Les Instruments Scientifiques de PHILAE

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Philae, vous allez souvent entendre ce nom dans les semaines qui viennent, avec un paroxysme le 12 novembre, date à laquelle cette petite sonde atterrira sur la comète Churyumov-Gerasimenko. Philae est le petit atterrisseur que la sonde Rosetta va envoyer à la surface de la comète au nom imprononçable, autour de laquelle elle s’est mise en orbite à plus de 1 milliard de kilomètres de la Terre. 

Les instruments scientifiques de Philae (ESA).
La raison pour laquelle les planétologues ont décidé de poser une petite sonde sur une comète est simple : on veut savoir de quoi sont faites les comètes, ces objets qui existent depuis le début du système solaire sans avoir trop évolué, qui sont des vestiges de notre système solaire, vieux de plus de 4 milliards d’années. Nous voulons tout savoir sur les comètes, car elles peuvent être comme une pierre de Rosette pour notre compréhension de la formation de notre système solaire, et par extension de tous les systèmes stellaires…

Et Philae est une toute petite sonde de 100 kg à peine, avec un volume un peu plus petit que 1 mètre cube, mais littéralement bourrée de technologie. Car Philae doit analyser la comète Churyumov-Gerasimenko (alias 67P) in situ. Il n’est pas question de rapporter des échantillons, tout doit se faire sur place. Je vous propose de partir à la découverte de tous les instruments high tech emportés par Philae, qui ont été imaginés et développés il y a maintenant plus de 15 ans…
Ces instruments scientifiques sont au nombre de 10 et vont exploiter de nombreux paramètres physiques : la lumière émise, absorbée, et diffusée, la conductivité électrique, le champ magnétique, la chaleur ou encore les ondes acoustiques, pour étudier de nombreuses propriétés de la comète, on peut citer la morphologie et la composition chimique du matériau de surface, la structure interne du noyau cométaire, ou encore les gaz ionisés au dessus de la surface. Philae est en outre muni d’un bras pouvant emporter un instrument, et a la possibilité de pivoter sur lui-même sur 360°.

Listons ces instruments plus en détail : 

Tout d’abord, nous avons deux imageurs : CIVA et ROLIS. CIVA est en fait un ensemble de trois systèmes de caméras, CIVA-P est un système multiple de prises de vues panoramiques, situés tout autour de Philae et permettant de surveiller les alentours de l’atterisseur, notamment dans la phase d’atterrissage. CIVA-M/V est un imageur en trois couleurs ayant une résolution microscoscopique (7 µm), et CIVA-M/I, quant à lui est un imageur infra-rouge qui observera les échantillons avant qu’ils soient envoyés dans les fours de COSAC et PTOLEMY (voir plus loin).
ROLIS, lui, est un imageur unique, il couvre un champ de vue de 57° est est situé à l’aplomb immédiat de Philae. Son objectif est de vérifier ce qui se passe exactement en dessous du module durant sa descente vers la comète. Mais une fois posé, ROLIS continuera à prendre des images de la surface en mode spectroscopique. Et comme il n’est pas situé au centre de l’atterrisseur, il pourra étudier une zone circulaire sous Philae, lorsque ce dernier produira des rotations autour de son axe.

Le détecteur Alpha Proton X-ray Spectrometer (APXS) de Philae
Inst. for Inorganic Chemistry & Analytical Chemistry,
Max-Planck Institute for Chemistry)
Puis, nous avons un instrument incontournable pour toute sonde ayant pour objectif d’analyser un matériau, quel qu’il soit : APXS (Alpha Proton X-ray Spectrometer). Comme son nom l’indique, APXS est un spectromètre qui exploite différents types de rayonnements. Il contient une source radioactive de curium-244, qui est un puissant émetteur alpha. L’émission de rayons alpha vers le sol va permettre de connaitre sa nature en mesurant les rayonnements qui reviennent vers la source d’émission.
Ces rayonnements peuvent être de trois sortes : premièrement des rayons alpha qui se trouvent rétrodiffusés par des noyaux d’atomes possédant à peu près la même masse que le noyau d’hélium (de l’hydrogène au béryllium en gros), deuxièmement des protons, lorsque les rayons alpha interagissent avec des noyaux un peu plus gros, des protons peuvent être éjectés, et être mesurés. Enfin, des rayons X, lorsque les rayons alpha ont ionisés des atomes et que les couches électroniques des atomes en questions se réorganisent en produisant instantanément des rayons X, dont l’énergie particulière est une signature sans équivoque du type d’atome qui lui a donné naissance.

