Ballons et environnement atmosphérique

La COMET ENV organise le 18 mai 2022 un évènement sur les ballons et les mesures de l'environnement atmosphérique, avec une visite des équipements ballons du CST (Centre Spatial de Toulouse) !

Programme de la journée :

• 8h30 – 9h00 | Accueil à CLS
• 9h00 | Présentation des différents types de ballons et missions CNES: Campagnes récentes et à venir – Isabelle ZENONE & André VARGAS.
• 9h15 | L’environnement radiatif atmosphérique et les différents modèles – Hugo CINTAS : Dès 1900, Charles Thomson Rees Wilson observe que l’atmosphère est ionisée. Puis en 1912, Victor Franz Hess avec une électrode embarquée sur un ballon déduit que la source de ce rayonnement est extraterrestre, ce qui lui vaudra le prix Nobel en 1936. En 1938, Pierre Auger quant à lui découvre l’origine de ces rayonnements atmosphériques qu’il nomme les gerbes atmosphériques. Ce phénomène physique est l’interaction d’un ion cosmique avec les particules constituant Atmosphère qui donne naissance à une succession de particules secondaires en cascade, créant ainsi les radiations de l’Atmosphère (neutron, proton, muon, gamma, …). Depuis de nombreux modèles ont été développés pour caractériser cet environnement particulier tels que EXPACS et MAIRE.
• 9h35 | Risques induits sur les systèmes embarqués – Robert ECOFFET : L’environnement radiatif atmosphérique est susceptible d’affecter les systèmes embarqués. Les risques principaux dans l’atmosphère sont dus aux effets singuliers (induits par une particule unique). Les effets peuvent être non destructifs (impulsions transitoires, basculements logiques, pixels saturés) ou possiblement destructifs sans précaution particulière (latch-up, burn-out, rupture de grille). Ces effets seront brièvement décrits ainsi que des exemples d’impact système observés sur satellite mais susceptibles de se produire aussi dans l’atmosphère.
• 9h50 | REX CONCORDIASI et conclusions du groupe d’enquête – Françoise BEZERRA : Pendant l’hiver austral 2010, 19 ballons pressurisés de longue durée ont été lâchés depuis la station antarctique de Mc Murdo. Ils ont dérivé plusieurs mois en région polaire à une altitude d’environ 18km afin de recueillir des données scientifiques dans le domaine des sciences de l’atmosphère. Plusieurs anomalies liées au module de distribution en énergie ont été constatées et l’enquête interne CNES qui a suivi a démontré le lien avec l’environnement radiatif.
• 10h05 | Assurance radiations sur ballons (ISBA, BSO, BPS, nouvelles nacelles) – Françoise BEZERRA : Historiquement les électroniques embarquées dans les ballons ne prenaient pas en compte les risques liés aux radiations. Les composants utilisés, le plus souvent issus de l’offre commerciale ou industrielle, étaient donc potentiellement sensibles aux effets singuliers. Cette présentation fait le tour des actions en Assurance Durcissement Radiations (RHA) mise en œuvre au CNES depuis ISBA en 2007 jusqu’aux récents travaux d’accompagnement sur les nouvelles nacelles.
• 10h15 | Pause-café
  
