Le projet DUSTER : Une nouvelle avancée pour dompter la poussière lunaire

Le projet DUSTER s'est officiellement achevé avec succès en juin, mais ce n’est peut-être qu’un au revoir. Mené pendant deux ans par un consortium de laboratoires et d’instituts belges, français et espagnols, ce programme a permis de mettre au point un instrument prototype capable d’étudier le comportement et la charge électrostatique de la poussière lunaire, un danger redoutable pour les missions spatiales. La technologie DUSTER peut fournir des données complémentaires à d'autres types d'instruments déjà développés pour mesurer différentes propriétés de la poussière lunaire. Un atout qui en fait un candidat prometteur pour de futures missions, telles que le projet « AstroLEAP » de l'ESA. AstroLEAP rassemblera plusieurs instruments destinés à réaliser des mesures in situ pour quantifier et comprendre les interactions et la dynamique complexes de la surface lunaire avec, par exemple, le rayonnement solaire, la poussière, le plasma, les particules énergétiques, le flux météoritique et l'exosphère.

Quel est le problème?

Le danger de la poussière lunaire est triple :

1. Les particules sont minuscules et à peine retenues par le faible champ gravitationnel de la Lune.
2. La poussière est chargée électrostatiquement par les rayons UV et les rayons X du soleil, ce qui la fait adhérer à la plupart des surfaces.
3. La poussière lunaire n'est pas érodée en raison de l'absence d'atmosphère et est donc extrêmement coupante et abrasive.

En combinant ces trois facteurs, on obtient une poussière à la fois volatile, collante et agressive. Elle s’infiltre dans les moindres interstices des instruments, des équipements… et même des combinaisons spatiales, causant des dégâts importants et mettant en danger les missions, qu’elles soient habitées ou non. Vous pouvez en savoir plus sur cette question dans l'article « DUSTER : dépoussiérer la lune pour découvrir ses secrets » ou dans cette animation sympatique à propos du projet ci-dessous :

Ce problème ne se pose pas uniquement sur la Lune. Ce type de poussière est présent sur tous les corps solides, à l'intérieur ou à l'extérieur du système solaire, qui sont exposés à un flux important de rayons UV, au rayonnement cosmique et aux impacts météoritiques en raison de l'absence d'atmosphère protectrice. Les technologies développées dans le cadre du projet DUSTER peuvent donc être utiles à toute mission visant à étudier un corps dépourvu d'atmosphère. Pensez aux astéroïdes, aux comètes, à la plupart des lunes et même à certaines planètes.

Solution proposée par DUSTER

En raison de sa charge électrostatique, la poussière lunaire est extrêmement difficile à éliminer. Elle ne peut être ni brossée ni aspirée. Les seules possibilités consistent à utiliser un revêtement antiadhésif sur les équipements ou... à utiliser une charge exactement opposée à celle de la poussière pour l'attirer loin des systèmes fragiles. Le problème est que le potentiel électrique nécessaire pour déplacer une particule de poussière peut varier considérablement en fonction de la région, de la topologie locale, de la position de la Lune autour de l'orbite terrestre ou de l'heure du jour lunaire (les particules de poussière sont principalement chargées positivement du côté jour et négativement du côté nuit).

C'est pourquoi les différentes équipes du projet DUSTER ont travaillé ensemble pour concevoir, construire et tester un instrument capable de mesurer l'ensemble des propriétés nécessaires à la compréhension de la charge et du comportement de la poussière. Pour ce faire, trois sondes sont utilisées :

1. Une sonde Langmuir, qui mesure plusieurs caractéristiques du plasma présent à la surface de la Lune:  la densité et la température des électrons, ainsi que la densité des ions.
2. Une sonde de champ électrique pour mesurer le champ électrique continu juste au-dessus de la surface lunaire
3. Une sonde de collecte de poussière, polarisée à haute tension (entre -5000 volts et +5000 volts) pour attirer la poussière et mesurer le courant résultant du mouvement des particules de poussière chargées dans la coupe de Faraday.

En combinant les données des trois sondes, nous pouvons déterminer le champ électrique nécessaire pour attirer/collecter la poussière, en fonction des conditions environnementales locales (éclairage, densité et température du plasma, etc.). Grâce à ces informations, les futures missions pourront concevoir des dispositifs électrostatiques de réduction de la poussière et des collecteurs d'échantillons de poussière adaptés à un large éventail d'environnements (Lune, Mars, comète ou astéroïde).

Qui a fait quoi?

IASB (Belgique): conception de l’électronique des trois sondes, de l’alimentation haute tension, et fabrication de deux sondes (Langmuir et champ électrique).
ONERA (France): développement de la sonde à poussière et direction des tests en chambre à vide simulant l’environnement lunaire.
IAA-CSIC (Espagne): développement de l’unité centrale de traitement, de l’alimentation basse tension, des câbles et de la conception mécanique et thermique du boîtier électronique.

Et… ça marche!

Nous sommes heureux d'annoncer que tous les objectifs du projet DUSTER ont été atteints avec brio ! Nous disposons désormais d'un instrument prototype capable de mesurer les propriétés électriques et le comportement de la poussière lunaire, ce qui nous permet d'envisager les méthodes qui pourraient être utilisées pour protéger les équipements et les humains lors de futures missions. L'instrument DUSTER, conçu pour étudier la poussière qui compose la surface lunaire (le régolite), vient compléter d'autres instruments existants qui ciblent la poussière cosmique et la poussière déjà en suspension.

Et l’aventure de DUSTER ne va peut-être pas s’arrêter là: l’instrument est désormais proposé comme candidat au projet AstroLEAP de l’Agence spatiale européenne, une charge utile composée de plusieurs instruments capables d’explorer les nombreuses facettes de l’environnement lunaire proche de la surface.

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