Thrustme : La start-up de l’X qui révolutionne le spatial

L’au­teure, direc­trice au sein du Labo­ra­toire de phy­sique des plas­mas (LPP), se lance, avec son équipe, dans l’entrepreneuriat avec ThrustMe. Il s’a­git de com­mer­cia­li­ser des pro­pul­seurs minia­tu­ri­sés neces­saires pour assu­rer le contrôle des constel­la­tions de petits satel­lites que l’on s’apprête à lan­cer, créant une impor­tante vague de rup­tures dans cette industrie.

Ane, pouvez-vous nous parler de la révolution que connaît l’industrie du spatial ?

Je pense que nous sommes au début d’une impor­tante vague de rup­tures dans l’industrie des satel­lites. La minia­tu­ri­sa­tion des satel­lites a démo­cra­ti­sé l’accès aux acti­vi­tés liées à l’espace qui aupa­ra­vant n’étaient acces­sibles qu’aux grandes entre­prises et aux gouvernements. 

“ Prendre une image complète de la Terre plusieurs fois par heure ”

Les nou­veaux satel­lites minia­tu­ri­sés, qui repré­sentent seule­ment de 1 à 10 % de la taille des sys­tèmes conven­tion­nels, deviennent de plus en plus inté­res­sants pour l’imagerie et la communication. 

La pos­si­bi­li­té d’utiliser ces satel­lites dans des méga­cons­tel­la­tions de dizaines ou de cen­taines de satel­lites est l’avenir du big data, de l’Internet et de l’intelligence globale. 

Par exemple, uti­li­ser les petits satel­lites dans les constel­la­tions pour l’imagerie peut per­mettre de prendre une image com­plète de la Terre plu­sieurs fois par jour ou même plu­sieurs fois par heure. 

Les satel­lites conven­tion­nels d’aujourd’hui, quant à eux, ont besoin d’environ cinq jours pour construire une telle image. 

L’imagerie ins­tan­ta­née est cru­ciale pour com­prendre et agir : par exemple, pour l’agriculture, elle per­met­tra de consi­dé­ra­ble­ment opti­mi­ser l’arrosage et la fertilisation. 

Une autre appli­ca­tion impor­tante est celle de la pré­vi­sion météo­ro­lo­gique : des don­nées satel­li­taires rapi­de­ment rafraî­chies avec des mesures mul­ti­points amé­liorent les algo­rithmes de pré­vi­sion. Cela per­met­tra notam­ment aux com­pa­gnies aériennes d’optimiser les iti­né­raires longue dis­tance et ain­si d’économiser jusqu’à 20 % de leur consom­ma­tion de carburant. 

Ce mar­ché des petits satel­lites, selon les pré­vi­sions actuelles, décol­le­ra véri­ta­ble­ment au milieu des années 2020 ; mais pour que cela se pro­duise, il reste encore quelques obs­tacles à surmonter. 

Justement, quels sont ces obstacles ?

Les petits satel­lites deviennent véri­ta­ble­ment inté­res­sants lorsqu’ils sont déployés en grand nombre. Les risques (de panne, notam­ment) sont alors dis­tri­bués dans la constel­la­tion, au lieu de tout miser sur un gros satellite. 

Pour que ces lan­ce­ments de petits satel­lites soient éco­no­mi­que­ment et éco­lo­gi­que­ment durables, il est néces­saire de pou­voir com­plè­te­ment les contrô­ler en orbite et donc de dis­po­ser d’un sys­tème de propulsion. 

Aujourd’hui, aucune solu­tion satis­fai­sante n’est dis­po­nible : minia­tu­ri­ser les sys­tèmes de pro­pul­sion clas­siques ne s’est pas révé­lé fai­sable jusqu’à main­te­nant. Et les moteurs dis­po­nibles aujourd’hui ont de faibles per­for­mances et sont trop grands, trop com­plexes et trop chers pour la pro­duc­tion de masse. 

Comment ThrustMe propose-t-elle de résoudre ce problème ?

