Le CNES et les jeunes

Le CNES (Centre national d'études spatiales), à travers le service Culturespatiale, est un interlocuteur privilégié des jeunes et des éducateursdepuis 40 ans. Du cycle 3 au lycée, le CNES propose des supports depratique adaptés au cadre scolaire, favorisant l'approche expérimentaleet l'apprentissage du travail en équipe. Tous les enseignants (de l'écoleau lycée) ont accès à des formations et à des outils expérimentaux etpédagogiques qui offrent de nombreuses possibilités d'expérimentationet de découverte de l'espace.

Les Cahiers de l'espace sont des documents de références sur lessciences et applications spatiales. Ils offrent un contenu riche et vulgari-sé sur les thèmes développés. Il sont réalisés par le service Culture spa-tiale et diffusés gratuitement aux participants des Mercredis de l'espace(formations pour enseignants) ou sur simple demande, auprès du servi-ce Culture spatiale. Tous les Cahiers de l'espace sont également télé-chargeables sur le site Internet www.cnes-edu.fr (espace enseignants -rubrique formations et conférences).Ce 10ème numéro termine la collection des Cahiers de l'espace. LesCahiers de l'espace disparaîssent ? Vive DocSciences ! Soucieux d'amé-liorer sans cesse le contact avec les enseignants, le service Culture spa-tiale s'est associé au CRDP de Versailles afin de donner un nouveausouffle à cette production éducative. Le premier numéro de DocSciencesest consacré à l'étude du climat et vous est envoyé avec le Cahier de l'es-pace qui l'accompagne et lui passe en quelque sorte le relais…

Déjà parus :

N°1 : Ailleurs… la vie ! Possible ou probable ? (Septembre 2002)N°2 : Comètes… Un rêve plus loin ! De Rosetta à nos origines (Janvier 2003)N°3 : Spot 5 et Météosat : des yeux en orbite (Février 2003)N°4 : Quitter la Terre demain. Lanceurs et propulsion du futur (Octobre 2003)N°5 : Expéditions interplanétaires. La quête des origines (Décembre 2003)N°6 : L'Homme extraterrestre (Janvier 2004)N°7 : Déméter : à l'écoute des séismes (Décembre 2004)N°8 : L'échiquier spatial : l'espace dans le monde de demain

(Septembre 2005)N°9 : Danse avec les nuages : l'espace au service de la climatologie(Novembre 2005)

Document écrit par Natacha Fradin etSébastien Rouquette

Graphisme et maquette :QUÉTARYL : 0 875 359 569.

Document imprimé au service Éditiondu CNES, Toulouse.

Une production du service Culture spatiale,CNES - 18, av Édouard Belin,

31401 Toulouse Cedex 9.www.cnes-edu.fr

Images de couverture :© CNES.

Édito

En avril 2005, avait lieu la première visite duCentre spatial de Toulouse ouverte auxenseignants, dans le cadre des Mercredis del'espace, cycle de conférence pour les ensei-gnants et acteurs de l'éducation. Ce fut ungrand succès, tant sur le plan de l'affluencedes demandes que sur celui de la qualité desinterventions. Assez naturellement, nousavons décidé de programmer une nouvellevisite l'année suivante. Mais nous pourrionsrenouveler de nombreuses fois cette mani-festation que nous n'arriverions pas à la pro-poser à tous les enseignants intéressés. Unefois de plus, l'écrit se révèle donc être uneaide précieuse pour transmettre un savoir leplus largement possible. Et si ce 10ème etdernier Cahier de l'espace ne remplace pasune visite commentée par les spécialistesdes techniques spatiales, il offre tout demême une visite virtuelle accessible à tous.Il nous tenait à cœur de présenter les activi-tés techniques du CNES, cette fourmilière de2 500 personnes qui exploitent l'espaced'aujourd'hui et inventent, dans l'ombre, l'es-pace de demain. Au fil d'une mission spatia-le, Déméter, le Centre national d'études spa-tiales ouvre donc les portes du cosmos pouren connaître un peu plus ou un peu mieuxles rouages et les métiers, de la conceptiond'un satellite à son exploitation sur orbite.

Naissance d’un projet ........................................................p. 4

De la théorie à la réalité .................................................p. 10

Mission scientifique avant tout ........................................p. 16

Sites internet, bibliographie ............................................p. 22

Glossaire...........................................................................p. 23

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Sommaire

Le CNES terre

Intro

29 juin 2004, un lanceur Dnepr emporte la missionDéméter depuis le cosmodrome de Baïkonour. Pour lesfemmes et les hommes qui ont participé à la conception età la fabrication de ce satellite, c’est l’heureux aboutisse-ment de plusieurs années de travail. Mais, ce n’est pas unefin. D’autres femmes, d’autres hommes, vont maintenantprendre le relais et assurer le fonctionnement du satelliteet le retour des données qu’il devra recueillir. Combien de temps s’est écoulé entre l’idée d’une tellemission et son lancement, quelles étapes a-t-il fallu franchirpour la mener à bien, qui sont les acteurs indispensablesà sa réalisation ? Savoir-faire, énergie, esprit d’équipe,mais aussi ingéniosité, diplomatie… Quel est leur secretpour relever des défis quotidiens ? Quels espoirs les scien-tifiques leur confient-ils ? Comment les résultats recueillisfont avancer la science ? C’est une aventure hautementtechnologique mais aussi profondément humaine, commu-ne à toutes les missions spatiales, que ce dixième numérodes Cahiers de l’espace vous propose de découvrir.

d'espace !

Logo de la mission Déméter.

© CNES.

Cahier n°10 septembre 2007

Naissance

Au commencement, il y a une hypothèse et des travaux scientifiques. Puis,l’idée d’un instrument de mesure dédié au sujet d’étude se fait jour qui, trèsvite, devient une nécessité aux yeux des spécialistes. Un long travail débutealors : celui qui verra germer de l’esprit et des mains des scientifiques et desingénieurs, ce formidable outil qu’est le satellite.

Déméter,une mission précurseur

Il semble bien naturel de débuter cechapitre par la présentation de la mis-sion Déméter qui sera la trame du récit.Déméter est l’acronyme de Detection ofElectro Magnetic Emissions Transmittedfrom Earthquake Regions. Première dela filière microsatellite du CNES, la mis-sion est destinée à étudier les pertur-bations de la haute atmosphère et de

l’ionosphère associées aux phéno-mènes géophysiques naturels. “Ellemesure à la fois les variations du champmagnétique et du champ électrique, uneinnovation !” selon Pascale Ultre-Guérard

(Voir photo). Pour Jean-Yves Prado (Voirphoto) “L’étude de l’ionosphère est inté-ressante pour sa conductivité qui larend réactive à l’effet de la magnéto-sphère et du vent solaire mais aussi dephénomènes naturels venus “d’en bas”induisant des perturbations sismiques etatmosphériques.” Ces informations surle fonctionnement de la dynamo ter-restre étant mesurables à la surface etdans l’espace, il était intéressant “decompléter les mesures au sol en embar-quant des instruments de mesure à bord

d’un satellite pour cartogra-phier le champ magnétiqueterrestre.” ajoute Pascale Ultre-Guérard. Le but : vérifier l’exis-tence de signaux électroma-gnétiques précurseurs desséismes et des tsunamis et lescaractériser pour prévenir cescatastrophes par un systèmed’alerte. Déméter doit aussipermettre d’effectuer une sur-veillance globale de l’environ-nement électromagnétiquede notre planète dans lecadre du Programme NationalSoleil-Terre du CNRS et ainsinous renseigner sur les inter-actions entre les différentesenveloppes de la Terre. Enfin,les observations réalisées

devraient quantifier l'impact de l’activitéhumaine (multiplication des réseaux dehaute-tension et des émissions à hauteet très basses fréquences…) sur l'envi-ronnement terrestre.

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Déméter représenté au-dessus du

volcan Sakura-Jima au Japon.

© CNES/ill. D. Ducros.

d’un pro

Pascale Ultré-Guérard - Docteur en géophysique

interne, responsable de l'équipe thématique "étude

et observation de la Terre" - CNES.

Jean-Yves Prado - Responsable de la thématique

Soleil, Héliosphère, Magnétosphère - Direction de la

prospective, de la stratégie, des programmes, de la

valorisation et des relations internationales - CNES.

