CO2 EX vol en apesanteur

Un vol en apesanteur pour étudier le stockage du dioxyde de carboneProjet CO₂ EX | Chaire CO₂ ES

Beaucoup en rêvent, l’UPPA l’a fait. A l’automne 2021, l’équipe du projet CO₂ EX a vécu une expérience extra-ordinaire, au sens propre du terme : flotter en apesanteur. L’objectif était d’étudier des comportements de dissolution chimique qui ne peuvent être reproduits sur terre en raison de la gravité.

Aéroport de Bordeaux-Mérignac, aux aurores. Onze équipes de scientifiques, venus de la France entière et même d’Allemagne, s’apprêtent à embarquer sur la « Vomit Comet », surnom donné aux avions « zéro G » permettant de se retrouver en apesanteur. En prévention, une piqûre de scopolamine, un anti-émétique, vient de leur être administrée.

Et c’est parti pour trois heures de montagnes russes géantes, à bord d’un Airbus A310 enchaînant accélérations et décélérations. Un total de 31 « montagnes » (paraboles), pour à peine 20 secondes d’apesanteur à chaque fois. Et rebelote les deux jours suivants. « J’ai été déçu que personne ne vomisse ! », s’amuse Cédric Giraudet, le responsable du projet CO₂ EX (à gauche sur la photo).

Il s’agissait de la 2^e session de vols paraboliques pour l’équipe CO₂ EX, mais la plus importante, celle où les mesures ont été réalisées. Elle a été co-préparée dans le cadre d’un mémoire de licence d’une étudiante de l’UPPA, Emma Lisoir, qui était présente à bord (photo ci-dessous).

La première session, un an plus tôt, avait servi de test aux réglages du dispositif. Y aura-t-il une troisième session ? « Pas pour le moment, indique Cédric Giraudet. Dans un avion il y a beaucoup de vibrations, ce n’est pas idéal pour nos mesures. » De plus préparer un vol parabolique prend énormément de temps et d’énergie (lire ci-dessous). Prochain objectif cependant : la station spatiale internationale (ISS), à l’horizon 2025-2030.

Le projet de recherche CO₂ EX

« CO₂ Storage EXperiment » (expérience de stockage du CO₂), dirigé par Cédric Giraudet, post-doctorant au LFCR, est un sous-projet de la chaire de recherche E2S UPPA « CO₂ Enhanced Storage » (stockage amélioré du CO₂) portée par Fabrizio Croccolo. Le dioxyde de carbone est un gaz à effet de serre important, et l’une des façons de protéger la planète pourrait être de le stocker dans les aquifères salins profonds, c’est-à-dire sous les nappes phréatiques.

Le projet CO₂ EX prévoit une série d’expériences visant à comprendre les mécanismes qui génèrent la dissolution convective du CO₂ supercritique – c’est-à-dire chauffé et comprimé – lorsqu’il entre en contact avec de l’eau salée. L’équipe étudie l’évolution des fluctuations de non-équilibre qui, sur terre, sont amplifiées par la gravité et génèrent le phénomène de convection. L’apesanteur permet donc de développer les théories décrivant l’évolution du système sous l’effet de la gravité. Et donc de valider ou invalider la pérennité du processus de stockage de CO₂ dans le sous-sol terrestre.

D’une façon plus large, la détermination de ces propriétés permettra d’optimiser les procédés industriels qui font intervenir des solutions ayant au moins deux composés chimiques, notamment dans les domaines pharmaceutiques, énergétiques, cosmétiques et alimentaires.

Composition de l’équipe

Cédric GIRAUDET, Fabrizio CROCCOLO, Emma LISOIR, Mohammed CHRAGA, Paul FRUTON

Localisation : Anglet, campus de Montaury

Vol parabolique : de longs préparatifs

Ces vols en apesanteur impliquent un temps de préparation long et minutieux, représentant plusieurs mois de travail à temps plein pour 4 personnes, en raison des règles de sécurité drastiques à bord.

Chaque élément du dispositif technique, entièrement fabriqué par l’équipe, doit pouvoir résister à neuf fois son propre poids (« 9g ») dans toutes les directions. Il ne doit y avoir aucun risque d’explosion ni de coupure. Il faut également pallier toute erreur humaine potentielle ; ainsi aucun câble électrique ne doit pouvoir être arraché accidentellement. Mais les risques primaires sont les objets qui volent. Une vis mal serrée par exemple peut facilement être projetée dans l’œil de quelqu’un. Une personne à bord est d’ailleurs chargée d’attraper tout objet flottant, parfois même les chercheurs s’ils ne sont pas bien attachés.

Les équipes doivent fournir en amont à Novespace, l’opérateur du vol (filiale du CNES), un document de près de 100 pages détaillant le schéma électrique du dispositif, les produits inflammables utilisés et confirmant que chaque élément a été vérifié. Ainsi chaque vis doit être serrée avec la même force, et une petite marque rouge est faite au vernis pour pouvoir facilement visualiser lorsqu’elle commence à se desserrer. Pour certains tests comme l’étanchéité, des vidéos doivent être envoyées.

En ce qui concerne la préparation physique, celle-ci reste légère : un dossier médical à remplir et des électrocardiogrammes à effectuer, plus évidemment les règles sanitaires des temps Covid.

Au moment de la campagne de vols, il faut compter deux semaines de présence à Mérignac : la première pour préparer l’appareil, la seconde pour les vols.

Comment fonctionne un vol parabolique

Pour obtenir l’effet d’apesanteur, l’avion doit effectuer une trajectoire en forme de parabole. Les trois pilotes font grimper l’avion à 45° environ puis coupent les moteurs et se laisse redescendre avant de remettre les gaz. L’apesanteur dure une vingtaine de secondes (partie en bleu foncé sur le schéma).

Vols paraboliques - Un peu d’histoire

1950  Idée lancée par deux savants allemands ayant émigré aux États-Unis

1959  Premier vol parabolique aux États-Unis

1961  Création du Centre National d’Études Spatiales (CNES) en France

1975  Création de l’Agence Spatiale Européenne

1984  Premier vol parabolique opéré par l’Agence Spatiale Européenne et le CNES

1997  Novespace, filiale du CNES, prend le relais pour l’exploitation des vols

2004  Premiers vols paraboliques ouverts au grand public aux États-Unis

2014  L’Airbus A300 Zero-G est remplacé par un A310 mieux équipé

Bénédicte Lamothe - Direction de la communication / E2S UPPA