Vient ensuite un instrument peu commun sur les sondes planétaires : CONSERT (COmet Nucleus Sounding Experiment by Radio wave Transmission). Son objectif est de déterminer la structure interne de la comète en mesurant comment se transmettent des ondes radio à travers le noyau cométaire. Des ondes radio sont émises par Philae et reçues par Rosetta en orbite et inversement. L’atténuation des signaux radio est ensuite disséquée par des algorithmes très élaborés et c’est alors la comète qui s’en trouve disséquée…

Parlons ensuite de MUPUS (Multi-Purpose Sensor for Surface and Subsurface Science). MUPUS doit étudier les propriétés mécaniques et thermiques du sol cométaire jusqu’à une profondeur de 30 cm. Pour cela, il est muni d’un pénétrateur qui est une sorte de gros marteau devant taper un gros coup pour enfoncer l’instrumentation composée de thermomètres qui seront situés à différentes profondeurs, et d’un accéléromètre. Au niveau de la surface du sol, MUPUS sera équipé d’un radiométre, sorte de thermomètre pour mesurer la température via le rayonnement infra-rouge.

Il y a un autre instrument sur Philae qui va creuser des trous, c’est SD2 (Sample Drill and Distribution). Son but est de carotter le sol sur une profondeur maximale de 20 cm. Les échantillons prélevés, de quelques millimètres cube seulement, sont ensuite distribués à d’autres instruments pour analyse (notamment COSAC et PTOLEMY). Précisons que les zones à forer par SD2 seront déterminées auparavant par les données issues de ROLIS et APXS. 

COSAC et PTOLEMY, parlons-en, tiens. COSAC, de son vrai nom Cometary Sampling and Composition est ce qu’on appelle un chromatographe en phase gazeuse. Il analyse la nature des atomes ou molécules d’un gaz grâce à un spectromètre de masse, qui trie les molécules par leur masse respective. Il sera très utile notamment pour l’étude des molécules organiques, qui devraient être nombreuses à la surface de 67P (j’utilise son pseudo, pardon).
PTOLEMY, lui, est également un analyseur de gaz, mais dédié principalement à la quantification des isotopes d’un élément donné. Un point essentiel sera l’analyse du carbone contenu dans le comète, et les ratios des isotopes carbone-12, carbone-13 et carbone-14, qui permettront de savoir beaucoup de choses sur l’histoire de la comète.
Ces deux analyseurs ont en commun qu’ils analysent du gaz, ce qui veut dire que les échantillons fournis par SD2 devront au préalable être chauffés dans des petits fours pour en extraire le gaz à analyser.
Les analyseurs COSAC (intégré sur Philae, à gauche) et PTOLEMY (au labo, à droite) (ESA)

SESAME (Surface Electrical Sounding and Acoustic Monitoring Experiment). En fait, sous ce nom unique se cachent trois instruments d’analyse acoustique et électrique. Le premier d’entre eux s’appelle SESAME-CASSE, il est tout à fait original dans le sens où il est positionné sur chacun des pieds de Philae et va émettre et écouter des sons (dans la gamme audible), c’est un peu le chant de Philae. Un pied émet un son et les autres écoutent l’écho de ce son en provenance de l’intérieur de la comète et ainsi de suite à tour de rôle. Mais SESAME-CASSE fonctionnera aussi en mode silencieux, juste à l’écoute des craquements internes de la comète…
Le deuxième élément de SESAME s’appelle SESAME-PP, c’est un instrument visant à mesurer la permittivité électrique du sol cométaire, toujours via les pieds de la sonde.
Le troisième sous-système de SESAME est le SESAME/DIM (Dust Impact Monitor). Son objectif est de mesurer très précisément les grains de poussière venant impacter l’atterrisseur, grâce à un détecteur piézoélectrique. Il pourra compter le nombre de grains de poussière ayant une taille de 1 µm à 6 mm de diamètre, et une vitesse comprise entre 0,025 et 0,25 m/s.

