6 mois à Yale University pour Maxime

Quelle a été ta motivation à réaliser un stage à Yale University ?

 J’ai donc eu l’opportunité d’échanger avec Pr. Juan de la Mora, enseignant-chercheur à l’Université de Yale, spécialisé en propulsion spatiale par électrospray. Celui-ci m’a proposé un stage de 6 mois au sein de son laboratoire de mars à août 2022.

Quel a été le sujet de ton stage ?

Les cubesats sont l’un des moyens les moins chers et les plus efficaces d’aller dans l’espace. En 2013, la NASA a commencé à réfléchir à des systèmes de propulsion très efficaces pour permettre aux engins spatiaux comme les cubesats ou les microsatellites de s’orienter, de manœuvrer, et même de changer leur propre orbite. La technologie de propulsion qui intéresse beaucoup la NASA est appelée propulsion par électrospray ionique. La propulsion par électrospray utilise des liquides ioniques, qui sont la clé de ce type de système de propulsion électrique. Selon la qualité de notre électrospray nous pouvons générer de nombreux ions à étudier, dans notre cas nous avons pu identifier et analyser les ions en partant du monomer (n=0) jusqu’au decamer (n=9) pour les liquides ioniques EMI-FAP, EMI-BF4 et THABr. Ces ions peuvent souffrir d’une évaporation neutre pendant la phase d’accélération après avoir été extraits de la pointe du cône d’électrospray. Lorsque cela se produit, il y a une perte d’énergie qui affecte négativement l’efficacité propulsive du propulseur. Cette recherche s’est donc concentrée sur l’étude de la cinétique de l’évaporation de ces ions extraits de différents liquides ioniques.

En quoi s’est résumé ton travail ?

Lors de mon stage, j’ai donc optimisé un instrument appelé « Tandem Differential Mobility Analyzer (DMA) » afin d’étudier la cinétique de l’évaporation des différents ions mentionnés ci-dessus. Le premier DMA permet de sélectionner un ion parent en particulier en appliquant un voltage spécifique. Entre les deux DMA se trouve un inter DMA pipe, possédant une température égale au premier DMA. L’ion parent sélectionné va en partie s’évaporer dans cet inter DMA pipe. Le second DMA permet donc de classifier les nouveaux produits issus de l’ion parent. En effet un collecteur d’intensité (en fA) est présent dans le second DMA. Par exemple, à une température donnée, nous pouvons sélectionner le Trimer du liquide ionique EMI-BF4 dans le premier DMA. Après évaporation dans l’inter DMA pipe nous obtiendrons une certaine quantité de monomer, dimer et trimer dans les collecteurs contenus dans le second DMA.

De cette évaporation, nous pouvons donc déduire les quantités suivantes, essentielles à la caractérisation de l’évaporation : l’énergie d’activation et le taux d’évaporation.

Lors de mon arrivée, l’instrument présentait plusieurs problèmes. Premièrement, afin de pouvoir interpréter les données, nous souhaitions conserver un flux laminaire dans le premier DMA et l’inter DMA pipe. L’ancien inter DMA pipe possédait plusieurs sauts créant ainsi des zones de recirculation, brisant le mode laminaire de notre flux. J’ai donc dû concevoir un nouvel inter DMA pipe possédant un diamètre homogène au semi-conducteur présent dans le premier DMA, afin de rester dans le régime laminaire. De plus, l’instrument présentait de nombreuses fuites, non-tolérables afin d’obtenir de bonnes données. J’ai donc passé 4 mois sur 6 à réparer, modifier et optimiser certaines parties dans le but d’obtenir à la fois une bonne résolution pour différencier les différents ions mais aussi un signal important pour effectuer une bonne analyse des données. Durant les deux derniers mois, j’ai pu réaliser de nombreuses expériences en plus d’aider mon superviseur dans la réalisation d’une théorie complète sur l’évaporation des différents ions. Les données que j’ai récoltées et la théorie développée par mon superviseur feront donc l’objet d’une publication dans un journal scientifique de renom.

Et après ?

Par le biais de ce stage, j’ai pu faire partie d’une équipe de recherche dans une université mondialement connue et prestigieuse, en plus de découvrir et d’assimiler la méthode américaine. Je m’oriente donc vers un stage de fin d’études dans le même domaine qu’est la propulsion spatiale, possiblement au Jet Propulsion Laboratory de la NASA.

Enfin, je souhaite mentionner que les enseignements et les méthodes acquises au sein de notre Institut m’ont permis de rapidement m’adapter à l’environnement de mon laboratoire. J’ai pu ainsi développer une autonomie complète dans mon travail qui m’a mené à l’obtention de données qui seront publiées.