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.

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