Enfin, nous terminons ce tour de Philae par l’instrument ROMAP (Rosetta Lander Magnetometer and Plasma). ROMAP est là encore un détecteur multiple composé de trois appareils différents : un magnétomètre, qui mesurera très finement le champ magnétique de 67P (si il y en a un), avec une sensibilité de 1 centième de nanotesla. Ensuite, un moniteur de plasma, ROMAP/SPM, qui va mesurer la densité, l’intensité, et la direction des électrons et des particules légères chargées au niveau du sol de la comète. Ce gaz ionisé n’est rien d’autre que le gaz relâché par la comète qui se trouve ionisé par le rayonnement UV du soleil, et qui va former la belle chevelure de la comète à son approche du Soleil. Enfin, ROMAP contient également un capteur de pression, pouvant mesurer une pression de l’ordre de 1 milliardième de la pression atmosphérique…

Tous ces instruments de haute technologie ont été développés spécifiquement pour cette mission, et ont du être adaptés aux contraintes de masse, de taille et de puissance électrique consommée, qui ont été, on s’en doute, extrêmement difficiles à concevoir et mettre en oeuvre. 
L’enjeu est de taille, au delà des planétologues, les scientifiques du monde entier attendent beaucoup des résultats qui seront obtenus grâce aux instruments de Philae. Le 12 novembre prochain sera un jour crucial. Il faut que l’atterrissage de Philae se passe bien…


source:
Rosetta’s Philae Lander: A Swiss Army Knife of Scientific Instruments
T. Reyes 
Universe Today  september 22, 2014
http://drericsimon.blogspot.com
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Partir de rien

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Alors que nos grands-parents ne savent pas très bien ce qu’est un ordinateur, nos petiots sont nés avec un IPad collé à leurs menottes. Et ça nous fait peur ! Le fossé se creuse entre l’utilisation de l’informatique et la compréhension de son fonctionnement. Nous nous imaginons un futur où les machines auront le contrôle sur une génération sacrifiée, parce qu’elle n’a pas appris à coder. Heureusement, des applications tactiles permettent maintenant aux enfants de s’amuser tout en assimilant les rudiments de la programmation.

L’usage des écrans tactiles est très intuitif pour les enfants qui les adoptent dès leur plus jeune âge. On peut imaginer que, d’ici quelques années, ils délaisseront complètement les claviers et autres souris qu’ils jugeront inutiles et encombrants. 
Et alors  ? Y a t’il vraiment de quoi s’inquiéter ? 
Beaucoup pensent que oui. C’est le cas d’Anna Lietti, pour qui, les outils numériques se sont immiscés dans tous les aspects de notre vie, justement parce qu’ils sont faciles à utiliser, lisses, conviviaux. Rien, pas une aspérité, pour préjuger de l’envers du décors. L’intérieur, le fonctionnement des machines, reste mystérieux. Et, qui dit mystérieux dit emprise, contrôle. Un pas de plus, et le mythe de l’homme, dominé par ses machines, refait surface. 
On réalise que la nouvelle génération d’enfants tactiles se contre-fout de savoir comment ça marche. Après cette constatation, s’ensuit l’inquiétude de nous, les adultes, devant ces enfant qui vont peut-être un jour se retrouver démunis face aux ordinateurs. Faute d’avoir appris, ils vont oublier comment cela fonctionne. Le privilège d’apprendre sera réservé aux élites, qui domineront les autres. Ou pire, les machines prendront le pouvoir… 
Car comme dit si bien Alfred Sauvy, « Bien informés, les hommes sont des citoyens ; mal informés ils deviennent des sujets. »

