Les sciences de la matière en micropesanteur

Condensed matter physics under microgravity conditions

CNES / Direction des Programmes, Université Paul Sabatier, Toulouse, France

Auteur de correspondance : Bernard.Zappoli@cnes.fr

Reçu : 29 Août 2003
Accepté : 19 Février 2004

Résumé

Née avec les premiers vols habités, la recherche dans le domaine des sciences de la matière en micropesanteur est pratiquée aujourd'hui par une communauté nationale et internationale qui a appris à utiliser avec pertinence un outil qu'elle n'avait pas demandé et pour la mise en place duquel elle avait peu été consultée. L'étude à des fins scientifiques ou technologiques des phénomènes physiques en micropesanteur est devenue un élément de la recherche spatiale. Après avoir rappelé comment se manifeste l'ambiance de micropesanteur, nous montrons comment au cours des dernières années et pour se limiter à la communauté scientifique française, celle-ci a obtenu des résultats remarqués qu'il aurait été impossible d'obtenir au sol notamment dans le domaine de la solidification d'alliages métalliques et de la physique des fluides au voisinage du point critique. Nous présentons le bilan et les perspectives dans les cinq domaines principaux dans lesquels ont été classés les actions de recherche en micropesanteur pour lesquels nous présentons les éléments les plus significatifs: la solidification et la croissance cristalline, la combustion, les interfaces fluides, les objets lévités et les fluides critiques et supercritiques. Nous rappelons les liens importants qui existent entre ces travaux et la gestion des fluides en orbite. Nous présentons enfin un projet d'expérimentation dans la Station Spatiale Internationale qui est le plus représentatif de ceux qui sont à la fois pertinents et porteurs de résultats de premier plan, la formation des structures lors de la croissance d'alliages eutectiques modèles transparents.

Abstract

A national and international community is involved in condensed mater physics research under microgravity conditions. This research was born with the first manned flights and is now a component of space research. This community learned how to perform relevant studies, with a new tool she did not asked for and for the development of which she was not too much consulted. We first show how the microgravity environment manifests itself on condensed matter and how the French scientific community obtained remarkable results which could never have been obtained on the ground, particularly in the field of the solidification of metallic alloys or in the filed of critical point phenomena. We make the assessment and give the perspectives in five domains for which we present the most significant elements: solidification and crystal growth, combustion, interface between fluids, levitated objects and critical and supercritical fluids. We recall the links which exist between all of these work and fluid management in space. We finally present one project witch is the most representative of those charaterized by a strong microgravity relevance and which are bearer of new physics: pattern formation during the solidification of transparent model eutectic alloys.