  Expériences embarquées sur ballon dédiées aux radiations atmosphériques:
• 10h30 | Utilisation des ballons stratosphériques pour appréhender l’environnement radiatif atmosphérique – Frederic WROBEL : De 2008 à 2013, le projet HAMLET s’est intéressé à l’environnement radiatif atmosphérique dans le cadre d’une collaboration entre l’Université de Montpellier, le CNES, TRAD et l’Université de Provence. L’objectif initial du projet était de développer différents instruments (détecteur à semi-conducteur, caméra CCD, mémoire SRAM) afin d’extraire le plus d’informations possibles sur l’environnement atmosphérique. Les vols longs n’ont pas pu finalement être réalisés mais nous avons pu tout de même appréhender l’environnement au cours de vols de quelques heures en mode « passager ». Nous présenterons les principaux résultats que nous avons pu obtenir.
• 10h45 | Premières analyses de l'action des radiations stratosphériques sur des cellules humaines d'intérêt spatiales – Juliette RESTIER--VERLET  : Lors des vols Timmins 2019 et Kiruna 2021, nous avons pu exposer des fibroblastes de peau, des cellules épithéliales du cristallin, des cellules osseuses et de cœur aux radiations présentes dans la stratosphère avec différents blindages. En dépit d'une dose faible et d'une durée de vol d'une dizaine d'heures, des nombres importants de cassures de l'ADN ont été observés.
• 11h00 | BRAD – Françoise BEZERRA : BRAD (Balloon Radiation Analysis Device) est un instrument compact développé en interne CNES afin de caractériser l’environnement radiatif atmosphérique et ses effets sur les composants électroniques. Il a pour vocation de devenir un instrument générique embarquable sur différentes nacelles. Un premier vol de qualification a été effectué en Aout 2021 sur Ballon Stratosphérique Ouvert lors de la campagne KLIMAT 2021 (Kiruna, Suède). Un deuxième vol est prévu en Aout 2022 depuis la base de Timmins au Canada.
• 11h15 | Marge pour les questions.
• 11h30 | BERNADOTTE – François TROMPIER
• 11h45 | Spectrométrie gamma – Peter von BALLMOOS : Témoins des processus de haute énergie dans l’Univers, les raies gamma sont les empreintes des transitions nucléaires. La spectroscopie gamma permet d’identifier la présence de noyaux excités, pour déterminer quantitativement leur abondance et nous éclairer sur les conditions physiques des régions source. Les possibilités scientifiques offertes par la spectroscopie gamma sont multiples : avant tout, une meilleure compréhension de l’évolution chimique de notre galaxie (à savoir l’origine des éléments qui nous constituent). Enfin, les caractéristiques spectrales des sursauts solaires, les raies cyclotrons dans les étoiles à neutrons, l’annihilation entre électrons et positrons (matière/antimatière) sont autant de nouveaux défis pour la spectroscopie gamma. Depuis les débuts de l’astronomie gamma, les ballons stratosphériques ont eu un rôle primordial dans le développement de nouveaux instruments. Dans cet exposé nous revenons sur les projets balloon HEXAONE, HIREGS, et CLAIRE avec un accent sur leurs spectres dominés par l'environnement radiatif atmosphérique et instrumental.
• 12h00 | Caractérisation du rayonnement de haute énergie dans les nuages d'orage – Sébastien CELESTIN : Responsables de la formation de différences de potentiel électrique de l'ordre de plusieurs centaines de mégavolts, les orages accélèrent les particules chargées du rayonnement cosmique. En outre, certains éclairs intra-nuage produisent d'intenses flashs de photons de haute énergie détectés depuis l'espace et appelés flashs gamma terrestres (TGF). Dans cet exposé, nous présentons les développements instrumentaux réalisés pour caractériser ces phénomènes, en particulier le spectromètre gamma développé dans le cadre des projets ballons CNES OREO et STRATELEC.
• 12h15 | COCOTE – Vincent TATISCHEFF
• 12h30 | PIX – Marine RUFFENACH : L’environnement atmosphérique est peuplé de diverses particules, avec des énergies s’étendant sur plusieurs décades, ce qui rend leur discrimination délicate. PIX est un instrument compact embarquant un détecteur MiniPIX développé par ADVACAM, équipé de la puce Timepix développée par le CERN. La surface sensible en silicium est composée de 256 x 256 pixels permettant d’enregistrer l’énergie déposée par les particules ionisantes. Grâce aux pixels nous avons accès aux traces faites par les particules lors de leur passage dans le silicium. Un réseau de neurones à convolution est ensuite utilisé pour traiter les données, et associer à chaque trace un type de particules. Deux vols sont prévus en 2022 depuis la base de Timmins au Canada : PIX-Solo et BRAD-PIX.
• 12h45 | Moniteur à base de diodes – Arnaud DUFOUR
• 13h00 – 14h30 | Pause repas et discussion autour d’un café
• 15h – 16h30 | Visite des équipements ballons au CNES – Isabelle ZENONE & André VARGAS. 

 Si vous venez en voiture, le parking de CLS est réservé au personnel CLS. Vous pourrez vous garer sur le parking du Bikini qui est juste à côté (2 minutes à pied). Merci de penser à prendre votre carte d'identité ou bien votre passeport.