De Dübendorf à Jupiter
Les vibrations, le vide, les radiations et les fluctuations extrêmes de température: Les instruments de mesure scientifiques pour les sondes spatiales doivent pouvoir résister à tout cela pendant des années, tout en continuant à fonctionner avec la plus grande précision et fiabilité. Il n'est donc pas étonnant que chaque composant doive répondre aux exigences les plus élevées.
Hans Rudolf Elsener, du laboratoire de technologie d'assemblage et de corrosion de l'Empa, est conscient de cette responsabilité. Depuis environ 25 ans, il fournit avec ses collaborateurs différents composants pour des sondes spatiales en collaboration avec l'Université de Berne. Certaines missions de l'Agence spatiale européenne (ESA) ont déjà embarqué ses composants, comme la sonde cométaire Rosetta, la sonde de Mercure BepiColombo et le télescope spatial CHEOPS. Prochaine destination: Jupiter.
La mission de l'ESA Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) sera lancée le 13 avril. Elle a pour mission d'étudier la plus grande planète de notre système solaire, Jupiter, ainsi que ses lunes glacées Ganymède, Callisto et Europe. Parmi les onze instruments scientifiques à bord de la sonde spatiale se trouve un spectromètre de masse développé à l'Université de Berne. Le Neutral Ion Mass Spectrometer (NIM) mesurera la composition chimique de la couche la plus externe de l'atmosphère de Jupiter et de ses lunes. Au cœur de cet instrument de seulement 36 centimètres de long se trouve un morceau d'Empa.
Pour les chercheurs de l'Université de Berne, l'équipe d'Elsener de l'Empa a fabriqué quelques composants pour l'instrument de mesure de haute précision, dont le «réflectron». «On peut se le représenter comme un miroir électrique», explique le chercheur de l'Empa. «Les ions qui arrivent sont freinés par l'application d'un champ électrique et accélérés dans la direction opposée. Cela permet de réaliser des mesures nettement plus précises.»
Au premier abord, le réflectron n'impressionne pas particulièrement. Il se compose de cylindres en céramique empilés entre lesquels sont insérés d'étroits anneaux en titane. Mais le diable se cache dans les détails: les faces intérieures des cylindres en céramique sont revêtues en spirale d'une pâte d'oxyde métallique vitreuse à haute résistance. Ce revêtement robuste permet d'appliquer un champ électrique puissant qui n'utilise qu'une petite partie du peu de courant disponible à bord de la sonde spatiale.
Précision et patience
Les différents composants du réflectron ont été brasés ensemble à l'Empa. Mais ceux qui s'imaginent un fer à souder ordinaire se trompent. Le brasage s'effectue dans un four spécial sous vide poussé. En effet, si de l'oxygène était présent dans le four, le titane s'oxyderait en une poudre blanche à haute température. Avant le brasage, l'équipe applique un revêtement sur les composants afin d'optimiser le processus de brasage.
L'ensemble du processus est soigneusement documenté, car chaque composant doit être traçable à travers toutes les étapes de production – de la première étape de revêtement jusqu'au lancement de la fusée Ariane V depuis la Guyane française, prévu le 13 avril.
La recherche spatiale demande aussi de la patience: l'équipe d'Elsener a déjà terminé les composants de JUICE en 2019. Et il faudra encore plus de temps avant que les premiers ions de l'atmosphère de Jupiter ne traversent le réflectron: JUICE n'atteindra probablement l'orbite de Jupiter qu'en été 2031 ...
