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2022-02-28

Le lundi 28 février 2022, une nouvelle expérience appelée PASTA sera installée sur la Station spatiale internationale par l'astronaute de l'ESA Matthias Maurer, sous la direction du centre de contrôle belge, B.USOC. Les opérateurs du B.USOC contrôleront ensuite PASTA depuis le sol, afin de recueillir des données sur la formation d'émulsions en apesanteur, pour les transmettre à l'équipe scientifique de l'expérience. Cela permettra de développer une meilleure modélisation théorique des émulsions pour un large éventail d'applications dans les industries alimentaire, cosmétique, pharmaceutique et manufacturière.

emulsion
Les émulsions sont un mélange de deux liquides qui ne se
mélangent normalement pas. Source: PxHere

Qu'est-ce qu'une émulsion ?

Le ou les inventeurs de la mayonnaise, quels qu'ils soient, ne connaissaient probablement pas grand-chose à la physique qui permet de réaliser cette sauce savoureuse, car la mayonnaise est en fait une émulsion. C'est ce que nous appelons un mélange de deux liquides qui ne se mélangent normalement pas et auquel il faut ajouter des éléments tels que des agents tensioactifs et des émulsifiants pour qu'ils s’entendent. On trouve d'autres exemples d'émulsions dans l'alimentation (lait, pâte, bonbons...), les cosmétiques, la pharmacie (y compris les vaccins), ainsi que dans de nombreux types d'industries (pétrole, produits chimiques...).

À l'instar des cuisiniers qui ont découvert la première recette de mayonnaise, les processus industriels modernes sont généralement basés sur des essais et des erreurs. Ce n'est qu'avec une meilleure compréhension de la science et le développement de la technologie informatique que des modèles théoriques plus avancés et plus complexes peuvent être créés. Cependant, les modèles théoriques doivent être testés dans le monde réel, et pour cela, un étalonnage et une validation sont nécessaires dans le cadre d'une recherche expérimentale approfondie.

Émulsifier des liquides en microgravité

Les études approfondies des mécanismes physiques sont souvent très difficiles à réaliser ici sur Terre, en raison d'une force dominante appelée « gravité ». De nombreux phénomènes en jeu sont cachés par cette force, tant en amplitude (les phénomènes sont si petits qu'ils sont invisibles) qu'en temps (les phénomènes sont extrêmement éphémères). C'est ici que les plateformes de recherche en microgravité, telles que la Station spatiale internationale (ISS), prouvent leur valeur en nous permettant de nous concentrer sur ces phénomènes avec plus de précision et pendant de longues périodes.

sample cells
Cellules d'échantillonnage de « Dynamique des matières
molles » avant leur installation sur l'ISS.

L'expérience PArticle STAbilised emulsions - PASTA en abrégé – consacrée aux émulsions, sera placée dans le Fluid Science Labpratory (FSL) du module européen Columbus de l'ISS, étudiera la stabilité de différentes compositions d'émulsions en microgravité.

Le FSL avait auparavant déjà étudiés des phénomènes tels que :

  • l'interaction géologique entre le manteau et la croûte dans un modèle miniature de la Terre dans l'expérience Geoflow
  • la dynamique de matériaux granulaires dans l'expérience CompGran
  • les processus d'ébullition en microgravité avec l'expérience RUBI
  • et le vieillissement des mousses humides dans FOAM-C

Vidéos éducatives

B.USOC PASTA Teaser

Teaser

Opération de l'expérience scientifique PASTA à bord de l'ISS : les coulisses du centre de contrôle

PASTA
*sous-titres en anglais, néerlandais et français disponibles*

Explication des écrans de console de la salle de contrôle du B.USOC

screens
*sous-titres en anglais, néerlandais et français disponibles*

Détails techniques de la mission

Lancement et installation

Le 19 février 2022, une fusée Antares a lancé la mission cargo Cygnus NG-17 vers l'ISS, transportant un conteneur d'expérience « Soft Matter Dynamics » (SMD) rétrofité et environ 16 cellules d'échantillons PASTA, contenant une variété de mélanges d'huile et d'eau avec différents tensioactifs (composés qui abaissent la tension superficielle entre deux liquides pour leur permettre de se mélanger plus facilement). Il a été décidé de réaménager le modèle d'ingénierie du SMD qui était utilisé au sol pour le soutien aux opérations et de le rendre prêt à voler, car le modèle de vol du SMD utilisé avec succès depuis 2018 pour CompGran et FOAM-C a commencé à montrer des signes de vieillissement, rendant difficile le respect des exigences scientifiques.