En 1997, sept ans avant le lancement deDéméter, le CNES décide un programmede missions spatiales sur microsatellitessous l’appellation “Filière Myriade”. Conscientque l’accès à l’espace reste cher, cette idéepermet de proposer une nouvelle généra-tion de satellites à courts délais de réalisa-tion et moindres coûts. Loin d’être des outilsau rabais, ceux-ci vont combiner plusieursavantages pour rendre l’espace plus acces-sible à certaines missions scientifiques oud’applications technologiques. Ainsi, cessatellites de petites tailles vont profiter desprogrès incessants de la miniaturisation etde la disponibilité de nombreux compo-sants commerciaux, drastiquement sélec-tionnés pour vérifier leur tenue à l’environ-nement sévère présent dans l’espace(radiations, température). Mais c’est surtoutau lancement que les budgets vont subirune baisse significative car la faible massedes microsatellites - entre 100 et 150 kg -leur permet de se placer en passagers auxi-liaires sur des lanceurs comme Ariane.

Petits, légers, peu onéreux et rapides à déve-lopper, les microsatellites ne se substituentpas aux systèmes plus lourds, mais sontavant tout destinés à la communauté scien-tifique dont ils peuvent parfaitement couvrirune partie des besoins. Car, comme tou-jours, c’est d’un besoin identifié que naît leconcept d’un nouveau produit. Le CNES,dont une des missions confiées par l’Etatest d’aider les laboratoires de recherche àmettre en œuvre leurs missions scientifiques,se devait d’inventer Myriade. Selon Thibé-ry Cussac (voir photo), “La problématiquede la filière Myriade était de définir de petitssatellites suffisamment performants (en éner-gie électrique, en capacité de transfert dedonnées avec le sol et en précision de poin-tage) pour réaliser des missions en adé-quation avec les projets de la communau-té scientifique. Ce sont les retours suscitéspar des appels à idées qui permettent demieux cibler la définition de la plateforme(ensemble des fonctions de servitude com-munes à tous les satellites de la filière)”.

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Le satellite Déméter

n'existe pas encore.

Il est tout juste un

projet qui commence

à se dessiner.

Mais déjà, à l'instar

des artistes, les

scientifiques et les

ingénieurs

l'imaginent dans

l'espace.

© CNES/D. Ducros.

Thibéry Cussac

Chef de projet Déméter - CNES.

ojet

Petits mais…

Le concept de microsatellite fut bien accueillipar Michel Parrot (Voir photo), dont le pro-jet scientifique à l'origine de Déméter a étésélectionné pour inaugurer la filière Myria-de : “Depuis les années 1985-1990, notrelaboratoire, le LPCE (Laboratoire de phy-sique et chimie de l'environnement), éprou-vait le besoin d’une mission spatiale dédiéeà l’étude des variations électromagnétiquesavant les séismes. Jusqu’ici, et bien que cesphénomènes soient connus depuis des cen-taines d’années, nous ne disposions pas demesures scientifiques. Il existait seule-ment des témoignages de personnes ayantremarqué des signes avant-coureurs. Maisen 1981, l’enregistrement fortuit de mani-festations électromagnétiques peu de tempsavant un séisme est venu corroborer cestémoignages. Ajoutées à d’autres donnéessimilaires déjà disponibles (installations ausol aux îles Kerguelen, données du satelli-te franco-russe Arcad-3…), ces donnéesont incité le LPCE à les étudier systémati-

quement en relation avec l’activité sismique.”(NDLR, voir Cahier de l'espace n° 7 “Démé-ter, à l'écoute des séismes”).Mais, recueillies par des expériences ausol ou des satellites destinés à d’autresobjectifs, ces informations, si elles per-mettent les premières publications,s’avèrent vite insuffisantes. Tandis quel’intérêt d’une mission spatiale dédiéedevient évident et - contrairement à cequ’on pourrait penser - économique.“Recueillir des données au sol nécessi-te des installations permanentes sur leszones sismiques et des enregistreursfonctionnant en continu dans l’attentede l’événement remarquable. Ce quireprésente des milliers de capteurs etd'instruments répartis sur toute la surfa-ce du globe, et dont il faut assurer le bonfonctionnement. Alors qu’un seul satel-lite peut passer plusieurs fois sur uneorbite donnée et ainsi donner aux scien-tifiques la possibilité de générer des sta-tistiques. C’est le cas de Déméter,capable de couvrir 500 séismes demagnitude supérieure à 5 entre 0 et 5heures avant l’événement, avec une dif-férence de longitude / latitude entre latrace de l’orbite et l’épicentre inférieureà 5°. Or, disposer de statistiques estindispensable pour mesurer les pertur-bations de l’ionosphère. Car pour cettedernière, avant tout perturbée par l’acti-vité solaire, les séismes ne sont qu’uninfime dérangement.” Pour Michel Par-rot, la filière de microsatellites Myriadeapparaît donc d’emblée comme uneopportunité très intéressante.Décidé à répondre à l’appel d’offre duCNES, le LPCE recherche d’abord deslaboratoires partenaires : “Il fallait trou-ver des expériences compatibles, enrelation avec l’ionosphère, effectuantdes mesures d'ondes électromagné-tiques et de la densité des particules. Ilapparaissait également nécessaire deconvier des spécialistes des autresdomaines à participer à la mission”explique Michel Parrot. Une fois les par-tenaires trouvés, le LPCE peut soumettresa proposition au CNES. Après sélec-tion, le projet est retenu pour embarquersur le premier microsatellite de la filièreMyriade et Michel Parrot devient le prin-cipal investigateur (le responsable scien-tifique) de Déméter et le coordonnateurdes expériences partenaires.

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Le coût parfois très élevé du déve-loppement de satellites vient enpartie du fait que ces derniers sontconstruits à l'unité. L'un des objec-tifs des agences spatiales, en plusde l'éternelle quête d'innovation,est la réduction des coûts de déve-loppement des satellites. Celle-cipeut être substantielle si la platefor-me est "standardisée" et adaptableà de nombreux type de missions.En 1996, le CNES décide de lancer ledéveloppement d'une série ou "filiè-re" de plateforme pour minisatellites.Protéus (Plateforme Reconfigurablepour l'Observation, les Télécommuni-cations et les Usages Scientifiques)doit répondre aux besoins des satellites de la classe 500 kg placés sur orbite basse.Le lancement de Jason-1, premier satellite Protéus, le 7 décembre 2001 a finalisé avecsuccès l'étape initiale de développement de la filière. Depuis, plusieurs autres missions ontutilisé Protéus. Calipso, lancé le 28 avril 2006 et Corot sur orbite depuis le 27 décembre2006 en sont les dignes représentants. Les deux prochaines missions, Smos et Jason-2seront lancées en 2008.La recette ayant été jugée excellente par le CNES, les industriels et les scientifiques, ladémarche a été étendue aux petits satellites de la gamme microsatellites. La filière Myriadeest donc le pendant de Protéus pour la gamme des 120 kg. Déméter en est le porte flambeau.

Protéus et Myriade :le standard de la variété !

Boîte à idées

Michel Parrot -

Directeur de Recherche au CNRS,

Responsable Scientifique de la

mission Déméter.

Maquette d'une plateforme Protéus.

Ce cube de 1m de côté est rempli sur

ses 6 faces des dispositifs nécessaires

au fonctionnement du satellite.

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Un projet peut être proposé à différentsorganismes : au sein du programmenational, du programme de l'Agencespatiale européenne (ESA) ou des mis-sions en coopération internationale. “Unbon projet soutenu par la communauté

scientifique a de fortes chances de pas-ser ici ou là…” explique Jean-Yves Prado.“Au CNES, les scientifiques, réunis parthématiques, ont pour charge de recom-mander telle ou telle mission sans êtrepartie prenante. Il faut faire preuve d’unecertaine honnêteté intellectuelle car lacommunauté scientifique est restreinteet les deux ou trois spécialistes françaisd’un sujet se connaissent forcément…”ajoute-t-il.Après avoir franchi l’étape du comité thé-matique, sorte de filtre diplomatique quigère la file d’attente, les projets passentdevant le Comité des Programmes Scien-tifiques (CPS). Juridiction suprêmepossédant l’autorité de décision, cette

commission définit les projets scienti-fiques prioritaires pour le CNES. “Ensuite,lorsque le projet retenu utilise une filièreexistante (Myriade ou Protéus), il fautconcevoir le satellite en minimisant lesmodifications de la plateforme de basepour limiter les coûts d’adaptation d’unemission à l’autre”, explique Thibéry Cus-sac. “Mais les scientifiques ont desexigences élevées pour que soit garantieune collecte de données précises et desrésultats finaux de qualité. Il faut réguliè-rement négocier un compromis entre lesperformances souhaités et celles attei-gnables dans des conditionséconomiques données, fixées au départdu projet”, ajoute-t-il.

Le satellite Microscope sera le 5ème de la série des microsatellites Myriade, après Déméter, Parasol,

Essaim et Picard. Il sera lancé en 2010 afin d'étudier le principe d'équivalence. © CNES/D. Ducros.

