C'est quoi un nanosatellite étudiant ?

© NASA

Premier nanosatellite de l'Université Paris Diderot, IGOSat est un projet qui a permis de former 150 étudiants, pour un lancement prévu en 2019. Il s'agit d'un projet conjoint de l’Université Paris Diderot et du LabEx UnivEarths, soutenu par le CNES. Rencontre avec les enseignants-chercheurs et les étudiants en charge d'un petit satellite qui ouvre de grandes discussions... notamment pendant la Fête de la science !

11.10.2017

C’est quoi un nanosatellite ?

Hubert Halloin : Un nanosatellite, c’est un petit satellite, parmi les plus petits qui existent, et le nôtre est un satellite de 10cm par 10cm de surface et 30 cm de hauteur. Pourquoi on l’appelle un nanosatellite « étudiant » ? Parce que l’objectif principal du développement de ce satellite est pédagogique. Former des étudiants à un certain nombre de points de l’ingénierie spatiale, leur montrer comment on monte un projet, les investir sur un développement technique qui est quand même assez délicat mais aussi leur démontrer qu’on peut faire des choses très pointues même en étant étudiant à l’université ou en école d’ingénieurs.


Les nanosatellites étudiants sont assez répandus, en tout cas beaucoup aux Etats-Unis, au Japon, en Allemagne et dans d’autres pays européens. La France est relativement en retard dans ce domaine puisque jusqu’à récemment, il n’y avait qu’un seul nanosatellite étudiant, et c’est notamment grâce au soutien du CNES – qui soutient un certain nombre de programmes de nanosatellites étudiants, dont le nôtre, que ce domaine est en plein essor en France. Dans notre cas, le Labex UnivEarthS soutient pour moitié le projet IGOSat (Ionospheric and gamma ray observation satellite).

L’objectif d’IGOSat est donc pédagogique, mais aussi scientifique et technique, puisque le nanosatellite embarque deux charges utiles.




Philippe Laurent : Je dirige la charge utile "scintillateur" ; qui mesurera les gamma et les electrons en orbite basse autour de la Terre, plus particulièrement dans des zones où les particules sont nombreuses, c’est-à-dire les pôles et dans ce que l’on appelle "l’anomalie sud atlantique", une zone où les ceintures de radiation autour de la Terre se rapprochent le plus de la planète. Ces zones sont très peu connues, car les satellites classiques ne peuvent y fonctionner correctement. IGOSat est dimensionné pour effectuer ces mesures inabordables pour les satellites classiques. La mesure du nombre d’électrons par l’une des charges utiles pourra être rapprochée de l’autre charge utile qui va quant à elle mesurer le contenu des électrons dans la ionosphère.


Pierdavide Coïsson : L'autre charge utile, la charge utile "GPS", s’insère dans ce que l’on appelle une "mission d’opportunité". On utilise un signal déjà existant, celui d’un satellite GPS, on fait notre mesure par le satellite IGOSat et on fait cette mesure en utilisant un récepteur de type bi-fréquence, qui travaille avec deux signaux, ce qui nous permet d’identifier le nombre d’électrons qu’il y a entre le satellite GPS et le satellite IGOSat.

D’un point de vue scientifique, c’est intéressant surtout dans les régions où nous n’avons pas de mesure. Il y a des stations GPS au sol, qui mesurent le contenu de la ionosphère mais cela ne couvre pas les océans par exemple et surtout, depuis notre point en orbite, on peut mettre en œuvre une technique dite de radiooccultation c’est-à-dire qu'on va mesurer le signal après qu’il ait traversé entièrement toutes les couches de l’atmosphère, même en-dessous de la hauteur orbitale du satellite. Ceci est possible lorsque la Terre se trouve entre le satellite GPS et le nanosatellite IGOSat.



À partir de ces données, quelles applications sont possibles ?

Pierdavide Coïsson : La ionosphère est un milieu qui répond très vite aux sollicitations du soleil, donc à chaque fois qu’il y a une éruption solaire ou un orage magnétique sur Terre, on va avoir une variation de ionosphère.

Une mesure en orbite va permettre de voir cela avec un détail que l’on n’a pas à partir de mesures au sol. Cela a une influence sur les communications avec les satellites en particulier, donc pendant un événement météorologique dans l’espace, on peut avoir une dégradation du GPS sur Terre. Depuis l’espace, on pourra voir ce qui se produit et pose problème.

