Les produits Supelco® dans l'espace
Avec Voyager 1, au-delà des frontières du système solaire
Depuis plus de 40 ans, la première génération de tamis moléculaire de carbone Carbosieve aide à recueillir des données scientifiques à bord des sondes Voyager. Le premier "astronaute" de l'offre Supelco® a jeté les bases de nombreux autres développements et innovations dans l'entreprise.
Une des sondes spatiales Voyager - (Crédit photo : NASA)
Lorsque les sondes de Voyager 1 ont déclenché l'alarme, l'excitation au sein du Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena en Californie, était palpable : la sonde spatiale n'avait pas transmis de signal inattendu depuis des années. Puis, le 25 août 2012, le nombre de particules de vent solaire mesuré a soudainement chuté d'un facteur 1 000, tandis que la concentration de particules interstellaires provenant des rayons cosmiques augmentait de près de 10 %. Voyager 1 venait manifestement de franchir la frontière de notre système solaire, également appelée héliopause.
Aucun autre objet fabriqué par l'homme n'avait jamais voyagé aussi loin de la Terre. Un moment historique. Mais pas seulement pour la NASA. La sonde spatiale transporte également un produit conçu par l'équipe Supelco® de Bellefonte en Pennsylvanie. "Nous sommes très fiers que notre Carbosieve fonctionne encore parfaitement", déclare William "Bill" R. Betz, Chef du groupe Particle Design au sein de l'entreprise de sciences et technologies Merck.
Le tamis moléculaire de carbone fonctionne depuis plus de 40 ans
Image au microscope du Carbosieve de Voyager
Mis au point au début des années 1970, le tamis moléculaire à base de carbone spécial joue encore un rôle crucial aujourd'hui, plus de 40 ans après le lancement de Voyager 1, en fournissant des données scientifiques qui aident à élargir notre vision du système solaire et à satisfaire une curiosité inhérente à l'homme. La première génération de la série Carbosieve a également ouvert la voie à une multitude d'innovations dans le domaine des adsorbants à base de carbone au sein de la gamme Supelco®.
Aujourd'hui, les matériaux high-tech issus de la série Carbosieve originale sont utilisés comme milieux de collecte dans des débitmètres ou pour améliorer l'efficacité de garnissages dans des équipements d'extraction en phase solide, des systèmes de type "Purge & Trap" et des colonnes de chromatographie en phase gazeuse. Les descendants actuels du passager de Voyager purifient également des gaz et des liquides et séparent des composés synthétisés de mélanges réactionnels.
Les Carbosieve d'origine effectuaient des tâches similaires. Cependant, par rapport à l'état actuel des connaissances, ils étaient moins sélectifs, avaient une moins bonne cinétique et ne permettaient souvent que l'adhérence de molécules relatives grosses, telles que l'oxygène, l'azote ou le dioxyde de carbone, sur leurs surfaces.
La recherche d'un adsorbant pour les molécules extrêmement petites
Pour la sonde Voyager 1 et sa sœur Voyager 2, la NASA recherchait un adsorbant qui fonctionnerait aussi efficacement que possible pour les molécules particulièrement petites. Les scientifiques étaient surtout intéressés par l'hydrogène et ses isotopes deutérium et tritium, ainsi que par l'hélium et l'isotope lithium-7 : éléments formés au moment du Big Bang. Voyager devait permettre, entre autres, de mesurer les ratios des isotopes de l'hydrogène pour tester la théorie du Big Bang, qui avait été avancée en 1966.
Il était clair pour les chercheurs que ces minuscules billes de polymère revêtues de carbone, utilisées pour ces mesures et pour d'autres lors de missions spatiales précédentes, n'étaient pas suffisantes. Puisqu'a cette époque l'offre Supelco® s'était déjà fait un nom dans le développement de matériaux d'adsorption, la NASA a contacté Bellefonte. La NASA voulait savoir s'il existerait des adsorbants capables de fonctionner avec de telles molécules tout en étant suffisamment stables pour supporter les forces de vibration générées lors du lancement de la fusée Titan Centaur.
