Tout contrôler

Les scientifiques préparent régulièrement des instruments pour des missions spatiales dans leurs laboratoires en salle blanche – ici : pré-nettoyage d'une pièce de satellite. (Source : Fraunhofer IPA, photo : Rainer Bez)

Composants utilisés lors d'une mission spatiale doivent être nettoyés avec une précision extrême. Des chercheurs du Fraunhofer ont conçu, pour l'ESA, une salle blanche capable d'éliminer même les contaminations au niveau nanométrique. En collaboration avec des partenaires, les experts nettoient et stérilisent le rover martien ExoMars, dont le lancement est prévu pour 2018.

Les missions spatiales sont associées à des coûts énormes. Étant donné qu'une sonde non habitée, une fois lancée, ne peut plus être réparée, aucun composant ou appareil ne doit tomber en panne — sinon tous les efforts seraient vains, et les scientifiques devraient attendre plusieurs années pour une mission de remplacement. C'est pourquoi aucune saleté ne doit bloquer la mécanique, provoquer un court-circuit ou perturber l'électronique. Les sondes spatiales destinées à rechercher des traces de vie sur une planète étrangère doivent être particulièrement impeccables. C'est précisément l'objectif de la mission européenne Mars ExoMars, dont le lancement est prévu pour 2018. Un atterrisseur sera alors déposé sur la planète voisine, et un rover de la taille d’un Smart sera envoyé. Pour que ses capteurs, qui recherchent la vie, fonctionnent de manière fiable, aucun matériau organique provenant de la Terre ne doit être introduit. Cela pourrait provoquer de fausses alertes.

Composants stériles

Que tous les composants soient absolument stériles et que même les résidus de micro-organismes morts ne collent pas dans les interstices, c’est ce que garantissent des chercheurs du Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, mandatés par l’Agence spatiale européenne ESA. Pour pouvoir stériliser de manière fiable le rover martien et éliminer même les contaminations nanométriques, les experts de Stuttgart ont conçu une salle blanche pour l’ESA, qu’ils ont installée à Noordwijk, aux Pays-Bas, siège du Centre européen de recherche et de technologie spatiales (ESTEC). La zone contrôlée d'environ 70 mètres carrés répond aux exigences les plus strictes de la norme ISO classe 1. Cela signifie qu’un mètre cube d’air ne contient pas plus de 10 particules de 0,1 micromètre. En comparaison : dans l’air urbain normal, on trouve environ 10^10 particules par mètre cube, voire plus en cas de smog.

Les experts de l’IPA ont non seulement planifié la salle blanche, mais aussi assuré la gestion de la qualité, la réalisation, la mesure d’acceptation et la mise en service. « En principe, nous avons élaboré un package complet. Nous avons défini la dimension de la pièce, choisi la technologie de pureté et de nettoyage, les systèmes d’installation et de ventilation, les revêtements de sol, les systèmes de filtration et d’équipement de stérilisation, et donné des recommandations aux partenaires industriels pour la construction de la salle », explique Udo Gommel, chef du département Reinst- und Mikroproduktion au Fraunhofer IPA de Stuttgart. Pour maintenir le niveau de pureté le plus élevé, les employés de l’ESA doivent passer plusieurs sas et une douche d’air, et porter des combinaisons ultra-pures. À l’intérieur des zones de pureté, une légère surpression est maintenue pour empêcher l’entrée d’air non filtré. De plus, un flux d’air laminaire, qui va du plafond au sol, empêche la poussière de rester dans la pièce. À une vitesse de 50 centimètres par seconde, l’air de la pièce est renouvelé en quelques secondes. Les particules, comme celles générées lorsque un ingénieur de l’ESA frotte ses gants l’un contre l’autre, disparaissent instantanément dans le sol perforé.

Nettoyage au neige de dioxyde de carbone

Pour stériliser le rover martien, une méthode éprouvée, développée et brevetée par l’IPA, est utilisée. Initialement appliquée aux États-Unis pour enlever la peinture des fuselages d’avion, cette technique consiste en un jet dur de cristaux de dioxyde de carbone congelé, de la taille de grains de riz, qui décolle la peinture du métal. Les experts de Stuttgart ont considérablement affiné cet instrument. Au lieu de cristaux de glace, ils utilisent de la neige de dioxyde de carbone. La particularité : le jet, qui sort de la buse, est accéléré par un flux d’azote enveloppant. Ainsi, il pénètre dans tous les interstices et élimine même les plus petites saletés. Lorsqu’ils rencontrent la surface relativement chaude, ces petits flocons de neige se transforment en gaz. Leur volume augmente alors de façon explosive, jusqu’à 800 fois. La pression de détonation élimine toute trace de saleté. Même les empreintes digitales peuvent ainsi être effacées. « Le nettoyage par jet de neige de CO2 est une méthode sèche, qui ne fait pas gonfler les surfaces », explique Gommel, soulignant l’avantage de cette technique. En fonction de la nature des composants, les chercheurs combinent cette méthode avec d’autres, comme le plasma ou le nettoyage par essuyage et rinçage. La salle blanche est déjà en service, et les experts de l’IPA l’optimisent et l’équipent en permanence avec des technologies de pureté et de nettoyage adaptées, tout en améliorant le flux de matériaux et en conseillant l’ESA sur les coûts d’exploitation. Outre l’ESA, d’autres institutions nationales, comme Thales Alenia Space Italy, une entreprise italienne de l’aérospatiale, utilisent cette salle pour leurs missions spatiales. D’autres agences spatiales, comme la NASA, consultent également Gommel et son équipe. « Nous sommes un partenaire de coopération très demandé et reconnu pour ce domaine de recherche », déclare l’ingénieur. Le scientifique de Stuttgart siège dans les comités responsables de la normalisation des méthodes de nettoyage. Gommel travaille aussi bien pour l’ISO, l’Organisation internationale de normalisation, que pour l’ECSS, la Coopération européenne pour la normalisation spatiale. Lorsqu’on évoque le rôle de l’IPA dans l’aérospatiale, Gommel aime parler du « Champion caché ». Car un « Champion caché » ne désigne pas seulement un gagnant discret, mais aussi un leader mondial méconnu.