Et puis la ionosphère est un milieu qui ressent toutes les sollicitations à partir du sol, donc on s’intéresse au couplage entre le sol et la ionosphère, donc ce qui a trait par exemple aux tremblements de terre et aux tsunamis. L'un des moteurs de cette mission est de pouvoir disposer de mesures additionnelles dans ces situations, ce qui ne veut pas dire qu’on aura la possibilité de mesurer pendant la mission, mais IGOSat va permettre de valider qu’on est capables de détecter cela à partir d’une plateforme satellite.

Quels types d’étudiants sont sollicités, et comment sont-ils suivis ?

Hana Benhizia : La plupart des étudiants qui travaillent sur le projet évoluent dans un milieu universitaire, en master 1 et master 2. On a également pris des étudiants de licence pour des stages généralement assez courts, pendant les premières phases du projet, pour les études préliminaires. Le projet étant désormais entré dans une phase avancée, ce sont plutôt des étudiants de master ou d’écoles d’ingénieurs. Les étudiants viennent de formations différentes : ingénierie, électronique, mécanique, thermique, ingénierie systèmes, sciences de la terre. On a également travaillé avec des étudiants en journalisme, pour rédiger des articles scientifiques. Des étudiants en cinéma, aussi, qui ont réalisé de très jolies vidéos sur le projet.



Pour vous, étudiants, qu'est-ce qui est ou a été le plus plaisant dans le projet ?

Mathieu : Ce qui était plaisant était de s’investir sur un projet de longue durée, pouvoir mener à bout certaines applications scientifiques, mais aussi pouvoir voir de plus près ce qu’on faisait en recherche.

Comme j’étais en licence au moment de mon stage, la partie expérimentale n’était pas à l’honneur ; et ce projet m'a permis de suivre les applications. J’étais pour ma part assigné à un banc de test, qui permettait de s’assurer du bon fonctionnement de certaines parties du satellite.

On est partis d’un capteur et d’une LED, pour arriver à quelque chose qui détectait des sources radioactives et imitait le comportement que le satellite devrait avoir en orbite - c'est très gratifiant.


Hiwan : Ce qui m’a poussé à rejoindre le projet, c’est qu’il n’a pas volé son étiquette de projet « étudiant ». On n’est pas là juste pour assister des ingénieurs qui feraient tout en se concentrant uniquement sur les tâches ingrates. On travaille sur des aspects très techniques, en étant accompagnés par les experts sur le projet. Personnellement, je suis étudiant en ingénierie systèmes et je travaille sur cet aspect au sein du projet IGOSat. En résumé, je vérifie que chaque système, qui fonctionne indépendamment, continue de fonctionner une fois tous ces sous-systèmes assemblés, ce qui n’est pas garanti. Cela m’oblige à avoir une vision globale sur tout le satellite.

Qu’est-ce qui vous a poussés à vous intéresser au domaine spatial ?

Hubert Halloin : J’ai toujours été intéressé par l’espace, mais pour l’aspect technique, ce sont probablement les résultats de la sonde Voyager qui m’ont questionné : comment fait-on pour aller si loin de la Terre, pour y récupérer des images ?


Mathieu : En licence, à Paris Diderot, il y a une unité d’enseignement qui s’appelait « sciences et systèmes spatiaux », et je m’y étais inscrit l’année de la mission Philae/Rosetta. Et en 2015, pendant la Fête de la science, Hubert avait fait une intervention au cours de laquelle il présentait IGOSat, et invitait les personnes intéressées à rejoindre le projet. Je me suis dit « pourquoi pas moi ? ».


Hiwan : J’ai toujours été intéressé par l’espace sans forcément vouloir en faire mon métier, mais j’ai rejoint l’école ISAE-SUPAERO, dans laquelle un club étudiant concevait des fusées en amateur, et c’est ça qui m’a donné envie d’intégrer cet institut spécialisé dans l’aéronautique et l’espace.


Sian : J’avais dix ans. Je suis né au Vietnam, à la campagne, et chaque soir, je pouvais clairement distinguer les étoiles dans le ciel, dont la plus brillante, « L’Etoile du Berger ». Puis j’ai appris qu’il ne s’agissait pas d’une étoile, mais d’une planète, puis j’ai ensuite appris qu’il s’agissait de Vénus. C’est à partir de ce moment que j’ai voulu acquérir toujours plus de connaissance sur l’espace, ce qui m’a amené en France afin d’y effectuer ma thèse, grâce à un programme d’échanges entre mon établissement et l’Université Paris Diderot.



© Sonde Voyager - Wikimedia Commons

Comment expliquer le projet IGOSat à un enfant de 10 ans ?

