Des chercheurs européens et émiratis ont démontré pour la première fois en microgravité que des cubes d’aérogel de graphène peuvent être accélérés par simple impulsion laser. L’expérience menée lors d’un vol parabolique de l’Agence spatiale européenne en mai 2025 pourrait conduire au développement de systèmes de propulsion sans carburant pour les satellites.
Dans l’obscurité d’une chambre à vide, trois cubes d’aérogel de graphène flottent en apesanteur. Un faisceau laser les frappe, et en moins de trente millisecondes, les matériaux ultralégers sont propulsés vers l’avant. La scène, capturée lors d’un vol parabolique de l’Agence spatiale européenne (ESA), pourrait marquer un tournant dans l’exploration spatiale.
La révélation de la microgravité
L’expérience, conduite par une équipe internationale de l’Université Libre de Bruxelles et de l’Université Khalifa d’Abou Dabi, a mis en lumière un phénomène jusqu’alors masqué par la gravité terrestre. « La réaction a été foudroyante. Avant même d’avoir eu le temps d’esquisser un clignement d’œil, les aérogels de graphène ont subi de fortes accélérations. Tout s’est joué en 30 millisecondes », rapporte Marco Braibanti, scientifique de projet à l’ESA.
Les tests réalisés au sol n’avaient révélé qu’un mouvement à peine perceptible. C’est dans les conditions de microgravité obtenues lors de la 86e campagne de vols paraboliques de l’ESA, en mai 2025, que le potentiel propulsif du matériau s’est pleinement manifesté. Les chercheurs ont placé les cubes d’aérogel dans une chambre à vide et les ont soumis à un tir laser continu, tandis qu’une caméra haute vitesse enregistrait les déplacements.
Un mécanisme modulable
L’équipe a observé que l’intensité de l’accélération dépend directement de la puissance du laser. « L’impulsion laser déclenche un pic d’accélération marqué, après lequel les aérogels ralentissent », précise Marco Braibanti. La capacité de modulation ouvre désormais des perspectives pour des applications de contrôle précis.
Les aérogels de graphène combinent deux propriétés essentielles :
- La conductivité électrique du graphène
- La structure poreuse et ultralégère caractéristique des aérogels
La combinaison obtenue optimise la conversion de l’impulsion photonique en poussée mécanique, un phénomène connu sous le nom de pression de radiation mais rarement exploité avec une telle efficacité.
Vers une propulsion sans carburant
Les résultats, publiés dans la revue Advanced Science fin mars, intéressent particulièrement les ingénieurs spatiaux. « Nous ouvrons la voie à un avenir où la propulsion se passe d’ergol. Les aérogels de graphène ultralégers sont l’exemple parfait d’un matériau innovant, conçu en laboratoire, qui pourrait nous faire économiser de grandes quantités de carburant et d’équipements dans l’espace », explique Ugo Lafont, ingénieur en physique et chimie des matériaux à l’ESA.
Les applications potentielles concernent principalement :
- La propulsion à voile solaire pour les missions interplanétaires
- Le contrôle d’attitude des petits satellites en orbite terrestre
- La réduction de la masse des systèmes propulsifs
Cette approche éliminerait le besoin de transporter des ergols liquides ou solides, simplifiant considérablement la conception des engins spatiaux et prolongeant leur durée de vie opérationnelle.
Un champ de recherche en expansion
La démonstration en microgravité représente une étape significative, mais la recherche en est encore au stade des sciences fondamentales. L’ESA poursuit ses investigations à travers son équipe thématique Enable, un groupe de travail dédié à l’évaluation des applications spatiales des matériaux bidimensionnels.
Des études antérieures avaient déjà observé des phénomènes de lévitation induite par la lumière et de rotation à l’échelle nanométrique dans le graphène. Cependant, les résultats des vols paraboliques constituent la première preuve expérimentale d’une poussée contrôlable et modulable en conditions spatiales simulées.
Le chemin vers des applications opérationnelles reste long. Les chercheurs doivent encore caractériser avec précision les performances du système à différentes échelles, évaluer sa durabilité dans l’environnement spatial réel, et développer des méthodes de fabrication industrielle pour ces matériaux spécialisés. Néanmoins, cette expérience ouvre une nouvelle piste dans la quête permanente d’alternatives aux systèmes de propulsion conventionnels, une quête qui anime les agences spatiales depuis les débuts de l’ère spatiale.
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