La polyvalence du graphène étend ses applications au secteur spatial
Le graphène possède des propriétés mécaniques, électriques et thermiques uniques, qui incitent les chercheurs à explorer les usages possibles de ce réseau cristallin bidimensionnel de carbone pur. Les chercheurs et les étudiants de l’initiative de recherche Graphene Flagship, en collaboration avec l’ESA, ont découvert des perspectives supplémentaires pour ce matériau, le rendant approprié pour une utilisation dans des applications spatiales, notamment la propulsion légère et le contrôle thermique. Les résultats de cette synergie bien orchestrée constituent un premier pas pour repousser les frontières de la recherche sur le graphène. Naviguer dans l’espace avec du graphène Breakthrough Starshot est un projet de recherche et d’ingénierie faisant partie des Breakthrough Initiatives qui cherche à développer un prototype de flotte d’engins spatiaux à photovoile qui atteindra le système stellaire d’Alpha du Centaure dans les 20 ans suivant son lancement. Une équipe d’étudiants de troisième cycle du Graphene Flagship, de l’Université technique de Delft, aux Pays-Bas, participant au programme d’éducation Drop Your Thesis! de l’ESA a fait un premier pas en direction de cet objectif ambitieux. Le programme leur a offert la possibilité de réaliser une expérience de microgravité à la tour d’impesanteur du Centre de technologie spatiale et de microgravité appliquées (ZARM) à Brême, afin de tester le potentiel du graphène en tant que matériau de photovoile pour la propulsion d’engins spatiaux. Pour créer des conditions de microgravité, une capsule contenant des caméras, des lasers et du graphène a été autorisée à effectuer une chute libre dans une tour de 150 mètres, offrant ainsi 4,5 secondes d’apesanteur. La pression des radiations émises par la lumière laser à haute puissance sur la membrane en graphène a provoqué le déplacement de la voile. L’équipe a mesuré ce déplacement avec un microscope pour déterminer la poussée sur les voiles en graphène. «Pour une propulsion efficace, la photovoile doit avoir une grande surface et être aussi légère que possible. Le graphène répond à ces exigences, car il est très léger et résistant, et peut s’étendre sur une grande surface», note le professeur Andrea Ferrari (Université de Cambridge, au Royaume-Uni), responsable des sciences et de la technologie pour le Graphene Flagship. Le graphène diffuse la chaleur Des chercheurs des instituts partenaires du Graphene Flagship, l’Université libre de Bruxelles (ULB) (Belgique), l’Université de Cambridge (Royaume-Uni), l’unité de Bologne du Conseil national de la recherche italien (CNR) (Italie) et Leonardo (Italie) ont conçu une expérience pour tester comment les revêtements à base de graphène pouvaient améliorer l’efficacité des systèmes de refroidissement des satellites en utilisant les propriétés thermiques uniques de ce matériau. Le professeur Ferrari explique: «Le graphène est utilisé dans ce que l’on appelle les caloducs à boucle, des pompes qui déplacent un fluide sans avoir besoin de pièces mécaniques. Cela s’avère très important pour les opérations spatiales car il n’y a ni usure ni maintenance. Les caloducs à boucle peuvent par exemple transporter la chaleur des systèmes électroniques chauds des satellites vers l’espace.» Le matériel a été emporté à bord d’un vol parabolique dans l’avion Novespace Zero-G, où des conditions de microgravité sont créées, à chaque fois, pendant un intervalle d’environ 24 secondes. L’équipe a effectué six vols, chacun décrivant 31 arcs paraboliques, pour un total de plus d’une heure en microgravité. «Le graphène emporté à bord a bien supporté l’environnement et a affiché de bonnes performances. Les expériences ont montré que le graphène améliorait la pression capillaire du fluide dans la mèche métallique de 40 % et le taux d’évaporation de 800 %», note le professeur Ferrari. Les deux expériences ont constitué une démonstration exceptionnelle du potentiel multiple du graphène, qui a maintenant repoussé ses limites en prouvant son utilité dans l’espace. Sur la base de ces résultats encourageants, le Flagship poursuit le développement et l’optimisation de dispositifs à base de graphène pour des applications en conditions spatiales réelles.
Pays
Suède