Evidemment, la domination sera toujours là. Il n’est pas question ici de tomber dans ce souci paranoïaque digne de romans de science-fiction. Non, soyons plus pragmatiques et humanistes !
L’informatique est un domaine riche et complexe. Et comme il envahit notre quotidien, il est tout simplement logique et essentiel d’intégrer son enseignement à l’éducation. De tous. Donner l’accès à tous de pouvoir en savoir plus. 
On ne sera pas tous des développeurs comme on peut très bien conduire sans rien comprendre à la mécanique d’une voiture. Mais, il faut pouvoir, sans discrimination sociale d’aucune sorte, donner accès à l’enseignement de l’informatique.
Ceci dit, les débats sur la programmation à l’école sont nombreux. On en a vu plusieurs envahir le C@fé. Par exemple, dans Tout se passe comme si avec Pourquoi je suis favorable à l’enseignement de la programmation à l’école ou chez Dr Goulu, La programmation, latin du futur ? Il y est même question de l’âge adéquat pour commencer. Ces réflexions sont appréciables et nécessaires, elles montrent qu’il y a du changement. Mais, ici, plutôt que de foncer dans une tirade d’arguments ou de contre-arguments, nous allons parler d’une initiative pratique et géniale.
Scratch Jr. est une nouvelle application IPad gratuite, créée et lancée cet été par une équipe du MIT, pour apprendre aux enfants à coder. Elle est une dérivation de Scratch, qui, déjà, permet aux jeunes dès 8 ans, d’acquérir, à l’aide de blocs colorés en forme de puzzle, quelques notions de programmation. C’est aussi, et surtout, un puissant outil de création grâce auquel les enfants manipulent des personnages tout droit sortis de cartoons et créent des dessins animés. L’important est donc de sensibiliser plutôt que d’assommer de connaissances.
Scratch Jr. est dans la même veine, mais cible un public encore plus jeune. Grâce à une interface graphique plus intuitive et comportant moins de textes, les enfants peuvent, dès 5 ans, jouer à programmer. Et, apprendre à penser différemment, sous forme de séquences et d’itérations. 
L’idée première est donc de structurer la pensée, d’apprendre à résoudre des problèmes, de concevoir des projets. Bref, de s’amuser et de créer. “Nous voulions être sûrs que les jeunes enfants n’utilisent pas les tablettes uniquement pour naviguer sur le web et consommer.” affirme Mitchel Resnick, directeur du MIT Media Lab’s Lifelong Kindergarten, qui a développé Scracth Jr. en collaboration avec l’Université de Tufts et la Playful Invention Company.
Grâce à Scratch Jr., les enfants peuvent tâtonner, bricoler, expérimenter avec leur IPad. Ils entrent dans une autre dimension. Ils ne sont plus juste consommateurs, mais actifs et curieux. Ils ont les armes pour affronter les machines du futur.



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Open science

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oscience
  
“Tu veux rester étudiante toute ta vie !?” 
Dimanche, quatorze heures trente, entre le fromage et le dessert, votre fille vient de vous annoncer qu’elle veut faire une thèse. Vous ne savez même pas ce qu’est ce machin, vous qui avez arrêté les cours peu après le Bac. Et vous ne vous en portez pas plus mal maintenant !
“T’es sûre ? Tu ne voudrais pas plutôt monter une boîte, diriger, décider, être importante. Enfin t’engager dans la vraie vie, quoi ?!”
Soudain, vous vous imaginez à soixante dix ans, en train de croupir dans un lit d’hôpital, sans pouvoir compter sur l’aide de votre fille, éternelle étudiante insouciante et fauchée. Avec une inquiétude non dissimulée, vous tentez donc une dissuasion un tant soit peu malhonnête. 