Puis soudain, la NASA appela...
Les gens racontent encore des histoires à propos de cet appel et des visages stupéfaits de leurs collègues au siège, déclare M. Betz. Évidemment, l'équipe Supelco® a assuré. Son Carbosieve avait à l'époque une dimension de pores moyenne minuscule de 0,7 nanomètres, il était donc capable d'adsorber des petites molécules. De plus, les particules du tamis moléculaire de carbone étaient d'une grande pureté, ultra résistantes et ne montraient aucun signe de vieillissement : "L'adsorbant supportait des pressions énormes supérieures à 1100 bar sans aucun dommage", indique M. Betz.
Cela signifie que, théoriquement, il aurait pu être utilisé au fond de la Fosse des Mariannes d'une profondeur de 11 000 mètres. Ce fût le premier signe que la NASA était sur la bonne voie avec Carbosieve (après tout, des conditions hostiles similaires existent en eau profonde et dans l'espace). L'agence spatiale a acheté cinq grammes de l'adsorbant et a commencé ses tests. "Ce n'était pas vraiment une commande importante", déclare William Betz en riant. "Mais la récompense de soutenir la NASA dans l'exploration de l'espace était beaucoup plus précieuse pour nous de toute façon".
Des informations importantes sur la composition chimique de notre système solaire
Comme nous le savons aujourd'hui, les sondes Voyager 1 et 2 ont effectivement fait sensation parmi les scientifiques : elles ont découvert 22 lunes, trois autour de chacune des planètes Jupiter et Saturne, dix autour d'Uranus et six autour de Neptune. Elles ont également découvert d'autres anneaux autour de Jupiter, Uranus et Neptune et, avec l'aide de Carbosieve comme milieu de collecte utilisé dans les spectromètres de masse des sondes spatiales, fourni des informations importantes sur la composition chimique de l'atmosphère des planètes. M. Betz se souvient encore des premières données sur les isotopes de l'hydrogène. "C'était excitant pour nous."
Pourtant cet expert Supelco® aurait préféré fournir à l'équipe de la NASA un tamis moléculaire de carbone personnalisé. Après tout, relever des défis scientifiques, dans un esprit de totale curiosité, et se creuser la tête dessus jusqu'à ce que les clients soient satisfaits était alors et demeure la spécialité du groupe Particle Design de Supelco®.
Le début d'une longue coopération
Je me contenterai de dire cela : ce n'était pas la dernière fois que la NASA composait le numéro de l'équipe Supelco®. Le groupe Particle Design a encore eu la chance de faire ses preuves. Mais c'est une autre histoire, qui concerne la nouvelle génération de carbones, appelés Carboxènes, sur la mission Cassini Huygens et sur la Station spatiale internationale (ISS). Entre temps, les deux sondes Voyager continuent assidûment à transmettre des données depuis l'espace interstellaire. On estime que nous maintiendrons le contact avec la sonde Voyager 2 qui vole un peu plus lentement jusqu'en 2025.
Tous les instruments scientifiques sauf un ou deux doivent être éteints pour être en mesure de continuer à mesurer des données jusqu'à cette date. Cela prolongera la vie des batteries atomiques à bord. Pour leur dernière mission, cependant, les deux sondes n'ont besoin ni d'un contact radio avec la Terre ni d'une batterie entièrement chargée. Chacune d'elles transporte un disque en cuivre plaqué or dans une enveloppe protectrice en aluminium. En plus d'une cartographie de notre système solaire, il contient des salutations, de la musique, des sons et des images de la Terre.
Nous ne saurons probablement jamais si les aliens ont aimé la chanson de Chuck Berry "Johnny B. Goode", qui figure sur le disque, ou même s'ils se sont émerveillés devant la poudre de Carbosieve avec ses pores d'une précision de quelques dixièmes de nanomètre : cela prendra plusieurs centaines de milliers d'années pour que les sondes atteignent un endroit où la vie est susceptible d'exister.
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