La boîte à gants européenne offre de multiples possibilités d’expérimentation
Du point de vue de l'Europe, la mission Odissea a pour principale raison d'être la réalisation d'une série de 23 expériences dans le domaine des sciences de la vie, des sciences physiques et de l'enseignement.
"Ces recherches touchent un large éventail de disciplines et d'applications qui ont toutes pour but ultime d'améliorer la qualité de vie sur Terre", explique Marc Heppener, responsable scientifique de la mission Odissea de l'ESA.
"Toutes les expériences qui seront menées ont été retenues au terme des procédures de sélection rigoureuses que respecte l'ESA. Si elles ont été sélectionnées, c'est en raison de leur mérite scientifique et parce qu'il existe des installations de recherche appropriées.
Les 23 expériences retenues ont toutes passé avec succès les essais avant vol, ce qui va au-delà de nos espérances initiales et peut être considéré comme une performance remarquable par les chercheurs de multiples nationalités qui y participent.
Odissea est le troisième vol taxi russe auquel prend part un astronaute européen. La liste des expériences proposées est conséquente et nettement plus longue qu'à l'occasion des deux missions précédentes (Andromède et Marco Polo).
La boîte à gants
L'installation à bord de la Station spatiale de la boîte à gants de recherche en microgravité (MSG), conçue et réalisée par l'Europe, n'y est pas étrangère. Pendant la mission Odissea, elle servira à exécuter quatre expériences de physique.
L'ESA a établi la liste des expériences potentielles en concertation avec les autorités belges au sein du Comité consultatif des Sciences de la vie et des sciences physiques (LPSAC). Les équipes constituées autour de chaque expérience comptent pour la plupart un chercheur de nationalité belge, aux côtés de scientifiques de nombreux autres pays européens.
MSG offre un volume de travail hermétiquement clos muni de connexions électriques et mécaniques, de dispositifs d'alimentation en gaz ou de mise sous vide, de liaisons de données ainsi que d'un mécanisme de régulation thermique permettant la conduite d'expériences variées. Cette installation peut également servir à des réparations mineures et à la maintenance de matériel nécessitant un environnement de travail contrôlé ou clos.
On accède à son volume intérieur par l'intermédiaire de gants intégrés qui isolent les expériences de l'atmosphère de la Station spatiale ainsi que de l'opérateur. MSG peut fonctionner en mode ouvert, l'air ambiant circulant alors librement à l'intérieur, ou en mode clos, son atmosphère étant régulée en fonction des besoins de l'expérience. On peut notamment y maintenir une atmosphère inerte au moyen d'azote à l'état gazeux de manière à ce que le volume d'oxygène soit inférieur ou égal à 10 % de cette atmosphère.
Les expériences de sciences physiques
Les quatre expériences de sciences physiques devant être réalisées dans la boîte à gants pendant la mission Odissea sont les suivantes : COSMIC (synthèse SHS dans des conditions de microgravité), ProMISS (suivi de la croissance de cristaux de protéines par microscopie holographique numérique), NANOSLAB (étude des mécanismes d'agrégation et cinétique des particules de zéolithes) et DCCO (mesure des coefficients de diffusion dans le pétrole brut).
Ces sujets techniques, tous complexes, ont un grand intérêt scientifique et pourraient avoir des applications technologiques commerciales sur Terre.
COSMIC a pour objet d'étudier l'influence de la pesanteur sur les réactions exothermiques (de combustion) à de très hautes températures, de l'ordre de 1000 à 2000o C. Ces réactions sont de nature à permettre la combinaison de métaux avec des matériaux non-métalliques, et donc la production d'un large éventail de matériaux de pointe tells que des céramiques et des composites intermétalliques ou à matrice métallique.
Dans cette expérience, des poudres de titane, d'aluminium et de bore sont associées selon différents rapports de mélange et pressées en boulets cylindriques. De Winne déclenchera une réaction chimique pour chaque boulet-échantillon en activant une bobine chauffante dégageant une chaleur intense. A l'allumage, la réaction chimique produit une onde de combustion qui s'auto-propage à travers le boulet.
L'expérience COSMIC consistera dans l'emport de six boulets au sein desquels cette réaction sera déclenchée pendant la mission Odissea. Ils seront ramenés à Terre lors d'un vol ultérieur de la navette spatiale. Les chercheurs auront cependant accès à des données vidéo et à des mesures de température relayées en temps réel à partir de la Station spatiale.
Comparer les résultats obtenus en microgravité avec ceux que donneront une expérience identique menée au sol permettra aux scientifiques d'établir avec exactitude quelle est le rôle de la pesanteur dans ces phénomènes et d'appliquer ces connaissances à l'amélioration des procédés de fabrication au sol.
