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Tubes à gaz pulsé

Publié le 3 décembre 2019
Pour des applications où le temps de vie et les vibrations induites sont des paramètres importants, ce qui est le cas pour les missions spatiales scientifiques (observation de la Terre, de l’univers, météorologie, etc.), la technologie des tubes à gaz pulsé (ou pulse tubes en anglais) est très adaptée.
Ces systèmes, reposants sur les oscillations d’une onde thermo-acoustique dans un tube, permettent d’atteindre des gammes de températures entre 4 K et 120 K. Plusieurs projets sont étudiés au DSBT afin de développer différentes gammes de tubes à gaz pulsé. En voici quelques exemples :


Le Large Pulse Tube Cooler
Avec ses partenaires, le DSBT a développé des tubes à gaz pulsé fonctionnant à 50 K, les Large Pulse Tube Coolers (LPTC). Maintenant transférés à Air Liquide, ce dernier a réalisé sur ce principe les modèles de vols pour les prochains satellites de météorologie (MTG), Thales Cryogenics fabriquant les compresseurs. Cette nouvelle génération de satellites permettra un bond en avant dans les prédictions météorologiques des années à venir. Deux autres programmes spatiaux sont également basés sur ces refroidisseurs, soit un total de 24 modèles de vols LPTC fabriqués.


Vue d'artiste du satellite Météosat Troisième Génération (MTG),
qui embarquera à son bord des tubes à gaz pulsé.

Basés sur des produits similaires, des modèles sol sont fabriqués par Thales Cryogenics pour des applications embarquées nécessitant un refroidissement important.


Le Pulse Tube 15 K
Développé en collaboration avec Air Liquide et Thales Cryogenics, à travers un programme de l’Agence Spatiale Européenne, ce tube à gaz pulsé propose plus de 400 mW de puissance froide disponible à 15 K. Il permet également d’évacuer 2 W à une température intermédiaire de 80 K. Ces performances l’ont qualifié pour faire partie des équipements de refroidissement qui seront embarqués sur les missions LiteBIRD (prévue pour 2028) et ATHENA (d’ici 2032).


Le PT15K est un tube à gaz pulsé étudié au DSBT (en doré, avec son compresseur)
Crédit Air Liquide.


Le Pulse Tube bi-étagé
Ce petit système couple deux étages, fonctionnant chacun sur le même principe de tube à gaz pulsé. Le premier étage atteint une température intermédiaire de 120 K, quand le deuxième peut fournir 420 mW de puissance frigorifique à 30 K. Compte tenu de sa petite taille (très compact, il tient dans la main avec ses 15 cm de hauteur par 10 cm de diamètre), il propose des performances uniques sur le marché européen pour cette gamme.


Tube à gaz pulsé bi-étagé.