Matthias Maurer, l'astronaute allemand de l'ESA actuellement à bord de la station, installera le SMD et les cellules d'échantillonnage PASTA dans le rack FSL le 28 février 2022 à partir de 10h00 (GMT+1), avant de passer le contrôle au Centre belge de soutien et d'opérations aux utilisateurs (B.USOC) pour les opérations scientifiques quotidiennes. L'activité complexe de l'équipage sera diffusée en direct sur la chaîne YouTube du B.USOC. Vous pouvez également suivre le B.USOC sur Twitter.

carousel
Le carrousel avec les cellules d’échantillonage du conteneur Soft Matter Dynamics

L’expérience PASTA

Chaque cellule d'échantillonage PASTA est équipée d'un piston qui nous permet d'agiter le mélange à l'intérieur de la cellule à différentes fréquences et durées afin de l’émulsifier. Les cellules d'échantillonnage sont regroupées quatre par quatre dans des unités de cellules d'échantillonnage qui peuvent être installées sur un carrousel à l'intérieur du conteneur SMD. Ce carrousel nous permet de placer chaque cellule d'échantillon individuelle dans la position de diagnostic du SMD, où elle peut être observée à l'aide des capteurs du SMD.

Une caméra de vue d'ensemble prend des séquences d'images microscopiques en noir et blanc de la cellule d'échantillonnage, tandis que la combinaison d'un laser, d'une caméra linéaire et de deux « CorrTectors » permet d'appliquer de nouvelles méthodes de diagnostic telles que la spectroscopie par ondes diffuses (à la fois par transmission et rétrodiffusion) et la spectroscopie par visibilité de taches (permettant la corrélation résolue dans le temps). Le FSL fournit les ressources en énergie et en données au SMD pour les télé-opérations et transmet les images et les données scientifiques au sol.

Les équipes et le financement

La recherche scientifique PASTA est rendue possible grâce à la sélection et au financement de l'Agence spatiale européenne. L'équipe scientifique est dirigée par le « Consiglio Nazionale Delle Ricerche (CNR) » à Gênes, en Italie, avec des équipes de soutien de l'Université de Parme et de plusieurs autres universités en Italie, en France, en Allemagne, en Grèce, aux États-Unis, en Russie, au Japon et plusieurs entités commerciales.

Le Dr James Ferri, professeur de génie chimique à la faculté d'ingénierie de l'université Virginia Commonwealth, fait partie de l'équipe scientifique. Ferri travaille depuis 2010 sur des formulations visant à améliorer la stabilité des émulsions, ce qui est essentiel pour le développement de produits pharmaceutiques, de produits chimiques agricoles et d'un monde de produits de consommation.

Le matériel du conteneur SMD et des cellules d'échantillonnage a été développé et construit par Airbus Friedrichshafen en Allemagne. Thales Alenia Space Italy à Turin était le maître d'œuvre du rack FSL.

Le Centre belge de support aux utilisateurs et d'exploitation (B.USOC), hébergé par l'Institut royal d'Aéronomie Spatiale de Belgique à Bruxelles et soutenu par Space Applications Services, est responsable de la mise en œuvre de certaines charges utiles européennes à bord de la Station spatiale internationale (dont le FSL, le SMD et PASTA), pour le compte de l'Agence spatiale européenne (ESA). Il sert de lien entre les scientifiques et l'environnement de l'ISS, et est responsable de la préparation et de l'exploitation de ces expériences ainsi que de la distribution des données scientifiques brutes de l'expérience à l'équipe scientifique. Les opérateurs du B.USOC sont en contact avec d'autres stations de contrôle au sol à travers l'Europe afin de s'assurer que ces expériences sont exécutées comme prévu, et selon les besoins des scientifiques.

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Credit: NASA