Découverte des coulisses de la conception des nanosatellites dans les Yvelines

Publié le 19/12/2023

Le Laboratoire atmosphères, observations spatiales (Latmos) étudie l’atmosphère des planètes du système solaire. Implanté notamment à Guyancourt dans les Yvelines depuis sa création en 2009, le Latmos est intégré au sein de l’université Versailles Saint-Quentin (UVSQ). Cet institut de recherche a fait l’actualité ces dernières années grâce à l’envoi en orbite autour de la terre de deux nanosatellites pour étudier l’impact du réchauffement climatique. Philippe Keckhut, ancien directeur du Latmos, revient sur l’histoire de ce laboratoire, son évolution avec l’émergence de ces nanosatellites et son développement à travers des partenariats avec les acteurs du territoire des Yvelines.

Actu-Juridique : Quelles sont les activités qui vous préoccupent depuis 2009 ?

Philippe Keckhut : En tant que laboratoire de recherche, nous sommes précurseurs dans la recherche spatiale grâce à l’utilisation de fusées, déployées en collaboration avec le Centre national d’études spatiales (CNES). Nous avons travaillé intiment avec l’agence spatiale à partir de vecteurs tels que les fusées, les ballons, les avions et les satellites. Nous avons participé à développer des instruments sur diverses missions spatiales. Mais notre intérêt est guidé par l’étude de l’atmosphère au sens large par rapport à la Terre et aux autres planètes de notre système solaire. Nous avons participé aux développements d’expériences sur Venus, sur Mars et plus récemment nous avons travaillé sur des instruments pour une sonde envoyée sur Mercure. Nous développons également des instruments dans le cadre de l’Agence spatiale européenne (ESA). Les agences spatiales prennent en charge la logistique, la plateforme, le centre de contrôle-commande, le lancement et le financement. Une fois l’instrument décidé, nous travaillons à partir d’un cahier des charges.

AJ : Quelles relations entretenez-vous avec l’université Versailles Saint-Quentin (UVSQ) ?

Philippe Keckhut : Progressivement, le CNRS a souhaité disposer d’unités mixtes développées conjointement avec les universités en installant ses personnels dans les locaux des universités ainsi que les moyens de la recherche. Les universités hébergent donc les laboratoires et vont recruter également dans ces laboratoires des enseignants-chercheurs qui mènent des travaux de recherche avec leurs collègues du CNRS. Cela permet une certaine montée en puissance avec des nouveaux ingénieurs issus de l’université. Au Latmos, nous avons cette relation avec l’université Versailles Saint-Quentin (UVSQ) et Sorbonne université. Nous avons aujourd’hui autant de chercheurs du CNRS que d’enseignants-chercheurs. En 2010, nous nous sommes installés à Guyancourt dans un nouveau bâtiment avec des moyens de très haut niveau, dédiés à l’instrumentation et au spatial. Une période concomitante au moment où le CNES a lancé l’idée des microsatellites.

AJ : C’est ce qui est à l’origine des nanosatellites qui font la réputation de votre laboratoire aujourd’hui ?