Les informations obtenues permettront aux chercheurs de mieux appréhender les processus physico-chimiques en jeu et d'élaborer des stratégies afin de maîtriser le traitement de ces matériaux de pointe au sol. Ceux-ci supportent des températures élevées et pourraient servir à fabriquer des aubes de turbines pour les moteurs à réaction ou des prothèses chirurgicales biocompatibles.
Les résultats de l'expérience DCCO intéressent d'ores et déjà un certain nombre de grandes compagnies pétrolières étant donné qu'à terme ils doivent permettre de prévoir avec davantage de précision le potentiel commercial des nouveaux gisements pétroliers.
Ainsi outre son intérêt scientifique intrinsèque, cette expérience revêt une grande importance pour l'industrie pétrolière mondiale car il est possible que celle-ci puisse en exploiter directement les résultats.
Neuf mélanges différents à base des mêmes composés – modèles chimiques de la famille des pétroles bruts – serviront à mesurer la façon dont les différents composés organiques diffusent les uns dans les autres.
Il s'agit de suivre le processus de diffusion qui se produit lorsque deux pétroles sont placés au contact l'un de l'autre. On fera appel à un interféromètre pour mesurer l'évolution de l'indice de réfraction selon la concentration de l'échantillon. Sur Terre, il n'est pas possible de procéder à de telles mesures avec précision en raison de la flottabilité induite par la gravité.
ProMISS est une expérience autonome mais elle complète l'installation de cristallisation Granada (GCF) qui sera exploitée parallèlement à bord de la station spatiale. Cette expérience tire parti d'une technique scientifique qui a déjà fait ses preuves, la méthode de contre-diffusion, qui fait intervenir des solutions de protéines contenues dans des capillaires. La cristallisation se déclenche lorsque l'on permet à l'agent générant le précipité de diffuser le long de ces capillaires.
Les paramètres physiques qui conditionnent la cristallisation doivent être mesurés de façon adéquate au moyen de techniques optiques non invasives. On enregistrera donc le processus à l’aide d'un microscope holographique numérique.
Bien que l'essentiel de l'analyse doivent se dérouler au sol une fois que les échantillons auront été retournés au laboratoire, le microscope permettra aux chercheurs responsables de l'expérience ProMISS de suivre son déroulement en temps réel. Tandis que ProMISS permettra d'étudier un petit nombre d'échantillons contenus dans six réacteurs, la GCF servira à réaliser 138 expériences différentes à l'intérieur de 23 réacteurs.
Les matériaux utilisés pour NANOSLAB – silicate-1 et ZSM-5 – jouent un rôle important dans les applications industrielles. Comprendre les effets de la convection et de la sédimentation sur ces matériaux constituera un pas en avant dans l'optimisation des procédés industriels actuels ainsi que pour la conception de matériaux spécifiques. Une autre expérience sur les zéolithes, ZEOGRID, sera réalisée en parallèle à bord de la composante russe de la station.
Les données seront obtenues en réalisant ces expériences dans l'espace dans des conditions spécifiques. Les chercheurs veulent étudier la façon dont les particules nanoscopiques – mesurant 1000 millionièmes de mètre – s'organisent et se regroupent en structures tri-dimensionnelles hautement complexes.
Cette même expérience sera également effectuée par des laboratoires basés au sol de manière à pouvoir procéder à une analyse comparative, et des méthodes de diffraction utilisant le rayonnement X permettront d'évaluer la composition granulométrique et la structure de ces matériaux.
Applications pratiques
Ces expériences auront des applications pratiques dans le domaine des tamis moléculaires et des échangeurs d'ions, ces derniers étant employés dans une technique d'adoucissement des eaux dures. Ces agents peuvent également présenter de l'intérêt pour l'industrie pétro-chimique en tant que catalyseurs permettant d'accélérer des réactions chimiques.
Expériences médicales
De Winne participera également à un certain nombre d'expériences médicales au nombre desquelles des études sur le cerveau humain, sur l'activité veille-sommeil et sur la fonction cardio-vasculaire. Plusieurs expériences de physiologie humaine nécessiteront uniquement des tests avant et après son vol.
Education
En ce qui concerne l'éducation, le groupe de travail international ARISS (Amateur Radio onboard ISS) a mis en place des stations satellitaires amateurs qui permettront aux enfants d'écoles belges de poser des questions à De Winne et d'écouter ses réponses en direct. De plus, des supports vidéo éducatifs – illustrant principalement des phénomènes physiques simples – seront téléchargés par différentes écoles d'Europe.