Projets :le parcours obligé

Naissance d’un projet

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Une organisationplurielle

La mission Déméter implique denombreux laboratoires français etétrangers. Le CNES assure lamaîtrise d'oeuvre du Centre demission technologique et de lacharge utile technologique. LeLaboratoire de Physique et chi-mie de l'environnement (LPCE)assure la maîtrise d'oeuvre dudéveloppement de la charge utilescientifique et du Centre deMission Scientifique. Le dévelop-pement de l'instrument de mesu-re du champ magnétique étaitégalement sous sa responsabili-té. Le Centre d'études spatialesdes rayonnements (CESR) étaitresponsable du développementde l'instrument détecteur de plasma. LeCentre d'étude des environnements ter-restre et planétaires (CETP) était res-ponsable du développement des instru-ments analyseur de plasma et champélectrique. L'Unité de service deNançay a travaillé sur le développe-ment d'un module électronique. Pendant la mission Déméter, l'Institut dephysique du globe de Paris (IPGP) four-nit les données sismiques, ainsi que leLaboratoire de détection et de géophy-sique du Commissariat à l'énergie ato-mique (LDG/CEA) ou encore leLaboratoire d'études spatiales et d'ins-trumentation en astrophysique (LESIA).L'Observatoire de physique du globe deClermont-Ferrand (OPGC) met enœuvre des expériences au sol pourmesurer le champ électromagnétiquedans des régions sélectionnées commele golfe de Corinthe et le volcan Pitonde la Fournaise sur l'île de la Réunion.Les comparaisons avec les mesureseffectuées simultanément par le satellite

seront d'un grand intérêt pour com-prendre les processus physiques degénération de ces émissions. L'ESTEC(European space research and techno-logy centre), basé aux Pays-Bas, est res-ponsable de l'instrument de mesure dela densité électronique. En Pologne, lelaboratoire Centrum BadamKosmicznych a contribué notamment audéveloppement du Banc de test de lacharge utile. Au Japon, un laboratoirede l'Université d'électro-communicationest impliqué dans le traitement scienti-fique des données.Pour la construction du satellite, leCNES s’est appuyé également sur unréseau d’industriels. Outre l’industrielintégrateur Latécoère, de nombreuxindustriels français et étrangers ont par-ticipé à ce projet, en particulier : Realix(structures), Steel (calculateur de bord),Alcatel Space (générateur solaire),Tamam en Israël (magnétomètre), Teldixen Allemagne (roues à réaction), maisaussi Zodiac, Beat, Lacroix, AEA, ETCA,

Latelec, Snecma, CS-SI, Alten sud-ouest,Litef, Astrium, Tud au Danemark, Rafael,Thales, Matra MBDA, Alcatel Space,Chelton (GB), Swedish SpaceCorporation (opérations station Kiruna),Elta, Tis, SMP, CS-SI (réseaux de trans-missions de données), Cril, Coframi,Sema, Altran, Atos-Sema, Cgey...

Les bases de la mission sont mainte-nant posées. C'est le véritable com-mencement du développement dusatellite et toute l'organisation va rapi-dement se mettre en place, en pio-chant au sein des agents du CNES lescompétences nécessaires. Bien sûr,tous les projets ne requièrent pas lemême investissement humain ou finan-cier. En ce qui concerne Déméter, dontle budget s'élève à 58 millions d'euros,dès la fin de l'étape théorique de défi-nition de la mission, ce sont 70 per-sonnes qui se sont regroupées afin derelever le défi sans cesse renouvelé del'aventure spatiale.

Lorsqu’on est membre de l’équipe projet qui conçoit un système spatial, on travaille au ryth-me d’une succession de phases. Chaque étape s'achève par un rendez-vous, appelée revuede projet, qui fait le bilan du travail réalisé et pose les bases de l'étape suivante.

- Phase 0 (avant-projet). En relation avec le client du système (qui éclaircit et stabilise sesattentes), on propose et l’on compare plusieurs options du futur système (satellite + seg-ment sol).- Phase A (étude de faisabilité). On cherche à résoudre les difficultés soulevées par lesmeilleures options, pour choisir finalement la meilleure d’entre elles.- Phase B (définition préliminaire). On construit une première représentation complète dufutur système.- Phase C (définition détaillée). Tout ce qui concerne le futur système est précisé dans lesmoindres détails, jusqu’aux procédures de fabrication et de test. - Phase D (réalisation). On fabrique les éléments du système, on les intègre et on "quali-fie" le tout sur Terre. - Phase E (exploitation). Le lancement a eu lieu. Alors que le satellite rend son service surson orbite, une nouvelle équipe de techniciens et d’ingénieurs le surveillent depuis le sol.On améliore ses performances en procédant à divers réglages, parfois en envoyant à bordde nouvelles versions des logiciels.- Phase F (retrait du service). Les réserves de carburant du satellite permettent soit de lefaire plonger dans l’atmosphère où il brûle, soit de l’éloigner sur une "orbite cimetière".

Serge Potteck, ingénieur au sein du service

Plateau d'architecture des systèmes orbitaux, CNES.

La démarche de projet

Naissance d’un projet

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Dans cette démarche au long cours, lechef de projet est un ingénieur qui jouele rôle de chef d’orchestre. Dès que leprojet scientifique est retenu, le chef deprojet entre en jeu. Il est chargé la réali-sation du système complet et pour celadoit mettre en place les moyens néces-saires et définir les méthodes et procé-dures qui seront appliquées (manage-ment, qualité, ...). En premier lieu, il doitconstituer une équipe projet en définis-sant les rôles et objectifs de chacun, puisla coordonner au jour le jour en préci-sant les priorités lorsque nécessaire. Ilpeut assurer lui-même l’interface avecles scientifiques en intervenant dans lescompromis techniques. Et le chef de pro-

jet Déméter, Thibéry Cussac, d’ajouter :“Déméter est un projet particulier car lamaîtrise d’œuvre est interne, avec unsystème entièrement imaginé, conçu etdéveloppé au CNES, dans certains casjusqu’au niveau équipement (calcula-teurs de bord) ce qui implique une équi-pe conséquente et de multiples inter-faces (scientifiques, fournisseurs indus-triels, ...) à gérer. Il existe seulementquelques projets dans ce cas, notam-ment des projets scientifiques. Ce sontdes projets passionnants qui permettentune participation active dans l’ensembledes choix, des premières études de défi-nition jusqu’au lancement. Mais ils sontaussi très exigeants car il faut maîtriser leproduit dans les moindres détails tech-niques et certains choix peuvent êtrelourds de conséquences, pouvantconduire à une panne complète en vol.Pour Déméter, seule l’intégration finaledu satellite a été confié à un industriel(Latécoère). Mais quatre personnes yétaient détachées pour superviser l’inté-gration et assurer l’interface avec les

concepteurs”. Et parce que Déméter étaitle premier satellite de la filière Myriade,l’équipe CNES a compté jusqu’à 40 per-sonnes en équivalent temps plein, avecune moyenne de 25 personnes/an pen-dant six ans. Le chef de projet doit aussi faire preuvede patience et de sérénité : “Les pre-mières études de la filière Myriade ontcommencé en 1995. Presque neuf ansavant le lancement de la missionDéméter ! Les trois premières annéessont les plus difficiles : on voudraitdémarrer, mais il faut attendre une déci-sion longue à venir car démontrer la fai-sabilité et l’intérêt du concept nécessitede nombreuses études... Ensuite touts’accélère, avec parfois beaucoup de“stress”, jusqu’au lancement. On quittealors la mission quelques mois plus tard,dès la fin de la recette (tests) en vol. Biensûr, tant que le satellite est opérationnelet collecte des données on s’intéressetoujours à lui, un peu comme un enfantqu’on lâche mais sur lequel on gardetoujours un œil...”.

Le chef de projet

Le satellite

Microscope

© CNES/D.

Ducros.

De la théorie à

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À chacun son rôle !

Pour concevoir les différentes parties dela charge utile, le maître d’ouvrage s’en-toure de structures qualifiées : sociétésindustrielles ou laboratoires derecherche, tous disposant de compé-tences spécifiques. La responsabilitétechnique du développement du satelliteest, elle, confiée à un maître d’oeuvreindustriel ou assurée par le CNES pourcertaines missions scientifiques.

