer ces développements à d’autres missions. Si les conditions sont différentes, la philosophie et l’analyse sont les mêmes, nous dit Daniel. 
 
Pour Daniel, ces échanges et le travail avec des astronomes et des astrophysiciens furent d’une grande richesse. Nous sommes de communautés scientifiques différentes. C’est incroyable mais nous n’utilisons pas le même vocabulaire pour parler des mêmes phénomènes. Il nous a fallu développer une vraie écoute pour se comprendre. Ils ne disposent pas d’informations sur les matériaux qu’ils étudient. Ils sont obligés d’émettre des hypothèses fortes en s’inspirant de ce qu’ils connaissent. Ils n’inventent pas. Il leur faut une culture très large et une grande ouverture d’esprit. Leurs contraintes sont très différentes. Ils travaillent de façon plus empirique par nécessité. 
 
Dans les retombées, notons d’ores et déjà l’implémentation de ces outils de simulation des procédés de chaleur radiatifs dans le logiciel THERCAST développé au CEMEF. Ils sont disponibles dans la version industrielle éditée par Transvalor. 

Et après ?

Projet de longue haleine. En août 2019, la sélection s'affine et quatre sites sont retenus. Puis au final deux sites (un site principal et un site de secours) sont choisis. Des répétitions du TAG ont été faites en août dernier… Et depuis, tout est mis en oeuvre pour s'assurer le succès de l'opération.

L'histoire ne s'arrête pas ici. Quelques jours après cette fabuleuse performance, les images ont confirmé que la sonde a récupéré suffisamment de matière, 60 grammes minimum. La décision a été prise de mettre la capsule de stockage en sécurité. Il n'y aura pas de deuxième approche au sol. Atterrissage de la sonde prévu en 2023. 

 

Crédit photos : NASA/Goddard/University of Arizona

 

* OSIRIS-Rex pour Origins-Spectral Interpretation-Resource Identification-Security-Regolith Explorer 

 

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