La rouille, protectrice de l’électronique spatiale

L’espace est loin d’être vide. Au contraire, il est baigné de rayonnements mettant en péril l’électronique embarquée. Comment se protéger de ces rayons délétères ? La réponse pourrait venir d’un papier publié en janvier 2020 par deux chercheurs de la NCSU (North Carolina State University). Les chercheurs Michael DeVanzo et Robert B. Hayes (professeur associé d’ingénierie nucléaire) ont proposé dans Radiation Physics and Chemistry un bouclier composé d’un matériau étonnant : la rouille !

Le milieu interstellaire est constamment parcouru de rayonnements ionisants. Ils apparaissent lors de « la suppression d’un électron lié à un atome », explique Robert Hayes. « Cela peut se produire avec l’ultraviolet ou une lumière encore plus énergétique ». Ces rayons X ou même gamma risquent d’endommager les circuits électroniques des missions spatiales. Et ils ne représentent pas l’unique menace. Les rayonnements de particules chargées, eux, ne se contentent pas d’ioniser l’environnement qu’ils traversent… « Le mouvement des atomes […] tend à créer des vides […] au sein de la structure », précise Robert Hayes. Qu’il soit produit par un noyau d’hydrogène ou d’hélium, un rayonnement de haute énergie « cause bien plus de dégâts que des photons ».

Fini les poudres, place aux oxydes

La protection traditionnelle employée par les missions spatiales est l’enveloppe structurelle en aluminium, avec « un bon équilibre » entre solidité et légèreté. Il ne faut pas oublier que le poids représente « la partie la plus coûteuse » lors d’un lancement spatial. Chaque gramme de charge utile doit être accéléré jusqu’à la vitesse de libération du corps céleste auquel il souhaite s’arracher. Dans le cas de la Terre, cette vitesse s’élève à plus de 40 000 km/h. Les engins spatiaux sont donc construits selon un compromis entre résistance physique et poids. Mais on ne peut se satisfaire indéfiniment d’un compromis. « Notre bouclier est taillé pour des circuits imprimés individuels, avec une meilleure valeur de protection au poids », annonce Robert Hayes. Pour y parvenir, les chercheurs ont préféré la rouille et autres oxydes métalliques aux poudres. Mais quels avantages propres aux oxydes ont motivé leur choix ?

D’abord, ils « fournissent un matériau de numéro atomique élevé […] mais aussi faible », décrit Michael DeVanzo. En réalité, le numéro atomique élevé provient du métal, le faible de l’oxyde. Le métal, à l’important coefficient d’atténuation de masse, protège les systèmes contre les photons, quand l’oxyde permet la dispersion des neutrons. Pour ce dernier cas, Michael DeVanzo propose l’exemple du billard et du bowling : « les boules de billard se dispersent, tandis que la boule de bowling roule sur les quilles ». Ensuite, un oxyde métallique peut « rester uniforme […] contrairement aux poudres ». Instables, elles ont tendance à se déplacer à l’intérieur de la structure. Les oxydes, une fois mélangés et appliqués correctement, y restent bien ancrés. Enfin, Robert Hayes rappelle un bonus non négligeable : « ils sont bien moins chers » ! Certes, le bout du voyage n’est pas pour tout de suite. Toujours est-il que cette découverte « devrait permettre de rendre l’électronique spatiale plus résistante, plus abordable, voire les deux ». De quoi laisser rêver d’un avenir prometteur pour l’exploration spatiale humaine.