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Le LNCMI contribue à faire voler les fusées Ariane...

L’hydrogène liquide en lévitation magnétique – comment construire les fusées de demain grâce à la recherche en champs magnétiques

La gravité intervient fortement et de manière universelle dans de nombreux phénomènes et processus, par exemple dans l’ébullition des liquides, dans l’effet des parois des récipients sur les processus de croissance des cristaux, ou encore dans la division des cellules des tissus vivants.
Pour comprendre et contrôler cette influence de la gravité, il faut étudier les mêmes phénomènes et processus en absence de gravité ou en conditions de microgravité. Un environnement de microgravité peut être réalisé
- dans un vaisseau spatial en orbite (comme la Station Spatiale Internationale)
- dans une fusée-sonde (par exemple à l’Agence Spatiale Européenne (ESA) Maxus ; 13 minutes de microgravité)
- lors de phases balistiques d’avion en vol (par exemple NOVESPACE ‘ZeroG’, 22 secondes de microgravité)
- dans des tours de chute (ZARM Brême, 5 secondes de microgravité)
 
Mis à part les tours de chute, qui ne peuvent fournir que des durées très courtes de microgravité, l’accès à ces environnements de microgravité est extrêmement limité et très coûteux, le plus cher étant évidemment la station spatiale internationale.
 
Une alternative pour atteindre des conditions de microgravité est de compenser la gravité en utilisant un fort gradient de champ magnétique. Un tel gradient exerce une force sur toute matière, ce qui peut compenser la gravité. Cette méthode présente plusieurs avantages :
- le maintien de la microgravité pendant des périodes longues
- une grande et un accès facile
- son moindre coût
- un contrôle de la gravité effective
 
L’un des domaines dans lequel la microgravité et ses effets sont d’une importance extrême est l’exploration spatiale. Simplement pour aller dans l’espace, il faut comprendre en détail le comportement des carburants des fusées, comme l’hydrogène et l’oxygène liquide, en conditions de gravité réduite.
Dans le cadre du programme de recherche et technologie de la Direction des Lanceurs du Centre National des Etudes Spatiales (CNES), des ingénieurs du Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses (LNCMI, CNRS) et du Service des Très Basses Températures (SBT, CEA) de Grenoble ont dessiné et construit une station de lévitation magnétique à large volume et l’environnement d’échantillon cryogénique associé, pour étudier l’ébullition de l’hydrogène liquide en condition de gravité réduite, jusqu’à atteindre la gravité nulle.
 
Cette installation unique au monde a été mise en service en Juin cette année, et les résultats obtenus grâce à elle sont utilisées pour mieux comprendre et modéliser le comportement des carburants de fusées, ce qui améliorera l’efficacité et la sécurité du transport spatial.