Hubert Halloin : Il faut d’abord s’accrocher à ce que les enfants connaissent. En général, à cet âge, ils connaissent Hubble et la station spatiale internationale. Cette année, les échanges devraient être plus simples, notamment grâce la médiatisation de Thomas Pesquet. Ce qu’on peut aussi dire, c’est que chacun a sur son téléphone un GPS, et qu’un GPS c’est aussi un satellite ; en tout cas ça fonctionne avec des satellites. Un satellite classique, de type GPS, c’est un engin qui fait quelques mètres cubes et quelques milliers de kilos. Nous, ce qu’on essaie de faire, c’est de faire de la science, mais avec des tout petits satellites, qui ne pèsent pas une tonne, mais quelques kilos, qui ne font pas un mètre mais quelques centimètres.


Hana Benhizia : Généralement, on se sert aussi de supports graphiques et de maquettes, c’est toujours mieux quand ils arrivent à voir les choses.


Hubert Halloin : L’intérêt de travailler sur des petits satellites, c’est qu’on peut faire des maquettes à l’échelle 1:1, qui ne prennent pas trop de place sur la table et on peut les manipuler assez facilement. « Tu vois, c’est ça qu’on va envoyer dans l’espace » (sourit).

Que se passera-t-il une fois que le satellite aura été lancé ?

Hubert Halloin : Alors, pour commencer, on sera contents.

(Rires)



Hubert Halloin : Le satellite est prévu pour fonctionner environ un an en orbite, en tout cas c’est notre objectif. S’il est opérationnel plus longtemps, on sera très contents. Pendant cette année-là, on va récupérer des données.


Pierdavide Coïsson : On a développé une station au sol qui va nous permettre de commander le satellite et à chaque fois qu’il passera, on va récupérer les données que le satellite aura enregistré. On va établir, semaine par semaine, le plan de mission : à quel moment allumer le GPS, le scintillateur ? Le travail scientifique pourra ensuite commencer dès que nous aurons compilé suffisamment de données.


Hubert Halloin : Quand on parle d’un système spatial, souvent on parle du satellite, mais il faut aussi penser au « segment sol », la station de réception, qui permet par ailleurs d’être utilisée en tant que support pédagogique puisqu’on peut l’employer pour capter d’autres petits satellites ou même communiquer avec la station spatiale internationale – c’est faisable.

Comment convaincre de l’utilité de la recherche spatiale ?

Hubert Halloin : La plus grosse partie de l’activité spatiale n’est pas de la recherche, c’est de l’activité industrielle. On utilise tous le spatial, d’une manière ou d’une autre, sans même s’en rendre compte : le GPS, la télévision par satellite... La plupart des applications sont civiles ou commerciales. Une petite partie de cette activité spatiale est une activité scientifique. Donc on peut se poser la question : est-ce que cela vaut le coup de dépenser des millions ou des milliards d’euros ? Il y a de la science extrêmement appliquée. Si on prend la science satellitaire ou planétaire par exemple, en ce moment il y a GRACE, qui fait de la gravimétrie spatiale. Cela permet d’étendre les connaissances de la Terre : mouvements de masses, connaissance des réservoirs hydrologiques, fonte des glaces et réchauffement climatique... ce sont des connaissances extrêmement importantes.


Philippe Laurent : La haute énergie, les rayons X et gamma, tout ce qui ne traverse pas l’atmosphère ne peut être observé qu’avec des satellites. J’avoue humblement qu’il n’est pas si simple de promouvoir un satellite X ou gamma et la question n’est en effet pas anodine. C’est aussi une question de contexte. Il y a quelques années, les gens étaient fascinés par les trous noirs, l’effet de mode est passé, mais cela va peut-être revenir avec les avancées dans le domaine des ondes gravitationnelles. Cela fait rêver les gens, et ça a été assez moteur pour nous à l’époque, même cela reste un combat de tous les jours.


Hubert Halloin : La science dans l’espace est aussi un moyen pour les Etats, les agences, de financer des études techniques poussées avec l’idée que ces briques technologiques qui sont développées, pourraient être réutilisées dans d’autres applications. La couverture de survie, par exemple, a été développée au départ pour le spatial, afin de créer l’isolation thermique des satellites.


Philippe Laurent : La caméra qui a été développée pour les satellites X et gamma est maintenant la nouvelle génération de caméra médicale dans les hôpitaux.


> Découvrez le projet IGOSat avec ses concepteurs, du 11 au 14 octobre à l'Université Paris Diderot
> Le site web d'IGOSat
> IGOSat sur Twitter
> La Fête de la science à l'Université Paris Diderot

Publication : 11.10.2017