Une fois la définition du projet validéepar tous les partenaires, les tests fonc-tionnels sont confiés à une équipe detechniciens qui vont travailler sur une“maquette sur table”. Elle permettra detester la compatibilité entre les équipe-ments de bord, comme par exemple lacommunication entre le module de trai-tement des données et le sous-ensemble fournissant l’énergie. Cen’est qu’après cette validation initialeque le modèle de vol du satellite serafabriqué et confié à l’équipe d’intégra-tion. Bien sûr, celle-ci participe au pro-jet depuis l’origine car les contraintesd’intégration doivent être prises encompte dès la phase de conception afin

que le satellite puisse être assemblépuis testé comme prévu. “Identifier lesbarrières et les limites doit donc se fairele plus en amont possible”, comme l’ex-plique Vincent Dubourg (Voir photo) :

Après la phase essentiellementthéorique de définition de la mission,arrive celle de la conception, étapeintellectuelle et technologiquepassionnante. Là se décide le typede mesures à effectuer et donc lesinstruments à réaliser, l’agencementde ces mêmes instruments, la répartition de l’énergie et jusqu’àla forme du satellite, son orbite ousa trajectoire dans le cas d’unesonde interplanétaire.

Rien ne vaut le “bricolage” ! Avant

de créer le modèle de vol du

satellite, des maquettes sont

réalisées afin de valider, par

exemple, le plan d'aménagement

des différents éléments et

câblages. © CNES.

la réa

De haut en bas :

- Vincent Dubourg - Chef du service

Réalisation Intégration au sein de la

Sous-direction Techniques Véhicules

Architecture et Intégration - CNES.

- Pascale Moro - Responsable

assemblage intégration et validation

(RAIV) des satellites de la filière

Myriade - Chargée de l'intégration de

Déméter - CNES.

- Claude Escande- Responsable

Assemblage, intégration, tests - CNES.

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“On intervient dès la phase de définitioncar il est important d’anticiper le typed’essais et de validation qu’il seranécessaire de réaliser sur le satellite etla charge utile et surtout d’en vérifier lafaisabilité. Il faut s’accorder au plus tôtcar tous les moyens de tests à dévelop-per et les procédures associées devrontrépondre à des spécifications précisesde manière à valider le concept.”Pascale Moro (Voir photo) ajoute “Nousne participons pas à la conception del’architecture des systèmes, mais nouspouvons parfois être amenés à proposerde nouveaux procédés.” Car, comme leprécise Claude Escande (Voir photo),“Toute la difficulté est de vouloir qualifierau sol un véhicule spatial, sachant qu’onne peut que simuler l’environnementspatial et ce jamais à 100 % ! Il y a donctoujours des limites à ce qu’on peut vali-der...” Mais le compromis rend leschoses possibles et le responsable d’in-tégration peut alors décliner les besoinsen plans de test et procédures. Desbesoins qui vont induire l’ordre d’arrivéedes éléments et l’ordonnancement destâches pour garantir la bonne marchede l’intégration.

L’objectif de l’équipe d’intégration esttout d’abord de faire fonctionnerensemble tous les éléments constitutifsde la plateforme du satellite, en lesassemblant mécaniquement et enconnectant électriquement leurs inter-faces, ce quelle que soit la taille dusatellite. “Car la communication dessystèmes reste le point le plus com-plexe. En principe, un sous-système(instrument) fonctionne très bien toutseul. La difficulté est de le faire commu-niquer avec d’autres issus de milieuxdifférents (CNES, laboratoires, indus-triels…), et des quatre coins du mondepour les gros projets !” explique PascaleMoro. Il faut donc à l’intégrateur tout letalent d’un chef d’orchestre même si

Déméter en cours d'installation dans le caisson

de vide thermique à Intespace, Toulouse.

© CNES / E. Grimault.

alité

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l’équipe n’est pas seule pour finaliser laconfiguration du satellite, accompagnéejusqu’au pas de tir par les architectesconcepteurs.

En parallèle des éléments de la platefor-me, arrivent les parties de la charge utile(calculateur, émetteur radio pour des-cendre la télémesure scientifique au sol,série de capteurs inhérents à la missionscientifique…). Ici aussi, l'équipe d'inté-gration a pour mission de valider au solla performance instrumentale de l’en-semble de la chaîne scientifique. À l’ins-tar du dialogue avec les concepteurs dela plateforme, s’engagent des échangescritiques avec les laboratoires scienti-fiques. “Et l’anticipation de la validité deséquipements scientifiques se révèleencore plus pointue que sur la platefor-me !” ajoute Vincent Dubourg “Car lesstandards de qualité spatiale, voire deformalisation de la documentation des-criptive des équipements ne sont pastoujours les mêmes entre le CNES, lesindustriels, et les laboratoires. Leséquipes d’intégration du CNES sontdonc souvent amenées à effectuer ungros travail de support aux laboratoirespour les aider à formaliser leurs besoinsde validation et pour pouvoir ensuitegérer plus facilement les équipementsscientifiques lors de leur livraison. Un tra-vail de normalisation des procéduresindispensable pour homogénéiser lesinterfaces et pour que la charge utile etla plateforme puissent être connectées

sans encombre, même sila compatibilité de cesdernières n’est pas tou-jours parfaitement satis-faisante. Sur Déméterpar exemple, les ondesé lec t romagnét iquesgénérées par les rouesde réaction de la plate-forme perturbaient lescapteurs des expé-riences. “Avertis duniveau de bruit qu’al-laient recevoir leurs cap-teurs, les scientifiquesont accepté des don-nées légèrement dégra-dées plutôt que pas de données du tout.Sachant que dans le même temps, leblindage des roues a été renforcé.”raconte Vincent Dubourg. Il arrive aussiparfois que les tests en chambre ané-choïque révèlent des incompatibilitésélectromagnétiques entre instruments.Ici aussi, le principal investigateur desmissions peut être amené à reconfigurerune expérience ou à accepter des don-nées dégradées.

Et malgré tout le travail réalisé enamont, Claude Escande précise qu’“ilreste toujours des imprévus qu’on n’apas pu ou su anticiper et qui s’avèrentgénéralement consommateurs entemps et en argent...”. Sur les gros satel-lites, la difficulté relève souvent de lamultiplication de sous-systèmes com-

plexes et donc du nombre des inter-faces. Quant aux microsatellites, ilsoccasionnent de fréquents problèmesde câblage. “Car la miniaturisationimpose des contraintes supplémen-taires” ajoute-t-il. “Le scientifique estpar définition gourmand et l’on nousdemande souvent d’embarquer dans unminimum de place un maximum d’ex-périences... Ce qui, pour Déméter,revient à monter cinq expériences diffé-rentes, soit plus d’une dizaine de boî-tiers, sur un espace de 600 mm x600 mm x 600 mm !” Or pour assurer lefonctionnement de ces boîtiers, il estnécessaire de les relier entre eux pardes câbles terminés par des connec-teurs. Les architectes du projet doiventdonc avoir prévu des détails... pourtantfondamentaux (!), comme un aménage-

Produits en série pour les applications grand public, les composants sur étagère ouCOTS (pour Commercial Off The Shelf) présentent plusieurs avantages : ils sont moinscoûteux, miniaturisés et bénéficient des dernières avancées technologiques. Seulinconvénient - de taille ! - ils n’ont pas été conçus et donc qualifiés pour une utilisa-tion en environnement spatial ! Il faut donc tester leur comportement en environne-ment mécanique (vibrations au lancement), thermique (amplitude de températureextrême en orbite) et leur résistance aux radiations (importantes sur certaines orbites)avant de les agréer. Ainsi, bien que rigoureusement testés par lots, les Cots restentréservés aux projets scientifiques pour lesquels on admet une fiabilité moindre, res-pectant un juste équilibre risque / coût.

Les composants spatiaux…du commerce

Dans le bâtiment d'intégration satellite

du CNES, fin de la préparation de la

charge utile de Déméter avant sa

livraison à Latécoère.

© CNES / E. Grimault.

ment prenant en compte la place desmains de l’intégrateur… D’autres fois,c’est le retour d’expérience de missionsdéjà en orbite qui amène à modifier unéquipement. Utilisant les mêmes com-posants que la mission encore à lancer,celles-ci mettent parfois en évidence ladégradation de leurs performances au fildu temps. L’équipe Projet peut à cemoment donner l’alerte et demander unchangement.

Dans le cas d’une filière, ces inconvé-nients ne se rencontrent pas deux fois.Ainsi, Myriade utilise une plateformecommune à tous les satellites. Les amé-liorations qui sont apportées sont peunombreuses, comme c’est le cas entreDéméter et Parasol. À contrario, lescharges utiles confiées par des labora-toires différents requièrent une valida-tion toujours spécifique.