ThrustMe est une start-up issue du Centre de recherche de l’École poly­tech­nique qui jus­te­ment offre un sys­tème de pro­pul­sion idéal pour les petits satel­lites. Mon cofon­da­teur Dmy­tro Rafals­ky et moi-même avons com­pris que nous devions regar­der le pro­blème de la minia­tu­ri­sa­tion sous un nou­vel angle. 

Le pro­pul­seur inno­vant de ThrustMe fonc­tionne au Labo­ra­toire des phy­siques des plas­mas (LPP) de l’École polytechnique.

Les concur­rents, blo­qués depuis des années, ont dépen­sé du temps et de l’argent à essayer de minia­tu­ri­ser les sys­tèmes de pro­pul­sion spa­tiale clas­siques. Or, on se rend compte, lorsque l’on revient aux lois de la phy­sique, que cer­taines par­ties de ces sys­tèmes clas­siques de pro­pul­sion ne peuvent tout sim­ple­ment pas être minia­tu­ri­sées sans vio­ler ces lois. 

C’est en reve­nant aux lois fon­da­men­tales de la phy­sique que nous avons trou­vé la solu­tion : nous avons com­bi­né les tech­no­lo­gies clas­siques de pro­pul­seurs ioniques (uti­li­sées dans 20–30 % des grands satel­lites conven­tion­nels d’aujourd’hui) avec des tech­no­lo­gies ins­pi­rées de l’industrie des semi-conduc­teurs pour la gra­vure des matériaux. 

Ain­si, nous avons déve­lop­pé un pro­pul­seur beau­coup plus petit, moins com­plexe et beau­coup plus robuste… et en plus de cela, il a des per­for­mances plus éle­vées que tous les autres. 

En résu­mé, nous arri­vons à point pour mettre sur le mar­ché un pro­duit idéal que toute l’industrie attendait. 

Pouvez-vous nous en dire un petit peu plus sur le principe de votre système de propulsion révolutionnaire ?

De manière géné­rale, pour se dépla­cer dans l’espace (où il n’y a pas de frot­te­ment), on exerce une force sur le satel­lite en éjec­tant de la matière. Pour créer la pous­sée, on peut jouer sur la vitesse d’éjection de la matière, et/ou sur la varia­tion de masse (i.e. la quan­ti­té de matière éjectée). 

La seconde classe de sys­tèmes de pro­pul­sion est la pro­pul­sion élec­trique. Dans ce cas, l’énergie élec­trique (géné­rée par exemple par des pan­neaux solaires) est trans­for­mée en éner­gie cinétique. 

Le pro­pul­seur minia­tu­ri­sé inté­gré dans une struc­ture Cube­Sat à 1 uni­té (cube nor­ma­li­sé de 10 x 10 cm).

L’idée prin­ci­pale est d’accélérer un gaz à la plus grande vitesse pos­sible. C’est cette seconde classe de sys­tème qui nous inté­resse dans le cadre des satel­lites déjà en orbite. 

Concrè­te­ment, com­ment accé­lé­rer ce gaz ? Le moyen le plus effi­cace est de trans­for­mer le gaz en plas­ma (en déta­chant les élec­trons des atomes ou des molé­cules). Les ions ain­si créés sont extraits et accé­lé­rés par un ensemble de grilles élec­tro­sta­tiques. C’est ce qui crée la pous­sée. Puisque les ions sont char­gés posi­ti­ve­ment, ils doivent être neu­tra­li­sés, car sinon ces ions posi­tifs fini­raient par reve­nir à leur point de départ et ain­si par annu­ler la poussée. 

Par consé­quent, dans les sys­tèmes clas­siques, une source dis­tincte, appe­lée neu­tra­li­seur, ali­mente le fais­ceau d’ions posi­tifs en électrons. 

C’est jus­te­ment ce neu­tra­li­seur qu’il n’est pas pos­sible de minia­tu­ri­ser au-delà d’un cer­tain point sans vio­ler les lois de la phy­sique. C’est là que nous avons déci­dé d’aborder le pro­blème sous un nou­vel angle. 

