(C) Uwe Hentschel

Tom Wirtz : « Jusqu’à présent, nous n’avons utilisé le spectromètre de masse qu’en laboratoire et sur le terrain », explique Tom Wirtz. « Nous aimerions maintenant savoir ce qu’il adviendrait en l’envoyant dans l’espace ».

Des scientifiques du LIST travaillent ensemble avec la NASA et Ispace au développement d'un spectromètre de masse pour l'espace. Qu'est-ce qu'on peut faire avec un tel spectromètre?

Lors de sa première visite au Grand-Duché de Luxembourg il y a un peu plus de deux ans et demi, la délégation de l'Ames Research Center de la NASA en a profité pour se rendre au Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST). À cette occasion, Pete Worden, qui était encore à la tête du centre de recherche à l'époque, a tout de suite remarqué le FieldSpec, le spectromètre de masse élaboré par le LIST, séduit d'une part par la compacité de l'appareil et d'autre part par ses possibilités d'utilisation.

En effet, le spectromètre de masse, qui permet de mesurer le rapport masse/charge des atomes ou des molécules, a été spécifiquement développé à des fins hydrologiques (voir encadré) et pourrait donc potentiellement servir dans l'espace.

Pour en avoir le cœur net, le LIST et l'Ames Research Center de la NASA ont lancé un projet de recherche commun avec pour objectif de transformer le spectromètre de masse pour qu'il soit adapté à des applications scientifiques dans l'espace. « Nous abordons ici la question de deux points de vue », explique Tom Wirtz, physicien au LIST et directeur du groupe de recherche. « Nous voulons d'une part découvrir si ce dont la NASA a besoin est faisable avec notre appareil », indique-t-il, « et inversement, nous nous demandons tout ce que nous pourrions faire, nous, avec cet appareil pour la NASA ».

Récemment le LIST vient d’entamer une nouvelle collaboration avec la compagnie de robotique Ispace. La start-up japonaise, finaliste à la prestigieuse compétition d’innovation Google Lunar XPRIZE souhaite développer un véritable robot spectromètre capable d’explorer la lune.

De nombreuses possibilités d'utilisation dans le domaine du « space mining »

D'après T. Wirtz, il y aurait plusieurs domaines d'utilisation. « Le spectromètre de masse pourrait par exemple analyser les composants à la surface d'une planète ou d'un astéroïde après s'être posé dessus ». L'appareil pourrait également être équipé d'une perceuse ou d'un laser. « Et si les composants à étudier sont gazeux ou liquides, il suffirait de les aspirer ou de les pomper ». Une autre possibilité consisterait à installer l'appareil sur un satellite pour analyser les particules dans l'espace.

C’est justement le but du projet initié avec la compagnie Ispace qui souhaite amener le spectromètre de masse développé par le LIST sur la lune pour explorer et analyser les divers éléments la composant.

Tom Wirtz affirme que le champ des possibles est vaste, notamment dans le domaine du « space mining », c'est-à-dire l'exploitation minière des astéroïdes. D'autant plus que le Luxembourg est actuellement très actif dans ce domaine. Le gouvernement a ainsi fondé l'initiative « Space Resources » qui a pour objectif l'exploitation des matières premières universelles et dont le conseil consultatif compte dans ses rangs Pete Worden, ancien collaborateur de la NASA.

« Jusqu'à présent, nous n'avons utilisé le spectromètre de masse qu'en laboratoire et sur le terrain », explique le physicien. « Nous aimerions maintenant savoir ce qu'il adviendrait en l'envoyant dans l'espace ». La grande différence par rapport à l'utilisation en laboratoire est que rien ne doit être laissé au hasard en apesanteur. « Il n'y a pas de deuxième chance », souligne Tom Wirtz, « tout doit donc fonctionner dès la première fois ».

Les exigences changent, mais la technologie reste la même

Le projet de recherche commun soutenu financièrement par le Luxembourg et tout spécialement par le FNR durera deux ans mais ne débouchera pas sur un prototype fini. « Nous travaillerons sur ordinateur pendant tout ce temps et nous mettrons tous les calculs dans un modèle informatisé, mais nous réaliserons également en laboratoire toute une série de tests expérimentaux sur les principaux composants de l'appareil », indique Tom Wirtz. L'équipe de recherche comprend par ailleurs un post-doctorant, qui passera d'abord un peu de temps au Ames Research Center en Californie afin d'en apprendre plus sur les missions de la NASA. « Il reviendra ensuite pour nous aider à perfectionner l'appareil ».

En vue d’accroître le développement des technologies spatiales,  le gouvernement luxembourgeois a signé le 2 mars 2017 un Memorandum of Understanding (MoU) –inscrit dans l’initiative « Space Ressources » - avec la start-up japonaise Ispace. Récemment installé au Luxembourg et soutenu par les programmes dédiés du Paul Wurth InCub et du national business incubator  Technoport, le nouveau bureau européen de l’agence souhaite ouvrir plusieurs postes d’ingénieurs dans les prochains temps.

Les résultats de ces projets seraient particulièrement utiles pour le LIST. « Pour nous, le développement d'appareils destinés à voyager dans l'espace est non seulement passionnant, mais également bénéfique pour notre activité principale dans le domaine du développement d'appareils nano-analytiques à usage commercial », souligne Tom Wirtz. Il explique que la technologie reste la même et que d'autres exigences viennent simplement s'y ajouter. « Et si la technologie fonctionne dans l'espace, elle ne devrait logiquement pas poser de problème sur Terre ».

Auteur: Uwe Hentschel

Photo: Uwe Hentschel

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Spectromètre de masse

 

Un spectromètre de masse permet de mesurer la masse d'une particule dans un vide élevé. L'atome ou la molécule à analyser est ici converti(e) à l'état gazeux puis ionisé(e). Les ions générés lors de cette opération sont ensuite fortement accélérés par un champ électrique puis envoyés à l'unité d'analyse, qui trie les particules chargées en fonction de leur rapport masse/charge.

Dans le cadre d'un projet de recherche financé par le FNR pour des applications hydrologiques, le LIST a développé le spectromètre portable FieldSpec qui permet de déterminer par exemple le parcours du courant et le temps de séjour des polluants dans les eaux. Outre sa technologie, la particularité du FieldSpec est sa forme compacte, qui le prédestine donc également à des applications spatiales.

 

 

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