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Des fibres optiques testées par le CERN maintenant sur la Station spatiale internationale

L’astronaute Thomas Pesquet a activé Lumina, un dosimètre à fibre optique installé à bord de la Station spatiale internationale.

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Astronaut Thomas Pesquet has activated Lumina, an optical fibre-based dosimetry experiment on board the International Space Station
L'astronaute de l’ESA Thomas Pesquet avec l'expérience Lumina à bord de la Station spatiale internationale. (Crédit: ESA/NASA) (Image: CERN)

Dans un vaisseau spatial, il est impératif d’investir dans des systèmes de surveillance des rayonnements efficaces permettant de protéger l’équipage et les équipements électroniques des rayonnements. La Station spatiale internationale (ISS), tout comme le Grand collisionneur de hadrons du CERN, est un environnement complexe sur le plan des rayonnements qui requiert des appareils de dosimétrie sur mesure. Les technologies à base de fibres optiques permettent de réaliser des mesures extrêmement précises des doses de rayonnement, soit au niveau d’un point spécifique, soit sur toute la longueur de la fibre.

Le 18 août dernier, Thomas Pesquet, astronaute de l’Agence spatiale européenne (ESA), a activé l’expérience Lumina à bord de l’ISS, dans le cadre de la mission ALPHA. Développé sous la coordination du Centre national d’études spatiales (CNES) français, avec la participation du CERN, du Laboratoire Hubert Curien de l’Université Jean-Monnet-Saint-Étienne et d’iXblue, ce projet utilise deux fibres optiques de plusieurs kilomètres de long servant de dosimètres actifs permettant de mesurer les rayonnements ionisants à bord de l’ISS avec une très grande sensibilité.

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Lumina est un dosimètre à fibre optique développé par le CNES, iXBlue, l’UJM et le CERN (Crédit image : iXblue/CNES/G. Le Bras

Daniel Ricci, responsable de la section Fibres optiques du département Ingénierie du CERN, explique : « Lorsqu’elles sont exposées aux rayonnements de l’espace, les fibres optiques subissent une perte partielle de la puissance transportée, que nous appelons atténuation radio-induite ». Diego Di Francesca, chef de projet dosimétrie à fibre optique, nous décrit en détail la manière dont le dosimètre fonctionne : « Grâce à un circuit de contrôle de référence, l’atténuation radio-induite de certaines fibres optiques spéciales peut être mesurée avec précision et être rapportée à la dose de rayonnements totale. La sensibilité du dispositif est principalement déterminée par la longueur de la fibre et par la conception du dosimètre : plus le dosimètre à fibre optique est long, plus il est sensible ».

Depuis six ans, le CERN utilise des détecteurs de rayonnement à fibres optiques (article en anglais) afin de prévenir les dommages induits par les rayonnements sur les systèmes électroniques se trouvant à l’intérieur des accélérateurs. Fort de cette expérience, le CERN a contribué sur le plan technique au projet Lumina, en participant à l’analyse théorique de l’architecture optimisée des dosimètres et en réalisant les tests d’irradiation à faible et forte dose nécessaires à l’étalonnage du dispositif. Une fois que Thomas Pesquet aura terminé d’installer l’expérience, le CERN participera également à l’analyse sur Terre des données recueillies dans l’espace durant toute la durée de l’exploitation de l’expérience (un à cinq ans).

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Tests d’étalonnage du dosimètre LUMINA au sein des installations d’irradiation du CERN (Image : CERN)

« L’un des défis de Lumina est d’avoir une sensibilité qui lui permette de mesurer des variations du niveau de rayonnement relativement faibles en raison de la protection assurée par la coque de l’ISS. L’étalonnage effectué au CERN, à partir d’un modèle de référence se trouvant sur terre, nous permettra de traiter a posteriori les mesures et mènera à des résultats précis, explique Florence Clément, responsable du projet Lumina au CNES/CADMOS. Dans la mesure où nous nous aventurons toujours plus loin dans l’espace, nous sommes convaincus que l’ISS n’est qu’une première étape pour les dosimètres à fibre optique. Plus nous nous éloignons de la Terre, plus les niveaux de rayonnement augmentent, et plus il est nécessaire d’assurer une surveillance fiable des doses de rayonnement. »

ESA astronaut Thomas Pesquet
L'astronaute Thomas Pesquet installe l'expérience dans le laboratoire scientifique Colombus à bord de la Station spatiale internationale. (Image credit: CNES)

En participant à cette expérience, le CERN continue de démontrer sa valeur ajoutée à l’aérospatiale. « Cette expérience commune dans le domaine spatial est un aboutissement important de l’accord-cadre de collaboration passé entre le CERN et le CNES il y a quelques années, notamment pour les questions relatives aux rayonnements, souligne Enrico Chesta, coordinateur des applications aérospatiales au sein du groupe Transfert de connaissances du CERN. Pour surveiller les dommages causés par les rayonnements sur les composants électroniques, le CERN a mis au point des instruments qui peuvent également être utilisés sur des satellites. Pour ce qui est des tests d’irradiation, nos installations techniques uniques sont en mesure de reproduire un large éventail d’environnements représentatifs des conditions spatiales d’irradiation les plus extrêmes. »


La dosimétrie à fibre optique au CERN est un volet du projet R2E (Radiation to Electronics), qui vise à garantir le bon fonctionnement du complexe d’accélérateurs du CERN au vu des effets indésirables sur les systèmes électroniques critiques exposés à des rayonnements.

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