Philippe Keckhut : Un satellite standard pèse souvent plusieurs tonnes. Le CNES avait lancé une réflexion pour développer des satellites de 50 à 100 kg dédiés à l’observation d’une variable. Ces instruments permettent d’aller plus vite et de réduire les coûts. La construction du bâtiment du Latmos est arrivée à ce moment-là. Une Plateforme d’intégration et de tests (PIT) a donc été développée pour permettre la construction de microsatellites à un rythme de tous les deux ans. Finalement, la poursuite de ce type d’instrument a été abandonnée. Avec les moyens dont nous disposions, les efforts de miniaturisation des capteurs et suite aux réflexions concernant les besoins scientifiques de faire émerger des constellations de satellites, nous nous sommes orientés vers les cube-satellites. Au lieu d’avoir un satellite très performant, nous optons pour une stratégie complémentaire de constellation d’une dizaine à une centaine de satellites pour obtenir des mesures atmosphériques avec un temps de revisite plus fréquent. Les cube-satellites sont des petits satellites qui correspondent à un standard et qui par conséquent sont moins lourds et moins coûteux et peuvent donc être déployés en plus grand nombre. Pour lancer cette stratégie, le processus a été assez long. Au début des années 2000, les réflexions ont mis en évidence l’intérêt scientifique de ce type de plateforme. Les premiers nanosatellites ont été envoyés dans l’espace par les universités américaines. En France, il y en a moins d’une dizaine de ces petites plateformes qui ont été envoyées en orbite autour de la Terre car la communauté en France n’y croyait pas trop. Aujourd’hui seulement trois Nanosats sont en fonctionnement en France à cause du cadre étudiant inadapté qui n’a pas permis aboutir et par manque de moyens. C’est largement inférieur aux 400 ou 500 petits satellites envoyés par les États-Unis.

AJ : Comment avez-vous commencé vos travaux sur les nanosatellites ?

Philippe Keckhut : Au Latmos, nous avons réussi à développer et envoyer deux nanosatellites en orbite aujourd’hui en opération nominale. Au début, nous nous sommes appuyés sur les centres étudiants comme les universités Américaines. Avec mon collègue Mustapha Meftah, responsable scientifique de la filière petits satellites, nous avons visité des universités aux États-Unis qui avaient une expérience dans le domaine des petits satellites, pour comprendre leur manière de fonctionner. Nous avons constaté de grandes différences par rapport au fonctionnement tel qu’il avait été initié en France avec une forte implication d’experts du domaine spatial aussi bien académique qu’industriel et avec l’implication d’ingénieurs en début de carrière dénommé abusivement « étudiant ». L’investissement pour un nano-satellite avoisine le million d’euros. Un projet uniquement étudiant en France est donc difficilement finançable. En revanche, un projet de recherche avec une forte plus-value scientifique est plus envisageable. Mais nous nous sommes heurtés au fait que la communauté scientifique et notamment les agences spatiales ne croyaient pas aux potentiels de ces petites plateformes. Nous faisions face à de nombreux challenges. Au-delà des expertises scientifiques et techniques, nous avons développé avec la communauté radio-amateur une antenne pour piloter le satellite, récupérer et organiser la collecte les données. Il fallait aussi s’occuper des nombreux éléments administratifs et juridiques et trouver les financements. Concernant la mise en orbite, il est nécessaire de vérifier la conformité avec la loi n° 2008-518 du 3 juin 2008 relative aux opérations spatiales (LOS) avec les organismes en charge de la réglementation, d’instruire toutes les formalités et d’obtenir l’autorisation du ministère de la Recherche. Ceci correspond à de nombreuses démarches nouvelles à maîtriser pour un laboratoire de recherche.

AJ : Qu’est-ce que vous avez pu concevoir à partir de ces premières manœuvres ?

Philippe Keckhut : En 2019, à partir de certaines technologiques existantes et du standard développé par les Américains, nous avons conçu un CubeSat de 10 cm par 10 cm par 10 cm. L’objectif était d’observer le bilan radiatif c’est-à-dire les émissions émises par le Soleil reçues et réfléchies par la Terre et les émissions infrarouges émises par la Terre. Tout cela dans l’optique d’étudier le changement climatique. Dans cet espace réduit, nous n’avons pas pu intégrer un système pour orienter le satellite vers un point particulier. Mais les mêmes capteurs disposés sur chacune des quatre faces, permettent de mesurer simultanément le flux venant du Soleil et la Terre par au moins un capteur et parfois plusieurs. Avec de l’intelligence artificielle, nous arrivons à recomposer le positionnement des deux astres et à déterminer l’attribution des flux venant de chacun d’eux. La totalité du travail de conception et de mise au point de ce premier nano-satellite du Latmos a été effectuée à Guyancourt. Nous avons envoyé ce premier satellite dans l’espace en janvier 2021.

