Étude de la dynamique des poussières lunaires et de leur impact sur les systèmes d'exploration

Study of lunar dust dynamic and of their impact on exploration systems

• Auteur / Autrice : Amandine Champlain
• Direction : Jean-François Roussel, Jean-Charles Matéo-Vélez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Photonique et systèmes optoélectroniques
• Date : Soutenance le 19/12/2016
• 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)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Office national d'études et recherches aérospatiales (Toulouse, Haute-Garonne). Département Environnement Spatial (DESP)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Pierre Boeuf
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christian Grisolia, Vincent Génot, Fabrice Cipriani
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Elena Seran, Jean-Luc Reboud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Conduction ionique

Machines électriques

Mots clés libres

Transport électrostatique

Charge

Poussières

Conductivité

Electrostatic transport

Charge

Dust

Conductivity

Résumé

L’exploration lunaire représente une part importante de l'activité des agences spatiales nationales. Les scientifiques se sont intéressés aux interactions de la surface lunaire avec le plasma environnant et les appareils envoyés sur place. Les observations ont mis en évidence la présence de régolithe, formant une épaisse couche de poussières à la surface, et il a été constaté que ces particules sont très abrasives et tranchantes. Elles représentent un risque matériel important pour les équipements envoyés sur la Lune et la nécessité de comprendre les origines de leur transport est incontournable pour le bon déroulement des futures missions. Le mouvement de ces poussières peut, entre autres, être issu de phénomènes électrostatiques, particulièrement présents aux frontières ombre/lumière. Les observations d'un nuage de poussières au-dessus de la surface lunaire en sont la preuve. Cependant, les mécanismes à l'origine de ce nuage sont peu connus. Il est donc nécessaire de comprendre les interactions entre les poussières et l'environnement lunaire afin de prévenir la pollution d'appareils se trouvant à la surface. L'objectif de la thèse est de comprendre et de modéliser la charge et le transport électrostatique des poussières aux interfaces ombre/lumière. Le dispositif DROP a été développé afin d'observer le transport électrostatique de poussières et permettre une compréhension physique de cette dynamique. Les tests effectués ont permis de dégager les paramètres les plus importants dans la dynamique des poussières. Ils ont également rendu possible l'adaptation d'un modèle numérique préexistant qui a été contraint afin de le rendre plus représentatif de la situation lunaire.

The lunar exploration represents a major part of all national space agencies activities. The scientists have studied the interactions of the lunar surface with the surrounding plasma but also with equipment sent on the lunar surface. Observations have shown the presence of regolith particles covering the surface of the Moon. This layer of dust grains can be several meters thick and these dust particles are very abrasive and adhesive. They are an important risk for equipment sent on the Moon. Thus, the understanding of the origins of dust grains transport is vital to successfully plan future missions. e lunar dust dynamics can be produced by electrostatic phenomena, especially at boundaries between shadowed and unlit regions. Observations of a dust Cloud above the lunar surface are evidence of this dynamic. However, the mechanisms causing this dust Cloud are unknown. It is thus necessary to understand the interactions between dust grains and the lunar environment in order to prevent the pollution of equipment on the lunar surface. The objective of this PhD thesis is the understanding and the modelling of dust particles charge and electrostatic transport near boundaries between shadow and light. An experimental device has been developed to observe dust grains electrostatic transport and to allow a physical understanding of this dynamic. The tests allowed to highlight the most important parameters in the behavior of dust particles. They also led to the adaptation of a numerical model pre-existing and enabled to constraint the parameters used in the model in order to make it more accurate.