J’ai eu l’honneur d’être invitée par le CNES à leur campagne de vols paraboliques de ce printemps 2017. A bord de l’avion, contrairement à mon vol de février avec ZéroG Corp. [lire Premier vol « zéro G » : fait !], pas de « touristes » mais des expériences scientifiques par des laboratoires et des lycéens.

Depuis quelques mois, je suis une partie de l’équipe du CADMOS (Centre d’Aide au Développement des activités en Micropesanteur et des Opérations Spatiales) à Toulouse qui a réalisé notamment des expériences pour la mission Proxima de Thomas Pesquet et pour l’ISS en général [article à venir]. Une belle façon de voir cette équipe et d’autres équipes développer et tester leurs expériences en micropesanteur dans un avion « zéro G ». [On parle de 0g pour les personnes et objets se situant dans l’avion lors des paraboles, mais la gravité existe toujours !]

Pourquoi des vols paraboliques ?

Les vols paraboliques permettent de reproduire « sur terre » la chute libre habituellement présente dans l’espace qui conduit à l’impesanteur ou micrpesanteur [lire « Qu’est-ce que l’impesanteur ? » sur le site du CNES].

Pour les scientifiques, cela permet d’enlever le paramètre « gravité » de ce qu’ils veulent observer (phénomènes physiques par exemple) ou bien de voir les différences de comportement sous « 0G » (par exemple sur la physiologie humaine).

Des vols paraboliques en France depuis 1989

Lors du débriefing d’avant vol, l’astronaute français Jean-François Clervoy, président de Novespace, a rappelé l’histoire des vols paraboliques en France.

Les premiers vols paraboliques pour réaliser des expériences en micropesanteur ont été effectués à partir de 1989 à bord d’une Caravelle. Ce programme avait été initié à l’époque par les astronautes français Jean-François Clervoy et Jean-Pierre Haigneré pour être indépendant des avions américains ou soviétiques, qui réalisaient ce type de vols après la seconde guerre mondiale. C’était la DGA (Direction Générale de l’Armement) qui était opérateur à l’époque de l’avion.

A partir de 1986, Novespace est créée comme une filiale du CNES. Jean-François Clervoy est actuellement son président.

La Caravelle, arrivée en fin de vie, est remplacée en 1997 par un Airbus A300 qualifié pour les vols 0g. Il termine sa carrière en 2014 après plus de 13 000 paraboles et 102 campagnes de vols paraboliques (1 campagne comprend plusieurs vols successifs).

En 2015, l’Airbus A310 qui est actuellement utilisé par Novespace, effectue sa première campagne de vol. Cet avion est en fait l’ancien avion des vols officiels des chanceliers allemands d’avant 2015.

Des campagnes de vols paraboliques pour emporter des expériences sont réalisées tout au long de l’année, pour les agences spatiales française (CNES), allemande (DLR) et européenne (ESA) et les laboratoires sélectionnés.

En complément, Novespace propose avec AirZeroG des vols «grand public », pour le prix de 6000€. Ces campagnes ont 2 objectifs : permettre aux pilotes de garder leurs compétences en vol, et faire profiter de cette expérience d’impesanteur à tout public. A noter, ces euros récoltés permettent l’entretien de l’avion, mais aussi de faire baisser le prix des vols pour les laboratoires, une façon de faire du mécénat en quelque sorte !

Paraboles et techniques de vols de l’A310 « zéro G »

Principe du vol parabolique

Un avion vole grâce à ses moteurs et à ses ailes principalement. Les moteurs apportent l’accélération nécessaire pour contrecarrer la force de trainée due aux frottements de l’air. Les ailes apportent la portance, force qui contrecarre la gravité.

Lors d’un vol parabolique, l’avion est amené dans un angle qui permet la suppression de la portance et de se retrouver en chute libre, comme les satellites. Pour cela, dans une première étape, l’avion volant à 20 000 pieds (environ 6 000 mètres d’altitude) est cabré entre 47° et 50°. Il est alors en hyperpesanteur à 1,8 g (1 g correspond à l’accélération de la pesanteur à la surface de la Terre). Le pilote diminue ensuite la poussée des réacteurs de façon à juste compenser le frottement de l’air et l’avion entre en phase de chute libre. Son contenu rentre alors en micropesanteur. L’élan de l’avion lui permet d’atteindre 28 000 pieds (environ 8 000 m) puis il retombe (phase descendante de la parabole) avec un angle d’environ 42°. Après avoir remis les gaz, et retrouvé une phase d’hyperpesanteur l’avion reprend son vol horizontal à 20 000 pieds. L’opération dure environ une minute pour obtenir 20 à 25 secondes d’impesanteur intercalées entre deux périodes d’hyperpesanteur. Pendant les phases d’hyperpesanteur, les personnes dans l’avion pèsent 1,8 fois leur poids.

Pilotage de pointe de l’A310 de Novespace

Les paraboles fournies par l’avion A310 de Novespace sont extrêmement précises en raison de son pilotage très spécifique. Éric Delesalle, pilote d’essai expérimenté, qui a déjà 20 ans de vols paraboliques à son actif, le commandant de bord de l’A310, m’a expliqué les particularités du pilotage des vols paraboliques de Novespace.

Le décollage se fait normalement depuis l’aéroport de Bordeaux-Mérignac. L’avion est inséré dans le contrôle aérien du territoire français comme tous vols d’essais civils ou militaires. Par contre, pendant toute la phase de « croisière » (hors décollage et atterrissage), ce ne sera qu’un seul contrôleur aérien qui suivra le vol. Celui-ci va alerter l’équipage en cas de risque de croisement avec d’autres avions, les avions de ligne commerciaux volant toutefois à des altitudes plus hautes, le risque est minimisé. De plus, l’avion vole dans une zone à faible trafic aérien, au sud de la Bretagne.

Ce n’est pas 1 pilote mais 3 pilotes qui sont aux commandes de l’A310. Ils pilotent uniquement aux instruments. Pour ne pas être perturbés par les changements d’horizon ni le soleil, le cockpit est presque intégralement masqué par des écrans noirs. L’un, s’occupe de l’assiette de l’avion (ou le tangage), c’est-à-dire des montées et des descentes de l’avion. Le second pilote s’occupe du roulis, afin que les ailes de l’avion restent horizontales. Le troisième pilote s’occupe de la poussée des moteurs, à ajuster selon le moment de la parabole. C’est le second pilote qui fait les annonces des différents moments du vol [détails plus loin].

L’Airbus A310 est un avion modifié et qualifié pour ce vol spécifique. La plupart des modifications concernent essentiellement l’aide automatique au pilotage. Le reste de l’avion est identique à un avion de ligne. Du coup, lors des phases de montées et descentes des paraboles, une alarme retentit fréquemment dans le cockpit.  Cette alarme est celle de la pression d‘huile moteur. Mais Eric m’a rassuré : on peut rester 30 secondes en vol sans pression moteur normale selon le constructeur ! [voir vidéo].

Eric et les 5 autres pilotes pour Novespace, tous pilotes d’essais, sont ravis de faire un pilotage manuel de pointe.

Comment se passe une campagne de vols paraboliques ?

Peu d’improvisation dans les vols paraboliques, car l’heure de vol coûte très cher. Et près de 80% des expériences scientifiques se satisfont d’un ou plusieurs vols paraboliques et n’ont pas besoin d’un vol spatial par la suite.

Frédéric Gai, responsable des campagnes de vol pour Novespace, m’a (presque) tout expliqué.

J- 1 an

Les campagnes de vols paraboliques avec les agences spatiales, CNES, ESA ou DLR, sont planifiées près d’un an à l’avance.

J- 6 mois

Novespace reçoit la liste des expériences sélectionnées par les agences environ 6 mois avant la campagne. Un cahier des charges très strict est envoyé aux laboratoires : contraintes de sécurité avion, d’encombrement et de faisabilité.

Il ne faut pas oublier que les expériences seront à bord d’un avion, un milieu fermé en surpression : il ne faut pas qu’elles perturbent le fonctionnement de l’avion, ni celui des autres expériences, et ne doivent pas être dangereuses pour les personnes à bord. Quelquefois, il faut l’autorisation d’organismes comme l’ASN (Autorité de Sûreté Nucléaire).

Le CADMOS aide alors les laboratoires qui ne sont pas habitués à ces contraintes à développer leurs expériences et les adapter au vol parabolique.

J- 8 jours

Réception des expériences chez Novespace. Elles sont inspectées et contrôlées vis-à-vis du cahier des charges. Il peut arriver (rarement) qu’une expérience ne respecte pas tout à fait les critères et puisse être refoulée. Une expérience de secours est alors appelée pour la campagne.

Puis vient l’installation des expériences à bord de l’avion. Les emplacements ne sont pas laissés non plus au hasard : encombrement, masse, lieu en fonction des zones de jonction de la carlingue de l’avion (un fuselage d’avion est fait de plusieurs tronçons, les zones de jonction sont plus soumises aux contraintes de forces).

Tout est réalisé en étroite collaboration entre Novespace, le CADMOS et les laboratoires. Un vrai esprit d’équipe !

J-1 débriefing de sécurité

La veille du démarrage des 3 jours de vol, un briefing sécurité est réalisé à l’intention de toutes les personnes volantes.

On nous parle des différentes phases du vol et des annonces qui y seront faites [à retrouver dans la vidéo] :

• T-1 minutes, plusieurs annonces avant la montée de la parabole
• « pull up » début de la montée et donc des 1,8g ressentis
• « Injection » début de la phase d’impesanteur
• « 30 » il faut se préparer à aller vers le sol, sinon gare à l’atterrissage !
• « pull out » début de la phase d’hypergravité à 1,8g
• « steady flight » retour à des conditions normales de vol.

Un vol parabolique est en fait une succession de 31 paraboles, avec la première comme phase de cohésion pour les pilotes.

On a également les consignes de sécurité classiques d’un vol : « en cas de dépressurisation, il y a des masques à oxygène, … » . Mais quelques consignes sont plus spécifiques : il n’y a pas de toilettes à bord, donc « messieurs, vous avez des bouteilles et mesdames des sacs avec un embout spécial», ou bien, « ne volez pas au-dessus des expériences ».

Le médecin, le Docteur Thierry LERAÎTRE, spécialisé dans la médecine aérospatiale au CHU de Caen, nous parle des désagréments possibles lors d’un vol parabolique. Surtout des nausées causées par les modifications au niveau de l’oreille interne lors des phases d’hypergravité, très similaire au mal des transports. Mais pas de problème, il peut vous injecter avant le vol un peu de scopolamine pour vous éviter ces désagréments !

J0, J1 et J2 : 3 jours de vols paraboliques

Le planning des vols est relativement dense.

Le rendez-vous se fait tôt le matin, à 7h45 maximum chez Novespace, au bord de l’aéroport de Bordeaux-Mérignac pour confirmer les personnes qui voleront. Mais qui aurait l’idée de ne pas venir pour une telle opportunité ?

Vers 8h15, c’est le passage chez le médecin pour ceux qui veulent un peu de scopolamine. Personnellement, j’ai pris une très petite dose, au cas où (je n’avais pas été malade à mon premier vol en février sans médication mais ce n’était que 15 paraboles, pas 31).

Le décollage de l’avion s’effectue vers 9h30, et l’arrivée sur zone moins de 30 minutes après. Puis on est autorisé à partir de la zone arrière de l’avion où nous étions attachés à nos sièges. Et les paraboles peuvent commencer ! Et surtout les expériences !

Après 2 heures de vol environ, c’est le retour vers Bordeaux, suivi d’un débriefing des problèmes éventuellement rencontrés par les scientifiques.

Au bout des 3 jours de vol, si la météo a été clémente et qu’il ne faille pas un quatrième vol de compensation, les expériences sont démontées et retourneront dans leurs labos respectifs.

Les expériences embarquées

Sur cette campagne de printemps, ce sont 10 expériences très différentes qui étaient embarquées (voir aussi dans la vidéo) :

• « Principe d’équivalence faible d’atomes froids » par le Laboratoire Photonique, Numérique et Nanosciences de l’Institut d’Optique Graduate School (IOGS) avec le CNRS et l’Université de Bordeaux. Ils analysent la vitesse d’accélération d’atomes dans une enceinte sous vide sous 0g.
• « Propriétés mécaniques des empilements granulaires sous faibles pressions de confinement » par l’École Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles de Paris. Ils observent les forces de cohésion d’un milieu granulaire en envoyant des ondes dans ce milieu.
• La 54^e campagne de PROGRA2 VIS-IR du LPCE d’Orléans qui permet de constituer une base de données sur les propriétés optiques des particules en suspension. Cela aide notamment pour les interprétations des données des télescopes mondiaux sur les particules constituant les gaz interplanétaires ou les comètes.
• « Effets de la vision inversée sur le pointage, la préhension et la perception du temps pendant un vol parabolique » par le Centre de Recherche en Neuroscience de Lyon. La représentation de l’espace 3D est altérée en 0G. L’expérience sert à vérifier ou non l’hypothèse que la représentation du temps est aussi altérée en 0G car la représentation de l’espace 3D et la représentation du temps partagent les mêmes réseaux corticaux. Cette expérience est réalisée à bord de l’ISS également sous le nom de « Perspectives ».

• « Grasping Evaluation in New Environment for Proprioception Investigation » (GENEPI) (ou évaluation de la préhension dans un environnement nouveau pour la recherche en proprioception) de l’Institut de Neurosciences Cognitives et Intégratives d’Aquitaine. Ils évaluent les différences de force de serrage entre 1G et 0G, donc des modifications des retours sensoriels au niveau des mains et des bras.

• « FlexMove » ou « Flexibilité du contrôle du geste en environnement gravito-inertiel modifié » par l’Institut des Sciences du Mouvement Etienne-Jules Marey de l’Université d’Aix-Marseille.

• « AEROSOL » ou la recherche sur la combustion des brouillards par l’Institut de Combustion Aérothermique Réactivité et Environnement (ICARE) du CNRS d’Orléans
• Etude des gaz granulaires vibrés par l’Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux. L’étude vise à classifier les différents états dynamiques d’un groupe de billes en fonction du taux de remplissage d’une cavité et en fonction de la forme de la cavité.
• « Instabilité de Faraday entre fluides miscibles » par l’Université de Lille, l’Ecole Centrale de Lille et l’Université de Bordeaux
• « Aquapad » un nouvel outil de surveillance de l’eau microbienne pendant les missions spatiales habitées du CADMOS (CNES)

Ces expériences viennent de laboratoires français sélectionnés par un comité du CNES suite à un appel à propositions scientifiques. Dans certains cas, il a fallu plus d’un an de développement de l’expérience pour arriver jusqu’au vol.

Il y a aussi des expériences de lycéens dans le cadre du programme CNES Education-Jeunesse où des projets d’étudiants sont sélectionnés pour faire un vol parabolique (1 lycée par jour).  Pour cette campagne, ce sont les lycées Xavier Marmier de Pontarlier, Viala Lacoste de Salon-de-Provence et Jean Baylet de Valence-d’Agen.

Mes impressions de vol

Il s’agissait de mon deuxième vol parabolique et là je l’avoue, beaucoup moins d’inconnus. Donc j’étais beaucoup moins stressée. De plus, l’équipe de Novespace, pilotes, médecin et personnel naviguant chargé de la sécurité à bord et du support aux scientifiques, est vraiment très sympa et cela met en confiance tout de suite.

Les phases de 1,8G sont assez éprouvantes, surtout au début. Au fur et à mesure, je m’y suis habituée. D’abord assise, j’en ai fait quelques-unes debout vers la fin. J’ai eu l’impression qu’à chaque fois, quelque chose me tirait vers le bas, surtout à l’intérieur. Pour le visage, un vrai lifting !

C’est impressionnant comme les scientifiques sont concentrés pendant la phase d’impesanteur. Ils savent qu’ils n’ont pas beaucoup de temps pour faire leur expérience. D’ailleurs, j’ai eu l’impression que le temps s’arrêtait pendant les montées et les descentes de paraboles, tout le monde se fige ou presque, pour être prêts au moment de l’ « injection ».

La zone de « free floating » n’est malheureusement pas très grande. Alors même si vous êtes spectateur comme moi, il faut laisser la place aux scientifiques pour qu’ils se défoulent un peu et profitent aussi de ce moment fabuleux.

Fabuleux, oui car même si on est désorienté, surtout au début, les sensations sont tout à fait sans communes mesures avec ce qu’on peut ressentir sur Terre, même immergé dans une piscine.

Ce que j’en retiens, une énorme chance d’avoir pu participer à ce vol parabolique. J’ai découvert une équipe de Novespace motivée, aimant son travail et très professionnelle. J’ai rencontré des scientifiques qui font des recherches sur des sujets dont je n’avais jamais entendu parler jusqu’à présent. La proprioception par exemple, n’est pas un gros mot, mais un domaine de recherche avec des retombées sur la rééducation des personnes ou l’entrainement des astronautes (je vous encourage à regarder des vidéos sur le sujet en recherchant « simexplor »).

Au final, une expérience extraordinaire ! Je recommence quand vous voulez, même en cobaye s’il le faut 😉

Un énorme merci au CNES et plus particulièrement à Sébastien Rouquette et Claire Dramas.

Merci également à l’équipe de Novespace et associés : Frédéric, Eric, Thierry, Anne-Clotilde.

De belles rencontres avec Laurent et Thomas de Flexmove, et Cécile, Christine, Lucie, Florian et Frédéric de l’équipe d’Aquapad.

Toutes les photos dans cet album  : Vol parabolique CNES Novespace avril 2017

Ma vidéo du vol :