L’équipe d’intégration voit les hypo-thèses confrontées à la réalité. Elle apour objectif, avec les architectes duprojet, de faire tout son possible pourhonorer la demande des scientifiquesexplique Vincent Dubourg. “Nous ras-surons les laboratoires sur la faisabilitéet sur la qualité des données qu’ilsrecevront mais nous ne les leurronspas. La technologie n’offre pas toujoursdes résultats à la hauteur des espé-rances.” Une fois intégré, le modèle devol doit encore passer par différentsbancs d’essais. 6 à 9 mois avant le tir,les essais de vide thermique permettentde le tester en simulant au mieux l’étatde température et de vide qu’il subiraen orbite, tandis que les essais méca-niques de vibrations et de chocs ser-vent à vérifier sa bonne tenue lors dulancement et de la séparation. A l’issuede ces essais d’environnement, aucunemodification matérielle importante dumodèle de vol n’est en principe autori-sée, et une dernière série de tests deperformances permettra de conclure àson aptitude au vol, à environ J - 3 mois.Comme le précise Vincent Dubourg,“En principe, les architectes ont conçuleur système avec suffisamment demarge pour garantir la performancerequise.” Vient enfin l’expédition vers labase de lancement, et là-bas, la derniè-

Déméter en cours de test dans la salle anéchoïque

d'Intespace. © CNES/E. Grimault.

L’assemblage, l’intégration et les essais des véhicules spatiaux exigent un environnementparticulièrement surveillé. Pour ne pas embarquer en orbite des composés, particules,condensations ou dépôts risquant de dégrader les appareils et donc leurs mesures, il estnécessaire de respecter des consignes draconiennes. Ainsi, des salles spécifiques sontconstruites et entretenues de manière à éviter trois sortes de contamination susceptiblesde compromettre le fonctionnement des équipements de vol orbital :

- la contamination particulaire ou la présence de poussière, combattue par le port deblouses, charlottes et surchausses pour les opérateurs des satellites ou charges utilesn’ayant pas de grande sensibilité à la pollution. Le port de combinaisons intégrales avecmasques et gants, sous une tente à flux laminaire ou à mur soufflant peut être envisagédans le cas de matériel particulièrement sensible comme les optiques des caméras deCorot ;

- la contamination moléculaire : issue de la condensation de certains gaz ou du dépôt decertains liquides sur les optiques (dégazage des PVC, produits solvants volatiles typealcools…) qui peuvent jaunir au contact ces rayons solaires et obscurcir les optiques ;

- la contamination biologique : à l’instar des centres hospitaliers, les opérateurs évitent lacontamination par des spores d’origine bactérienne. Ici, il s’agit de ne pas contaminer lessondes planétaires et prendre le risque de polluer l’atmosphère et la surface d’autres pla-nètes, comme Mars, avec des composants terrestres.

Salle blanche :un avant goût d'espace

13

De la théorie à la réalité

14

re série de tests appelés “tests debonne santé” au cours de laquelle lestechniciens réalisent des examens trèsciblés, la vérification des éventuellesconséquences du transport terrestre surle matériel de vol...

L’équipe d’intégration et les architectesindispensables (thermique, propulsion,électrique) sont présents jusqu’à l'airede lancement. Parmi les dernières opé-rations menées conjointement, oncompte par exemple la charge de labatterie, réalisée par les intégrateurs etvalidée par l’architecte “électrique”. Unemanipulation capitale qui doit permettreà la batterie de fonctionner jusqu’à ceque le satellite puisse effectuer le poin-tage du Soleil et s’orienter pour serecharger via ses panneaux solaires.

5, 4, 3, 2, 1…Mais avant de retrouver le Soleil, il fautprocéder au lancement. C’est le rôle desopérations satellite, dont l’équipe res-ponsable du segment sol mène uncompte à rebours en parallèle avecl’équipe lanceur et l’équipe satellite, jus-qu’au “vert”, le signal donné pour le lan-cement. “L’attente est difficile, les cré-neaux de tir limités… Nous sommesdépendants de problèmes techniquesde dernière minute, de mauvaises condi-tions météorologiques, de grève despersonnels - c’est arrivé chez Boeing au

moment du lancement de Calipso !”explique Christian Pouliquen (Voirphoto). Et le moindre problème peutretarder le tir de plusieurs semaines :“Le lanceur ne peut rester chargé d’er-gols trop longtemps pour cause de cor-rosion et de dangerosité... Deux, troisjours d’attente et il faut procéder à savidange et à sa remise en état...”

Fin mai 2004, le satellite est fin prêt.Déméter quitte le sol français à bordd'un Antonov de la société ISCKosmotras. L'équipe de campagne, forted'une vingtaine de personnes, l'attenddéjà avec impatience. Habitée par unmélange subtil d'excitation, de stress etde joie, elle devra vérifier consciencieu-sement le fonctionnement du satellite,s'assurer que le transport ne l'a pasendommagé et le préparer pour le lan-cement. A l'issue d'une campagnemarathon de 5 semaines, il est enfinprêt pour un lancement le 29 juin 2004.

5, 4, 3, 2, 1... le lanceur quitte enfin laTerre. Que ce soit au moyen d’unefusée ou d’un ancien missile reconverti,comme pour la mission Déméter, lamise en orbite du satellite suit lesmêmes étapes. “La première opérationest la localisation du satellite pour véri-fier si le lanceur l’a placé sur l’orbiteprévue. Pour cela, nous disposons d’an-tennes au sol et des télémesures récu-pérées par l’équipe responsable du lan-ceur.” Dès que le contact avec le sols’est établi après la mise sous tensiondes fonctions de télémesure et de télé-commande. L’équipe en charge desopérations peut alors suivre sur lesécrans et intervenir, si nécessaire, surles actions exécutées de manière auto-nome par le satellite : déploiement dupanneau solaire, pointage du Soleil,contrôle d’attitude... “Toutes ces opéra-tions sont très critiques car le satellitedoit rapidement retrouver le Soleil avant

Pour éviter de polluer l’espace avec les restes de satellites en fin de vie, il est nécessai-re d’effectuer des manœuvres de désorbitation précises afin d’empêcher la multiplica-tion de débris en orbite. Les satellites placés en orbite basse sont ramenés le plus prèspossible de la Terre pour être désagrégés lentement par les frottements importants endessous de 600 km. Les petits débris générés, morceaux de composites, rentrent alorssur Terre sans danger. Pour l’orbite géostationnaire, place dédiée aux satellites de télé-communication, une réorbitation est prévue 300 km plus haut. On parle alors de réorbi-tation. Pour ce faire, la plupart des opérateurs réservent une quantité d’ergol suffisante.Mais en l’absence de police de l’espace, ce code de bonne conduite n’est pas appliquépar tous et certains opérateurs, commerciaux pour la plupart, hésitent à “gaspiller” desergols pour la désorbitation, abandonnent purement et simplement leurs satellites surplace. Les orbites restent donc polluées par de petits débris, voire des satellites entiers,qu’il faut savoir repérer et éviter. À ce jour, seul le NORAD (NDLR, North AmericanAerospace Defense Command, organisme américain et canadien chargé notamment dela surveillance des débris spatiaux sur orbite) est capable d’exercer ce genre de sur-veillance. Mais - sécurité militaire oblige -, les comptes rendus qu’il partage ne sont pasexhaustifs...

La désorbitation :une manœuvre responsable

La batterie des tests "infligés" aux

satellites comprend notamment

celui de déploiement des

générateurs solaires. Présenté ici

pour le satellite Corot, ce test

consiste en une répétition sous

surveillance de la séquence de

déploiement autonome.

© Alcatel Space/J.-L. Bazille.

Christian Pouliquen- Chargé de

mission conduite des études sur

opérations satellites - CNES.

d’avoir épuisé ses réserves en éner-gie…” Une fois la plateforme configurée,il faut alors passer à la charge utile : soncalculateur est mis en route et les appen-dices des antennes se déploient grâce àdes dispositifs pyrotechniques. “Ensuitenous testons alors toutes les fonctionsdu satellite et du segment sol” ajouteChristian Pouliquen qui reconnaît que lelancement est un moment stressantmais riche en émotions et “l’aboutisse-ment de plusieurs années de travailpour l’ensemble des équipes. Qu'elles soient ingénieurs, scientifiquesou administratifs, des centaines de per-sonnes attendent ce moment depuis

près de 10 ans. C'est l'instant crucialou le lanceur s'élève dans le ciel enemportant celui qui focalise toutesles attentions. L'équipe qui assurerabientôt la mise à poste en est auxderniers préparatifs. Elle entrera enscène dans quelques minutes, dès lalibération du satellite, pour acheversa satellisation et débuter enfin sonexploitation.

Le responsable de programme participe à l’éva-luation du projet scientifique. “Sorte d’avocat, ilplaide l’intérêt pour le CNES d’élire tel ou tel pro-jet car les budgets ne permettent pas de lessuivre tous. Pour Jean-Yves Prado “la patienceapparaît comme une qualité nécessaire au res-ponsable de programme, il faut être sinon obs-tiné du moins persévérant. Car il s’écoule faci-lement six à sept années entre l’idée, lespropositions préliminaires et le vol d’un projetspatial. Cela dépend du degré d’enthousiasmede la communauté scientifique, des difficultéstechniques et des collaborations...”. Difficile d’al-ler plus vite lorsqu’on sait que chaque satelliteest plus ou moins un prototype, sauf pour lesmicrosatellites basés sur des plates-formes sem-blables. “À la différence du chef de projet, le res-ponsable de programme est sur plusieurs mis-sions à la fois. Parfois elles se complètent,parfoiselle se confrontent !” explique Pascale Ultre-Guérard,qui ajoute “la vie d’une mission est unesuccession de compromis, nous sommes desmédiateurs chargés d’assurer la cohérence duprojet. Si ça n’est pas simple, cela reste stimu-lant car les deux communautés cherchent à don-ner le meilleur d'elles-mêmes,motivées par l’ob-jectif de réaliser une belle mission !”Le responsable de programme est aussi présenten phase d’exploitation pour observer le traite-ment des données. “Il ne participe pas à leurpublication en tant que chercheur mais accom-pagne la communauté scientifique en s’assurantdes ressources nécessaires à la diffusion desrésultats.” précise Pascale Ultre-Guérard. “Leretour d’expérience d’un projet est important : cesont les innovations qui l’accompagnent, l’amé-lioration des connaissances qui en résulte...”ajou-te Jean-Yves Prado. Tous deux ont conscienceque la réussite d’un projet permet l’améliorationde nos connaissances (climat,Terre profonde...)et donc un pas en avant pour l’humanité. Mêmes’ils reconnaissent qu'il faut souvent un peu derecul et de temps pour qu'apparaissent les avan-cées scientifiques significatives...

Responsablede programme,tout à la foisavocat et médiateur

La salle anéchoïque du CNES

aussi appelée Base compacte

de mesure d'antenne est un

dispositif permettant de tester

les performances électroma-

gnétiques des satellites.

L'écran présenté sur la photo

est un réflecteur d'onde radio.

© CNES/E. Grimault.

15

De la théorie à la réalité

Mission scientifique

16

Après le lancement,les opérationscontinuent…

Une fois lancé et jusqu’à la fin de larecette en vol, le satellite reste sous laresponsabilité de l’équipe de dévelop-pement. “Nous sommes là jusqu’auxtests de performance réalisés pendantla phase dite de “recette en vol” d’unedurée de 15 jours à 3 mois.” expliqueThibéry Cussac. Si les performancess’avèrent satisfaisantes, alors le satelliteest confié à l’équipe d’exploitation.L’équipe de développement n’intervien-dra plus sauf en cas d’anomalie.

Florence Duchevet (Voir photo) préciseque “l’équipe d’exploitation est entréeen scène de longs mois avant cettepassation de relais et travaille en parte-nariat dès la phase de définitiondétaillée de la mission. “Nous suivonsles processus et travaillons particulière-ment sur la définition des logiciels pourle sol, sur la définition des procéduresopérationnelles de commande/contrôledu satellite qui seront utilisées tous lesjours en opération (en routine et en casd’anomalie), nous effectuons la qualifi-cation opérationnelle du système. Nous

précisons aussi les contraintes d’exploi-tation comme par exemple calculer l’or-bite du satellite et son heure locale desurvol pour privilégier les passages dejour et donc le travail des équipes enheures ouvrées.” C’est le cas pour lesmicrosatellites dont les opérations sontautomatisées et qui nécessitent la pré-sence d’un opérateur uniquement lesjours ouvrés, condition d’une exploita-tion la moins coûteuse possible. En cesens, le concept d’opérations doit êtrepensé pour donner le plus d’autonomiepossible au satellite et éviter de sur-charger les opérations sur le satellitecomme des téléchargements quoti-diens. Dans le cas de Déméter, le gui-dage, la programmation du vidage desdonnées missions (la partie applicative)

La filière Myriade a enthousiasmé les scientifiques par sa conception surmesure, parfaitement adaptée aux besoins de leur projet. Déméter est àprésent sur orbite. Il s’agit maintenant de mettre en fonctionnement la charge utile afin de récupérer les données puis de les diffuser au sein de lacommunauté scientifique.

Déméter a été satellisé à

l'aide d'un lanceur Dniepr,

particulièrement indiqué pour

les charges utiles de faible

masse. Pour les satellites plus

imposants, l'Europe utilise le

lanceur lourd Ariane, capable

de satelliser 20 t sur orbite

basse. 1 350 personnes (dont

plus de 250 au CNES) vivent

au rythme des lancements

Ariane 5 au Centre spatial

guyanais. Elles assurent

notamment la préparation de

la charge utile et du lanceur

et les opérations lancement

elles-mêmes.

© ESA/S. Corvaja.

avant to

Florence Duchevet - Chef de

mission exploitation - CNES.

out !

L'intégration au lanceur est le

dernier contact entre les

hommes et le satellite. Sur cette

photo, le satellite Spainsat est

fixé sur le système de lancement

d'Ariane 5 à l'occasion du vol du

11 mars 2006.

© CNES/ESA/Arianespace/CSG

Service Optique.

17

18

et le maintien à poste sont assuréschaque lundi et jeudi.

Ainsi, deux fois par semaine, l’équiped’exploitation télécharge les com-mandes d’attitude du satellite et lesplans de programmation des émetteurs.Pour des raisons évidentes d’économied’énergie notamment sur des microsa-tellites et pour respecter la réglementa-tion, les émetteurs ne fonctionnent pasen permanence. Il faut donc program-mer à l’avance la mise sous tension desémetteurs pour chaque passage dusatellite au-dessus des antennes, cesdernières étant réservées selon un plan-ning propre à chaque mission.

Le CNES est également chargé du télé-chargement de la programmation relati-ve à la mission scientifique.En amont de la conception de la mission,

les formats de télécommande et de télé-mesure ont été unifiés pour tous lesmicrosatellites. “Un petit challenge dontle but était d’optimiser les équipementsdu segment sol. Ainsi, même si les satel-lites de Myriade diffèrent, l’homogénéitédes formats permet d’utiliser les mêmeslogiciels sol pour la commande/contrôleet de réduire ainsi l’effort de qualificationet les coûts d’exploitation des missions.”Se réjouit Florence Duchevet. Un travaild’homogénéisation entrepris dès laconception de Déméter et négocié avecles spécialistes de la plateforme et donttous les satellites de la filière bénéficientaujourd’hui. “Cela fonctionne même avecd'autres filières comme avec les satellitesProtéus !” ajoute Florence Duchevet.

Seules les télémesures qui informentsur l’état du satellite sont traitées auCNES, soit en direct, soit après le pas-

sage du satellite. Les autres mesures,collectées par les instruments scienti-fiques ne sont pas stockées au CNESmais mises à disposition des centres demissions (laboratoires) sur un serveur.Les principaux paramètres sont contrô-lés avec des marges de variations,déterminées en amont avec les expertsde la plateforme et de la charge utile.“Nous communiquons beaucoup avecles experts de la conception du satellite,ils apportent leur expertise en casd’anomalie.” ajoute Florence Duchevet.

Responsable des opérations deDéméter, Florence Duchevet est déjàen contact avec les scientifiques de lamission Picard. “Les missions microsa-tellite ont la particularité d’être d’unedurée assez courte, il est donc fréquentde travailler sur une mission en exploi-tation et une mission future, voire sur

Les salles de contrôle permettent

notamment d'effectuer les opéra-

tions de mise à poste d'un satellite.

Dans le cas de Calipso, suivi dans

la salle de contrôle principale du

Centre spatial de Toulouse, cette

opération a duré 40 jours, jusqu'à

l'obtention de l'orbite définitive.

© CNES/P. Guionie.

deux missions en exploitation à la fois sil’une d’elles est en fin de vie.” Expliquet’elle. Les contacts entre l’équipe d’ex-ploitation et les autres partenaires de lamission sont réguliers : “Toutes lessemaines, le Groupe de CoordinationOpérationnel (GCO) est en contact télé-phonique avec le représentant du res-ponsable scientifique au centre de mis-sion. On évoque le déroulement de lamission, les données mission (qu’onn’exploite pas au CNES) en discutant leséventuelles anomalies de transfert detélémesure et on planifie en détail lesopérations exceptionnelles comme leschangements de calendrier pour lestéléchargements (par exemple à caused’un jour férié). On fait aussi le bilan desanomalies et des alarmes du satellite. Eton prévoit les opérations à venir.”

Tous les mois, les ingénieurs satellite del’exploitation font aussi le bilan de l’étatdu satellite sous la forme d’un compterendu et une revue d’exploitationannuelle réunit les ingénieurs des opé-rations, ceux de la conception, et lesscientifiques, tous métiers confondus.On y fait le bilan de l’année sur l’en-semble du système et on prend desdécisions concernant la suite de la mis-sion.” Un dispositif qui peut être com-plété par des réunions exceptionnellesdu GCO en cas de problèmes commele passage en survie du satellite."

Loin de se résumer aux phases de lan-cement, l’activité du centre opération-nel est permanente. “Il faut travailler surles dossiers (mises à jour, instructionsd’amélioration, prise en compte desretours d’expérience…) et rester dispo-nible en cas d’anomalies. Nousaccueillons aussi les visiteurs, commeles partenaires travaillant sur des pro-jets semblables ou les délégationsétrangères. Bien sûr, les phases de lan-cement et leurs répétitions grandeurnature sont des moments très excitants.Mais le plus passionnant, c’est la récep-tion des premières télémesures car ils’agit du premier dialogue avec le satel-lite et surtout du premier instant oùnous intervenons directement sur lesatellite!”. Le service exploitationaccompagne les satellites durant toute

leur utilisation et jusqu’à leur désorbita-tion. “Lorsque le satellite arrive en fin devie, il faut prévoir sa désorbitation plu-sieurs mois à l’avance pour monter ledossier avec les experts. Nous calculonspar exemple l’orbite ou le plan d’éva-

cuation des fluides (ergols) du satellitepour ne pas polluer.” Des événementsque le service exploitation vit avec exci-tation à chaque nouveau satellite !

19

Le quicklook est un document de travail utilisé quotidiennement par le scientifiques.Il permet de vérifier rapidement si l’expérience embarquée fonctionne et surtout derepérer les phénomènes remarquables. Ainsi, l’utilisateur n’a plus qu’à interrogerla base de données en haute résolution à l’endroit correspondant. Un gain de tempsappréciable !

Quicklook, c'est quoi ?

Les stations de réception telle

que celle d'ISSUS-Aussaguel,

implantée dans les environs de

Toulouse, assurent la communi-

cation entre les équipes au sol

et le satellite et sont chargées

de contrôler la trajectoire ou de

récupérer les données de ce

dernier. © CNES/ E. Grimault.

Mission scientifique avant tout !

20

Objectif sciences !

Dès la conception d’un projet, leséquipes des laboratoires imaginent lamise en œuvre des expériences. “Il fautdéfinir les plages de fonctionnement, lapuissance nécessaire, organiser le trai-tement des données (réception, traite-ment, archivage, mise à disposition...)”explique Michel Parrot. Pendant laphase de qualification, une premièresérie de données factices est générée.Dépouillées, elles permettent de testerles équipements et de vérifier le fonc-tionnement des équipements. Dans le cas de Déméter, les donnéessont reçues à Toulouse et envoyées 2fois par 24 heures à Orléans où ellessont traitées par processus automatique.“Notre laboratoire n’était pas expéri-menté pour faire fonctionner un centrede mission et en gérer les contraintesd’accès, de sécurité... Nous avons doncorganisé un appel d’offre pour recruterun industriel qualifié. Celui-ci a réalisé lastructure d’accueil et définit les diffé-rentes tâches tandis que le LPCE instal-lait les logiciels pour chaque étape.”Le centre de mission assure de nom-breuses tâches :il surveille si les expériences fonction-nent correctement en confiant l’évalua-tion de leur consommation et de leurtension à une alarme automatique ;il archive les données, effectue une pré-visualisation de celles-ci pour vérifier etle cas échéant modifier les modes defonctionnement ; il transforme les données brutes (entierstélémesures) en grandeurs physiquesqu’il met à disposition des scientifiquesdu monde entier sur Internet. Seules leshautes résolutions sont accessibles auxexpérimentateurs partenaires et aux“guest investigators”, les utilisateurs pri-vilégiés. Ces derniers sont retenus surappel d’offre selon l’utilisation qu’ils pré-voient de faire des données où ce qu’ilsapportent en échange (idées de traite-ment, équipements de mesures ausol...). “L’utilisation sur mesure des don-nées est un succès. Les utilisateurs peu-vent sélectionner un moment donné,une position précise comme la latitudeet la longitude d’un équipement au sol

pour en comparer les mesures ou enco-re choisir les données par type de séis-me (position, profondeur, magnitude)…”40 guest investigators bénéficientactuellement des données de Déméter,d’autres font acte de candidature et lorsdu workshop organisé à Toulouse enavril 2006, pas moins de 120 partici-pants issus de 27 pays étaient présents.La dernière tâche confiée au centre de mis-sion est l’envoi bi-hebdomadaire au satelli-te de la programmation des expériences. Ils’agit notamment de décider des change-ments de mode, “burst” (ou alerte) au-dessus des zones sismiques et “survey”(mode de suivi standard) ailleurs (voir Cahierde l'espace n°7 “Déméter, à l'écoute desséismes”). “Nous devons rester raisonnablesdans notre consommation en mode “burst”au risque de saturer trop rapidement lamémoire. C’est pourquoi un programmed’optimisation automatique gère l’alternan-ce des modes en fonction des phases devisibilité au-dessus de Toulouse.”Pour Michel Parrot, chercheur au CNRSdepuis 1975, les microsatellites sontune réussite et une aubaine pour lesscientifiques. “Ils facilitent la concrétisa-tion de nos besoins, bien plus que surles grands projets. Nous sommes telle-ment satisfaits de l’expérience Déméterque notre laboratoire s’est à nouveauporté candidat pour Taranis !” (NDLR,Taranis est un projet dont le but estl'étude du couplage entre atmosphère,ionosphère et magnétosphère).Lancé en 2004, Déméter a aujourd’huiramené suffisamment de données pourcommencer les premières statistiques.“C’est passionnant : un satellite conçupour nous, avec un objectif scientifiqueauquel on aspirait depuis des années...Tout est fait pour nous permettre de tra-vailler au mieux. J’ai commencé àpublier en 1984 sur les perturbationsélectromagnétiques liées aux séismes.Avec les statistiques que Déméter vapermettre de générer, on pense pouvoirapporter les premières réponses d’ici 1ou 2 ans sur ce sujet passionnant...”poursuit Michel Parrot, relayé parPascale Ultre-Guérard.

“Déméter a créé une émulation dans lacommunauté scientifique du mondeentier. Nous nous réjouissons de partici-

per aux colloques et de lire les publica-tions scientifiques présentant les résul-tats. C’est un aboutissement et déjà unesatisfaction même s’il faut des sériestemporelles assez longues et nombre devérifications et de tests pour avoir desrésultats tangibles. Heureusement, lamission est prolongée au moins l'été2008 et nous pourrons alors comptersur de solides résultats !”.

2400 personnes, dont 35 % de femmes,travaillent au CNES. Quatre sitesaccueillent les équipes, composées essen-tiellement d’ingénieurs et de cadres :- Paris où la politique spatiale de la Franceau sein de l’Europe est proposée puis miseen œuvre et les programmes prioritairesdéfinis.- Évry qui assure le développement deslanceurs et travaille sur les nouvelles géné-rations de lanceurs et de systèmes de pro-pulsion.- Toulouse qui développe, en partenariatavec des industriels et des laboratoiresscientifiques, des systèmes spatiaux com-plets, depuis la conception des satellites etde leurs instruments, jusqu’à leur exploita-tion en orbite.- Kourou, avec le Centre spatial guyanais,port spatial de l’Europe d’où sont envoyésles lanceurs Ariane et bientôt Soyouz ouVéga.On compte aujourd'hui une soixantaine deprojets en cours de développement ou enexploitation, auxquels l'établissement parti-cipe, dans le cadre du programme national,européen ou en collaboration internationale.Ils intéressent le domaine des lanceurs, desapplications grand public, des applicationpour le développement durable, de la scien-ce et de la Station spatiale internationale. Acela, il faut également ajouter la gestion desCentres de données et des moyens d'expé-rimentation, tels que le Cadmos (Centred'Aide au Développement des activités enMicro-pesanteur et des OpérationsSpatiales) et les vols paraboliques.

Le CNES,terred'espace

Mission scientifique avant tout !

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Image quicklook des données de Déméter pour la date du 5 avril 2005. La durée représentée couvre 35 min.

Les cadres représentent les données des instruments accompagnées des paramètres orbitaux du satellite.

