Taranis, microsatellite du CNES

C’est avec beaucoup de tristesse que nous avons appris à l’UFR de Physique la perte de Taranis lors de son lancement le 17 novembre 2020. Cet échec met un coup d’arrêt brutal (mais certainement temporaire) à des projets scientifiques passionnants, élaborés sur le long terme, souvent plusieurs années d’investissements et d’implications. Ces participations avaient été portées remarquablement par les équipes du laboratoire d’APC et du CNRS. D’ailleurs, Taranis était équipé de l’instrument XGRE, entièrement développé et réalisé par le laboratoire APC : une fierté pour nous tous.

TARANIS, UN MICROSATELLITE DÉDIÉ À L’ÉTUDE DES ORAGES

Taranis est un satellite du CNES dédié à l’étude des phénomènes atmosphériques lumineux ultra-rapides liés à l’activité orageuse. Parmi ces phénomènes, on peut citer les TLE (Transient Luminous Events, flashs optiques se présentant sous diverses formes, sprites, blue jets ou encore red giants), les TEB ((Terrestrial Electrons Beams) bouffée d’électrons, et les TGF (Terrestrial Gamma-ray Flashes), des flash gamma rapides visibles depuis l’espace.

Taranis embarque huit instruments scientifiques qui permettront d’effectuer des images dans le domaine visible, des mesures de champs électrique et magnétique, de détecter les électrons ainsi que de mesurer les photons X et gamma. TARANIS sera lancé en novembre 2020 sur une orbite héliosynchrone à 600-700 km d’altitude.

Le laboratoire AstroParticule et Cosmologie (APC), de par son expertise en spectrométrie gamma, a pris en charge, sous maitrise d’œuvre CNES, la conception, le développement ainsi que les activités d’assemblage, d’intégration et de validation de l’instrument XGRE (X-ray, Gamma-ray and Relativistic Electrons detectors). Ce spectromètre gamma est dédié à la détection des TGFs et des TEB.

Le satellite Taranis en cours d’essais en vide thermique (Crédit CNES)

LES TGF

Ces phénomènes ont été découverts fortuitement par l’instrument CGRO/BATSE (NASA), dédié à l’étude des phénomènes gamma transitoires dans l’Univers et confirmés par le satellite RHESSI (NASA) dédié à l’observation du soleil à haute énergie.

On pense qu’il s’agit du rayonnement de freinage des électrons produit par un phénomène d’avalanche au-dessus des régions orageuses comprise entre 10 à 20 km d’altitude. Il est possible que l’avalanche soit déclenchée par l’interaction d’un rayon cosmique, rayons aussi responsable des grandes gerbes atmosphériques vues, par exemple, par l’expérience AUGER en Argentine. L’atmosphère absorbant les rayonnements de basse énergie, une mesure de la coupure à basse énergie du spectre gamma permet de déterminer l’altitude de la région émettrice.

Satellite TARANIS

XGRE

L’instrument XGRE, embarqué à bord de Taranis, a une surface de détection totale de 900 cm2. Il permettra de mesurer à la fois les propriétés des électrons et des photons, et de connaitre leur dépôts d’énergie, dans la gamme 20 keV-10 MeV pour les photons, et de 1 MeV à 10 MeV pour les électrons. XGRE, de par son électronique rapide, pourra aussi dater chaque TGF et TEB avec une précision de l’ordre d’une microseconde. Lors de la détection d’un TGF brillant, il pourra alerter les autres instruments, ce qui permettra de mesurer cet évènement à plusieurs longueurs d’onde. De plus, il pourra localiser la zone d’émission du TGF (avec une précision de l’ordre de 30°) et mesurera le plus précisément possible la position de la coupure spectrale à basse énergie indiquant l’épaisseur de l’atmosphère traversée par les rayons gamma.

L’instrument possède 3 senseurs, à base de scintillateurs. Chaque senseur est composé d’un scintillateur inorganique en bromure de lanthane (LaBr3) central, enserré par 2 scintillateurs plastique. Les scintillateurs en plastique sont bien adaptés à la détection d’électrons et le LaBr3, nouveau type de scintillateur, est un bon spectromètre gamma ; il est aussi très rapide. Ces scintillateurs sont lus par des photomultiplicateurs, eux-mêmes lus par une électronique rapide développée à l’APC. Toutes les données seront ensuite envoyées vers l’ordinateur de bord du satellite qui les transmettra régulièrement à la Terre via une liaison radio.

Senseurs XGRE en test de bonne santé

DÉVELOPPEMENTS TECHNIQUES

Le projet TARANIS comprend jusqu’à 7 instruments, dont le capteur XGRE mesurant les particules gamma et les électrons relativistes des flashs de très haute altitude.

L’instrument XGRE est composé d’un capteur et d’une carte analyseur (sous CNES), l’APC étant responsable du capteur.

Le développement de ces trois capteurs a nécessité l’expertise de l’équipe projet dans tous les domaines suivants:

Instrumentation
Mécanique
Électronique
AIT / AIV
AQ et AP

Vue d’artiste du satellite Taranis et des phénomènes lumineux transitoires (Crédit CNES)

Les trois senseurs de l’instrument XGRE sont composés chacun d’un capteur et d’une carte analyseur. L’APC est responsable des capteurs ; les analyseurs étant sous responsabilité CNES.

Le développement de ces trois senseurs a nécessité une expertise technique à l’APC dans tous les domaines de l’ingénierie (électronique, instrumentation, mécanique, Assemblage Intégration et Test/Validation (AIT/V), management, assurance qualité et assurance produit) ainsi qu’une très bonne organisation interne et une étroite communication avec les partenaires afin de répondre aux contraintes spécifiques des missions spatiales.

Plus de détails sur la mission et l’instrument sont disponibles en suivant le lien ci-dessous :

http://www.apc.univ-paris7.fr/APC_CS/fr/taranis-0

https://www.apc.univ-paris7.fr/APC_CS/fr/etalonnage-des-senseurs-xgre-taranis-ready-launch