Et c’est bien normal !
Nous avons tous en tête l’image de Newton somnolant sous un arbre. La douceur de sa sieste est soudain dérangée par une pomme qui s’écrase sur son cuir chevelu. C’est ainsi qu’il découvre l’attraction gravitationnelle.
La langue d’Einstein et ses cheveux grisonnants ont également subi une propagation virale dans notre société. Telles des icônes savantes, ces images diffusent l’idée que les scientifiques sont un peu fous et rêvassants. 
Loin, très loin des préoccupations de la vie de tous les jours.
Alors vous êtes inquiets. 


Et vous n’êtes pas seuls ! Prenez, Célya Gruson-Daniel par exemple ! Après avoir fait un stage en laboratoire, elle a décidé de ne pas continuer en doctorat. En cause : trop d’individualisme, de carriérisme douteux, et le poids d’une évaluation constante qui se base sur le nombre d’articles publiés dans les revues spécialisées telles Science 
ou Nature. Bref, un environnement coincé qui empêche toute prise de risque et n’incite pas vraiment à la création. Alors plutôt que de s’enfermer dans cette administration du siècle dernier, elle est partie voler de ses propres ailes et a créé, dans les années deux mille, une communauté qui fait la part belle aux sciences collaboratives et à l’open-science. HackYourPhD, (PhD, terme anglais provenant de Philosophiæ doctor et désignant le doctorat) a le mérite de braquer les projecteurs sur une autre façon de faire de la science. 

Mais il est difficile de comprendre les objectifs de cette communauté. Le site est sûrement mal fait et c’est bien dommage. On y trouve tout un tas de ressources au fort potentiel : des rencontres avec des personnes dirigeant des laboratoires hors du commun de l’autre côté de l’Atlantique et des comptes-rendus de conférences sur les sujets des sciences collaboratives. Seulement, les interviews sont mal réalisées et les témoignages et récits non structurés. Comme autant de post-its reliés les uns aux autres de façon purement fortuite. On ne comprend jamais vraiment de quoi ça parle. 
Si l’on pensait pouvoir trouver une exposition claire et une critique argumentée des différentes méthodes de recherche, forcément on est déçu. Mais ce qui me dérange le plus, c’est que leur message, même confus, incite à penser qu’un chercheur, en France, est égoïste, reclus, devenu incapable de créer et que l’open-science va le sauver.

Alors que, nom d’une cacahuète, être chercheur, c’est et ca restera être libre de faire la recherche que l’on veut comme on veut ! (sous réserve de trouver des financements, et d’être un tant soit peu doué …)
Il est évident que tout n’est pas rose dans le monde de l’académie. Notamment avec les coupes budgétaires et l’inadmissible loi Sauvadet qui obligent nombre de jeunes chercheurs et ingénieurs à déserter la recherche. Mais le milieu académique s’est toujours caractérisé par sa diversité puisque chacun des chercheurs qui le compose crée sa recherche et sa façon de faire de la recherche ! Et les chercheurs n’ont pas attendu que soit inventé le terme “open-science” pour faire de la science collaborative et citoyenne.
Vous doutez ? Voici, des exemples à foison, français qui plus est, et qui, promis, seront détaillés sur ce site lors de prochains posts.
Parce qu’on peut être chercheur et …
et, quand il reste encore un peu de temps, faire de la recherche.

Voilà de quoi rassurer votre papa !
Etre chercheur, c’est la possibilité d’avoir de multiples casquettes. De jongler avec tout un tas d’activités importantes, et en plus passionnantes. Bref, c’est la classe !
Et c’est le message qui devrait ressortir de sites comme HackYourPhD. Parler des possibilités, oui !, mais aussi des initiatives et d’exemples concrets. Parce que c’est de là que naissent inspirations et les passions.
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Pourquoi je suis favorable à l’enseignement de la programmation à l’école

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C’est un débat qui revient régulièrement, et pour une fois avec une certaine symétrie des deux cotés de l’Atlantique : doit-on enseigner la programmation à l’école ? Les arguments contre, je l’avoue, me convainquent assez peu : la programmation n’est… Read more → Continue reading

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