Thèse soutenue

Caractérisation de la contamination moléculaire des satellites : séparation des espèces par la méthode ATG/SM
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Auteur / Autrice : Eudes Grosjean
Direction : Jean-François RousselÉmilie Vanhove
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : MicroNano Systèmes
Date : Soutenance le 15/12/2020
Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Génie électrique, électronique, télécommunications et santé : du système au nanosystème (Toulouse)
Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Équipe d'accueil doctoral Optronique, laser, imagerie physique, environnement Spatial (Toulouse, Haute-Garonne)
Laboratoire : Office national d'études et recherches aérospatiales. Département Physique, Instrumentation, Environnement, Espace (DPHY)
Jury : Président / Présidente : Colette Lacabanne
Examinateurs / Examinatrices : Jean-François Roussel, Émilie Vanhove, Colette Lacabanne, Anouk Galtayries, Éliane Espuche, Hélène Mestdagh
Rapporteurs / Rapporteuses : Anouk Galtayries, Éliane Espuche

Résumé

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La contamination moléculaire des satellites est un phénomène de pollution des surfaces des satellites en orbite. Elle désigne la formation de dépôts de molécules indésirés qui peuvent modifier les propriétés des surfaces des composants qui en sont sensibles. Ces molécules sont issues des matériaux du satellite, de l’activité humaine et de la propulsion. Les performances des composants sensibles, généralement optiques ou thermiques, peuvent être dégradées jusqu’à entrainer une perte de fonctionnalité. La contamination moléculaire peut alors mettre en péril les objectifs de la mission spatiale. Pour garantir le succès de la mission, il est alors nécessaire de maîtriser les niveaux de contaminants. La quantification des dépôts moléculaires pendant la phase de conception repose sur des prédictions à l’échelle de la mission spatiale. Chaque molécule qui constitue les dépôts possède ses propres propriétés de dégazage, d’adsorption et de réémission. L’identification et la détermination de la contribution des molécules qui constituent un mélange, appelée séparation des espèces, est nécessaire pour pouvoir réaliser des prédictions fiables. Les techniques standards de caractérisation actuelles de la contamination, utilisées pour obtenir les paramètres numériques des modèles, se basent majoritairement sur des analyses thermogravimétriques de microbalances à quartz (ATG). Bien que les cinétiques de réémission des molécules soient différentes suivant leur nature chimique, elles sont thermiquement proches. La séparation obtenue par analyses thermogravimétriques est incomplète car les signaux des différentes espèces se chevauchent. Cela induit une incertitude sur les paramètres numériques, et peut entraîner des erreurs de plusieurs ordres de grandeurs sur les niveaux de contamination prédits. Pour résoudre ce problème, l’ONERA a développé une méthode de séparation basée sur le couplage in situ et en temps réel d’analyses thermogravimétriques et d’un spectromètre de masse (ATG/SM). Son objectif est d’obtenir avec plus de précision les contributions de chaque espèce dans le mélange, afin de réduire les incertitudes générées sur les paramètres numériques et les erreurs commises sur les prédictions des niveaux de contamination. Ces informations permettent également d’avoir un regard neuf sur la physique qui régit la contamination. Les travaux de la présente thèse s’inscrivent dans la continuité de cette démarche de développement de la méthode ATG/SM avec pour objectif de caractériser les molécules les moins volatiles, pourtant les plus dangereuses en orbite. La première mission ont consisté à augmenter les capacités de génération de données de spectrométrie de masse à haute température. Les travaux se sont ensuite orientés vers le développement de la régulation thermique du porte-échantillon et l’augmentation de la sensibilité du spectromètre de masse. Grâce au développement d’un nouveau traitement de données, cette étude a permis de réaliser une séparation complète du matériau spatial Scotchweld EC2216.