Ces données sont dites de niveau 0. Elles sont exploitables pour réaliser un travail de recherche.

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DES LIVRES

DES SITES INTERNETCNES

www.cnes.fr Site général du CNESwww.cnes-edu.fr Site jeunesse du CNEScnes-tv.com Site vidéo du CNESsmsc.cnes.fr Missions scientifiques du CNES

Les revues utiles

www.cieletespace.com Ciel et espacewww.espace-magazine.fr Espace Magazinewww.larecherche.fr La Recherchewww.pourlascience.com Pour la science

Des sites pédagogiques

www.educnet.education.fr/Education nationale

www.cite-sciences.frCité des sciences et de l’industrie

www.planete-sciences.org Planète sciences

Des ouvrages généraux

La conception de systèmes spatiaux,Serge Potteck, éd.du Schèmectif, 1999, 2001(www.schemectif.net/ConceptionNaissance de l'industrie spatiale française,éd. IFHE, 2002L’espace, nouveau territoire.Atlas des satellites et des politiques spatiales,éd. Belin, 2002La seconde chance d'Icare,J. Arnould, éd. Cerf, 2001Le jardin de l'espace,Violette Le Quéré-Cady, coéd.INRA-CNES-Météo France, 2006Les satellites, à quoi ça sert ?,TDC n°895, éd. Scérén, mai 2005L'espace le grand défi,Ouvrage collectif, Coll. Big Bang,coéd. Hachette, 2004

Ouvrages disponibles auprès de

la Direction de la Communication

externe de l'éducation et des

affaires publiques du CNES

CnesMag, magazine d'information du CNESLivret des programmes du CNES 2007Le CNES en 7 questionsRapport d'activité du CNES

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GLOSSAIRE

GL

OS

SA

IRE

Charge utile : fret (satellite, élément de station, sonde, capsule) transporté par un véhicule spatial devantassurer une mission. Sur un satellite, la charge utile est l'ensemble de l'instrumentation scientifique.

Compatibilité électromagnétique : afin de s'assurer de leur fonctionnement optimal, les instrumentsinstallés sur un satellite ne doivent pas générer d’‘interférences électromagnétiques pouvant brouiller leursacquisitions respectives. Leur compatibilité est donc testée avant le lancement.

Contrôle d'attitude et d'orbite : système permettant de piloter l'orientation et la vitesse d'un satellite.Les dispositifs les plus fréquents utilisent des roues à réactions pour contrôler l'attitude et des moteurs àjets de gaz pour ajuster l'orbite.

Dispositif pyrotechnique : actionneur fonctionnant sur le principe de la pyrotechnie. Les boulons ditsexplosifs ou les câbles pyrotechniques permettent par exemple le déploiement d'instruments tels que lespanneaux solaires.

Dnepr : missile soviétique SS-18 reconverti en lanceur spatial. Sa hauteur de 34 m et sa masse au décol-lage de 211 t lui permettent d'emporter jusqu'à 3,5 t en orbite basse.

Maintien à poste : ensemble des manœuvres nécessaires pour qu’un satellite conserve une orbitedéterminée, en dépit des forces perturbatrices. Le maintien à poste est réalisé par le centre de contrôlede la mission, lorsque le satellite est en visibilité des stations de suivi.

Maître d'œuvre : responsable technique de la réalisation d'un projet, pour le compte et sous lasurveillance du maître d’ouvrage. Le maître d'œuvre peut être un industriel ou un laboratoire de recherche.

Maître d'ouvrage : responsable du développement d'une mission et de son programme. Il s’entoure destructures qualifiées (sociétés industrielles ou laboratoires de recherche) et confie la réalisation du projetau maître d’œuvre.

Mise à poste : ensemble des manœuvres permettant de placer un satellite artificiel sur son orbitedéfinitive. La mise à poste intervient après la mise sur orbite. La trajectoire et la position du satellite sontajustées. Le satellite est ensuite progressivement mis en fonction.

Orbite (circulaire/elliptique/héliocentrique/inertielle/polaire) : trajectoire suivie par un engin spa-tial, par exemple autour de la Terre. En fonction de la vitesse et de l'altitude, une orbite peut être circulaireou elliptique, héliocentrique lorsque le satellite passe au-dessus d'un lieu toujours à la même heure solaire,inertielle lorsque son plan reste fixe par rapport aux étoiles, ou polaire lorsque son plan passe par les pôles.

Plateforme : partie du satellite assurant les servitudes. La plateforme fournie l'énergie électrique, lecontrôle d'attitude et les moyens de communication de la charge utile avec le sol.

Principal investigateur (PI) : responsable et coordinateur scientifique d'une expérience. Dans le casd'une mission spatiale, le PI est responsable du développement de tout ou partie de la charge utile, puis del'exploitation des données.

Roues à réaction : dispositif mécanique permettant d'opérer la stabilisation et le contrôle de l'attitude dusatellite. Un contrôle sur 3 axes se fait grâce à des roues mises en rotation selon des axes perpendicu-laires.

Salle ou chambre anéchoïque : salle permettant de tester les antennes et la compatibilité électroma-gnétique des éléments d'un satellite. Les murs sont garnis d'un revêtement en mousse de carboneabsorbant le rayonnement électromagnétique.

Satellite (naturel/artificiel) : objet en orbite autour d'un astre. La Lune est le satellite naturel de laTerre. La Station spatiale internationale est un satellite artificiel (construit par l'Homme) de la Terre.

Segment sol : installations et moyens au sol mis en œuvre pour la réception, le traitement et la distribution des données ainsi que pour assurer la commande et le contrôle du satellite.

Segment spatial : le satellite constitue le segment spatial d'une mission spatiale.

Les Cahiers de l'espace sont des documents de référence sur les scienceset applications spatiales. Ils offrent un contenu riche et vulgarisé sur lesthèmes développés. Il sont réalisés par le service Culture spatiale et diffusésgratuitement aux participants des Mercredis de l'espace (formations pourenseignants) ou sur simple demande, après inscription auprès du serviceCulture spatiale. Tous les Cahiers de l'espace sont également téléchar-geables sur notre site Internet www.cnes-edu.fr (espace enseignants -rubrique formations et conférences).Dans la même collection : N°1 : Ailleurs… la vie ! Possible ou probable ? (Septembre 2002)N°2 : Comètes… Un rêve plus loin ! De Rosetta à nos origines (Janvier 2003)N°3 : Spot 5 et Météosat : des yeux en orbite (Février 2003)N°4 : Quitter la Terre demain. Lanceurs et propulsion du futur (Octobre 2003)N°5 : Expéditions interplanétaires. La quête des origines (Décembre 2003)N°6 : L'Homme extraterrestre (Janvier 2004)N°7 : Déméter : à l'écoute des séismes (Décembre 2004)N°8 : L'échiquier spatial : l'espace dans le monde de demain (Septembre 2005)N°9 : Danse avec les nuages : l'espace au service de la climatologie (Novembre2005)

Pour participer aux Mercredis de l'espace :

La Cité de l’espace (située au bord de la rocade est de Toulouse - sortien° 17) constitue le complément idéal à ces conférences. Les enseignantsintéressés peuvent profiter de leur venue à Toulouse pour participer, lemercredi matin, à une visite gratuite de la Cité de l'espace. Renseignementsauprès du service éducatif de la Cité de l'espace (Tel. 05 62 71 56 12).

Le service Culture spatiale du CNES donne à tous les enseignants (del’école au lycée), la possibilité de se former aux techniques spatiales et àl'utilisation des outils expérimentaux.

Pour toute information, contactez-nous : CNES, service Culture spatiale,18, av. Edouard Belin, 31401 Toulouse Cedex 9Tél. 05 61 27 31 14 ou education.jeunesse@cnes.fr

Pour retrouver les Cahiers de l'espace et toutes les activitéséducatives proposées ou soutenues par le CNES, visitez le siteInternet jeunesse du CNES : www.cnes-edu.fr

Organisation des conférences :Sébastien Rouquette(service Culture spatiale, CNES),

Comité de rédaction des Cahiers de l'espace :Natacha Fradin, Journaliste,Sébastien Rouquette,Anne Serfass-Denis(service Culture spatiale, CNES),

Comité de relecture :Thibéry Cussac (CNES)Vincent Dubourg (CNES)Florence Duchevet (CNES)Claude Escande (CNES)Pascale Moro (CNES)Michel Parrot (CNRS)Christian Pouliquen (CNES)Jean-Yves Prado (CNES)Anne Serfass-Denis, (CNES)Pascale Ultré-Guérard (CNES)

Une production de la Direction de laCommunication externe, de l’Educationet des Affaires publiques, serviceCulture spatiale avec le soutien de :

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