AJ : Et les travaux ne sont pas terminés puisque vous avez décidé d’en développer un deuxième ?

Philippe Keckhut : Effectivement, en avril 2023 nous avons envoyé dans l’espace un deuxième CubeSat. L’idée de ce deuxième nanosatellite est de démontrer l’intérêt et la plus-value de la constellation de satellites. Il est différent du premier notamment sur les dimensions : c’est 20 cm par 10 cm par 10 cm. Nous avons ajouté une charge développée avec l’Office nationale d’études et de recherches aérospatiales (ONERA) pour réaliser des études sur la propagation des signaux radio avec des problématiques de télécommunications sur lesquelles nous collaborons avec l’ONERA.

AJ : Vous avez fait intervenir des entreprises locales des Yvelines ?

Philippe Keckhut : Pour le premier CubeSat, nous avons intégré un capteur qui doit être utilisé dans un vêtement connecté pour les déficiences musculaires à destination éventuelle des cosmonautes avec l’entreprise Carta-Rouxel. Cette société a voulu tester sa technologie dans l’espace à travers notre projet. Pour le deuxième, nous avons collaboré avec une société Oledcom qui développe la communication optique sécurisée à travers la technologie LiFi. Nous avons aussi embarqué un capteur ultraviolet de la société Nanovation qui voulait qualifier sa technologie. Ces entreprises sont basées dans les Yvelines. Ensuite, nous avons des partenaires qui nous ont aidés « gratuitement » par le biais de transfert de technologie. Enfin, le département des Yvelines et l’agglomération de Saint-Quentin-en-Yvelines nous soutiennent aussi.

AJ : Comment votre laboratoire va-t-il évoluer dans les années à venir ?

Philippe Keckhut : Dans le développement de ces deux nanosatellites, nous avons fait participer des étudiants avec des professionnels et des entreprises. Grâce à ces deux projets, nous avons développé des travaux pratiques génériques. Au sein de l’université Versailles Saint-Quentin (UVSQ), nous avons donc mis en place une licence professionnelle sur la mécatronique appliquée au spatial et un master 2 « New Space ». Ces deux formations bénéficient de nos installations novatrices et des travaux pratiques mis en place basés sur les expériences réelles vécues lors du développement des deux nanosatellites. Nous proposons des exercices pour s’entraîner à tester une pièce ou à assembler un élément comme si c’était pour un satellite avec les mêmes contraintes. Ce lien avec la formation proposée dans le cadre de la nouvelle université de Paris-Saclay est très important pour nous. Grâce aux deux nanosatellites envoyés dans l’espace, notre laboratoire et l’université se sont hissés à un niveau de réussite assez haut.

AJ : Cette réussite vous a notamment permis de bénéficier du programme France 2030 ?

Philippe Keckhut : Notre projet d’académie spatiale d’Île-de-France a été lauréat de l’appel à manifestation d’intérêt « Compétences et métiers d’avenir » dans le cadre du programme France 2030 avec une subvention de l’État de 21 millions d’euros. Une annonce qui a eu lieu durant le dernier Salon international de l’aéronautique et de l’espace au Bourget en juin dernier. Nous allons donc, en collaboration avec nos partenaires et grâce à leurs complémentarités déployer en Île-de-France une offre de formation dans le domaine du spatial complète et cohérente prenant en compte l’émergence de nouveau métiers et de nouvelles pratiques. À terme, il faudrait la création d’un institut ou d’un organisme pour fédérer les acteurs industriels et territoriaux dans ce domaine. Concernant ma vision de demain, il faudra très probablement embarquer des charges scientifiques sur des constellations de satellites industrielles avec des applications commerciales. Nous pourrions imaginer par exemple une compensation environnementale aux activités industrielles qui envoient beaucoup de satellites en acceptant une charge scientifique sur leurs plateformes.

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