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Un simulateur d’aurores polaires
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La Terrella Cubica de l’Université d’Aalto, en Finlande

À l’Université d’Aalto, à Helsinki, en Finlande, l’équipe de physique des plasmas spatiaux dirigée par le professeur Esa Kallio a eu l’idée de reconstruire une Planeterrella à partir de zéro en utilisant l’expertise et des matériaux de construction internes. La conception de la chambre à vide devrait être de forme cubique, comme un clin d’oeil à l’expérience originale de Birkeland, optimiser le champ de vision pour la photographie sans déformations dues au verre bombé, et aussi un espace plus utilisable. La question était : pouvons-nous vraiment faire tout cela à l’Université, en utilisant seulement le personnel et les équipements disponibles sur le site ?

Le projet "Terrella Cubica" était né. Au cours du printemps 2014, un doctorant de l’Université Aalto, l’étudiant Tomi Kärkkäinen, a créé les premiers modèles de CAO (fig. 1) et a commencé à travailler sur la fabrication de la partie la plus difficile techniquement du projet : une structure unique en aluminium, qui devait être assez solide pour ne pas se plier sous l’énorme différence de pression entre l’intérieur et l’extérieur de la boîte.


Fig. 1 : La phase de design de la Terrella cubica. Depuis les premières esquisses (à gauche) au design final (au centre et à droite) (crédit Tomi Kärkkäinen)

En Septembre 2014, la structure en aluminium a été construite à la fonderie de l’Université sous la supervision de Tomi (Fig. 2, à gauche). Sur chaque face, deux rainures ont été usinées pour le montage de deux joints en caoutchouc sur lesquels les fenêtres de verre reposeraient, assurant là l’expérience d’être aussi hermétique que possible. Après des calculs sur la solidité et l’épaisseur nécessaire, les fenêtres en verre de 12 mm d’épaisseur ont été commandées à l’extérieur selon les spécifications de notre expérience et installées .

Les petites pièces (sphères, socles) ainsi que la plaque de base ont été créés manuellement de toute pièce, à partir de matériaux commerciaux bruts usinés par une technique de fraisage manuelle ou CNC (Computer Numerical Control). Des aimants en néodyme d’une intensité de 1 Tesla sont utilisés dans la configuration actuelle.

La première version de la Planeterrella montée à partir de Mars 2015 est montrée sur la figure. 2 (à droite).

Fig. 2 : Fabrication et phase de montage. On voit le cadre de la Terrella, en aluminium, après usinage (à gauche). Première version de l’expérience montée à l’Université d’Aalto (à droite). (crédit Cyril Simon Wedlund)

Près d’un an après le début de cette aventure, pris sur notre temps libre, la "première lumière" a eu lieu en Avril 2015, avec des résultats prometteurs (Fig. 3). La plupart des configurations de Planeterrella originelle peuvent être reproduits.

Le but de l’expérience est de servir au cursus universitaire "physique de l’espace" du Département de génie électrique de l’Université Aalto, en montrant phénomènes plasma de base, tels que les ovales auroraux, le courant annulaire, ou le rôle de la force de Lorentz et l’écran Debye, qu’on ne peut habituellement voir qu’au moyen d’instruments à bord de missions spatiales.


Fig. 3 : Phase de test : anneau de courant ’incliné’ (à gauche), ovale auroral (au centre) et configuration solaire multipolaire’ (à droite). (crédit Esa Kallio, Cyril Simon Wedlund & Markku Alho)

Un résumé du projet est disponible sur le site Web de l’équipe ( http://space.aalto.fi/outreach.html ).

Contacts :
Prof. Esa Kallio, esa.kallio_AT_aalto.fi
M.A. Tomi Kärkkäinen, tomi.j.karkkainen_AT_aalto.fi
Dr. Cyril Simon Wedlund, cyril.simon.wedlund_AT_aalto.fi
Website : http://space.aalto.fi/

Addresse
Aalto University,
School of Electrical Engineering (ELEC), Department of Radio Science and Engineering (RAD),
P.O. Box 13000
FI-00076 Aalto, Finland

Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG)