Contraintes des vols paraboliques

Mon travail sur ICE fut en grande partie rythmé par les campagnes de vol. Ces dernières imposent d’être opérationnel aux dates précises, d’établir des objectifs scientifiques et techniques clairs, ainsi qu’une solution de repli en cas de changement ou de problème majeur.

Le travail engagé au laboratoire est toujours effectué en prévision de la prochaine campagne de vol. Ce qui implique que pour chaque modification effectuée sur l’ex-périence, il est impératif de prendre en compte les différentes contraintes amenées par les vols paraboliques. En effet chaque changement, aussi mineur soit-il, peut avoir de graves conséquences dans l’avion si les exigences mécaniques, électriques, ou autres ne sont pas respectées. À cela, il est nécessaire d’ajouter les règles de sé-curité strictes dictées par Novespace et la DGA-EV qui viennent encore alourdir ces contraintes. Chaque transformation et modification sont donc toujours particulière-ment réfléchies et mises en balance avec les différentes exigences, dont je vais lister les principales ci-dessous :

Modularité et transport

Le premier paramètre est bien évidemment la possibilité de transporter l’expé-rience du laboratoire jusqu’à l’aéroport. Elle doit donc être suffisamment compacte, facile à déplacer et pouvoir être mise en place dans l’avion sans difficulté tout en conservant son intégrité.

Environnement de l’avion

Que se soit en vol ou au sol, l’environnement de l’avion est un ensemble de contraintes qu’il faut absolument prendre en compte :

– Les changements de gravité : lors d’une parabole, les passages de 0g/2g se font en 2 à 3 secondes, générant des flèches de contraintes mécaniques impor-tantes, notamment en flexion. Les différents instruments, et particulièrement les parties optiques, doivent donc être à même de résister sans problème à ces changements.

2.1 Les vols paraboliques et la micro-pesanteur 31

– Les vibrations et les chocs : le transport et la mise en place dans l’avion vont amener des chocs et quelques vibrations. Mais c’est le vol qui va principale-ment engendrer ces dernières. Les moteurs génèrent en effet de fortes vibra-tions jusqu’à des fréquences d’environ 1kHz, pouvant être amplifiées par des résonances mécaniques de la structure de l’avion ou de l’expérience en elle-même. Cette dernière doit donc, en plus d’être compacte et transportable, ro-buste et résister à toutes formes de chocs et de vibrations. Ceci est d’autant plus important pour les parties optiques et lasers dont un léger désalignement suffit à rendre l’interféromètre inutilisable. L’amplitude des vibrations est en général moins importante durant la phase d’impesanteur, puisque le régime des moteurs est diminué, mais elles contribuent grandement au déphasage de l’interféromètre atomique. On observe également des accélérations résiduelles basses fréquences (<10 Hz) de l’ordre de 10−2g sur les trois axes de l’avion, dues aux variations locales des masses d’air et à l’action des pilotes sur les différentes commandes. La figure 2.3 montre que ces accélérations sont plus faibles sur l’axe Y que sur les axes X et Z.

– La température : L’expérience reste dans l’avion durant les deux semaines de campagne (jour et nuit). Or les températures peuvent varier de 5°C la nuit jus-qu’à plus de 30°C dans l’après-midi. Nos différents instruments doivent donc supporter et fonctionner malgré ces importantes variations de température (la température est cependant régulée pendant le vol à 19±1°C).

Règles de sécurité

Afin de garantir une sécurité optimale durant les vols, Novespace et la DGA-EV ont établi des règles strictes et régulièrement mises à jour. La plupart concernent les parties mécaniques et électroniques des dispositifs expérimentaux. En voici quelques-unes à titre d’exemple.

Il est impératif que tous les racks2, ainsi que tous les éléments composant ceux-ci, puissent résister à une accélération de 9 g vers l’avant de l’appareil en cas d’atterris-sage forcé. Et chacun de ces racks ne doit pas excéder un poids maximal de 200 kg. Notre expérience embarquant un laser de classe 4, le banc en espace libre doit être confiné sans aucune possibilité d’accès durant le vol et sous certaines restrictions au sol. Toute l’expérience et tous les équipements doivent également être éteints chaque nuit et durant les week-ends, ce qui laisse lors des jours de vol, seulement 3 h à l’expérience pour être complètement opérationnelle avant le décollage.

Enfin, peu avant le décollage, les pilotes effectuent un contrôle de tous les ins-truments et appareils de l’avion. Il est donc demandé à toutes les expériences d’être déconnectées de leur panneau d’alimentation respectif lors du contrôle. Cette étape dure généralement de 10 à 20 minutes, si aucun problème n’est rencontré. La plupart

2. L’expérience est séparée en plusieurs parties, les racks, afin d’être facilement transportable et satisfaire certaines règles de sécurité.

Ac cé lé ra tion ( g) Time (s) Al titude (km ) Axe Z Axe Y Axe X

Figure 2.3 Signal d’accélération des 3 axes au cours d’une parabole. L’accélération rési-duelle suivant l’axe Y (en rouge) reste stable durant la manœuvre. Sur l’axe X (en vert), elle est également stable pendant la phase 0 g mais on constate des variations avant et après l’injection. L’accélération sur l’axe Z (en bleu) atteint jusqu’à 1.8g avant et après la phase de micropesanteur. Les fluctuations de l’accélération basse fré-quence sur cet axe durant la phase 0 g sont environ 10 fois supérieures par rapport aux deux autres.

des expériences sont donc éteintes avant cela et rallumées une fois en vol, après le décollage. Compte tenu de la durée de préchauffage (environ 1 heure) dont nous avons besoin, il nous est impossible de l’éteindre. Nous nous servons donc d’une alimentation statique sans coupure (UPS), plus communément appelée onduleur dis-posant de batteries d’une autonomie d’environ 30 mn, pour prendre le relais lors de la vérification. L’alimentation est ensuite rebasculée sur les panneaux de l’avion une fois la vérification finie.