Dmy­tro et moi-même avons une longue expé­rience dans la phy­sique des plas­mas et l’accélération d’ions à par­tir des plas­mas. Cette recherche fon­da­men­tale que nous avons conduite, notam­ment à l’École poly­tech­nique, depuis de nom­breuses années pour des appli­ca­tions indus­trielles variées, et notam­ment pour la gra­vure de maté­riaux pour l’industrie des semi-conduc­teurs, nous a consi­dé­ra­ble­ment ins­pi­rés pour notre innovation. 

Sans entrer dans les détails, nous uti­li­sons un pro­pul­seur ionique clas­sique comme décrit ci-des­sus, mais au lieu d’appliquer une ten­sion conti­nue aux grilles élec­tro­sta­tiques, nous appli­quons une ten­sion alter­na­tive dans la gamme radio­fré­quence. Comme les ions sont beau­coup plus lourds que les élec­trons, le sys­tème se pola­rise automatiquement. 

Qu’est-ce que cela veut dire ? Le plas­ma induit par lui-même un off­set à la ten­sion appli­quée sur les grilles, au lieu d’osciller autour de zéro, il oscille autour d’une ten­sion constante. Les ions, plus lourds que les élec­trons, n’ont pas le temps de réagir aux oscil­la­tions et sont accé­lé­rés par cette ten­sion constante. 

Les élec­trons, quant à eux, réagissent au champ oscil­lant et sortent du plas­ma à tra­vers les grilles en sui­vant les oscil­la­tions des radio­fré­quences. En consé­quence, le fais­ceau d’ions est com­plè­te­ment neu­tra­li­sé sans avoir besoin d’un neutralisateur. 

En résu­mé, non seule­ment nous avons déve­lop­pé un sys­tème de pro­pul­sion qui a 40 % de la taille d’un pro­pul­seur ionique clas­sique, mais en plus il pro­cure une pous­sée deux fois plus importante ! 

Pouvez-vous nous dire quelques mots sur vous-même ?

J’ai gran­di tout au nord de la Nor­vège, dans un petit vil­lage avec une nature éblouis­sante. J’ai fait mes études à l’université la plus au nord du monde, l’université de Tromsø. 

Après ma thèse, j’ai pas­sé mes trois pre­mières années de recherche en Aus­tra­lie, à l’Australian Natio­nal Uni­ver­si­ty, après quoi j’ai rejoint l’École polytechnique. 

Je suis entrée au CNRS en 2008. J’ai diri­gé pen­dant quelques années un groupe de recherche d’une tren­taine de per­sonnes au Labo­ra­toire de phy­sique des plas­mas (LPP).

J’aime beau­coup la com­bi­nai­son de la recherche fon­da­men­tale et de l’innovation. Main­te­nant, mon tour est venu d’apporter au monde indus­triel cer­tains de mes tra­vaux de recherche. Pour cela, j’ai obte­nu une mise en dis­po­ni­bi­li­té du CNRS début jan­vier 2017, afin de me per­mettre de lan­cer ThrustMe. 

J’aime aus­si beau­coup les défis « impos­sibles », tant pri­vés que professionnels. 

Comment la communauté des polytechniciens peut-elle vous aider ?

Notre pro­jet est extrê­me­ment capi­ta­lis­tique. Nous sommes en train d’effectuer notre pre­mière levée de fonds d’amorçage. D’autres tours de table sui­vront ensuite. 

Par ailleurs, nous cher­chons aus­si à recru­ter les talents les meilleurs et les plus moti­vés, tant sur la par­tie busi­ness que sur la par­tie R & D. Nous avons déjà des poly­tech­ni­ciens dans notre équipe, mais d’autres seront les bienvenus.

---

Articles similaires :

Des algo­rithmes et des hommes, Appli­ca­tions de l’intelligence arti­fi­cielle à la justice Com­ment mul­ti­plier les très grands nombres entiers ? Ren­contre avec Tatia­na Novi­ko­va, lau­réate 2020 du Prix G.G. Stokes Dans le vent solaire Le vélo, un mode sobre et rési­lient pour pré­pa­rer l’avenir