Etude et modélisation d'impacts hautes et basses vitesses sur des matériaux et structures de satellites

Résumé :

La protection des satellites face à la menace d’impacts hypervéloces des débris spatiaux requiert le développement de  structures de protection qui soient légères, résistantes et qui supportent l’environnement spatial. Pour relever ce défi, notre attention s’est tournée vers les structures multi-boucliers, communément appelées Whipple Shield, qui exploitent la fragmentation et l’expansion progressive du projectile lors de l’impact sur des boucliers successifs.

Dans ces travaux de thèse, l’attention est portée sur la compréhension des phénomènes mis en jeu lors de tels impacts et sur leur prédiction à partir d’essais de caractérisation et de qualification de la menace. Une modélisation par des simulations numériques est également associée à l’approche.

Dans un premier temps, chaque matériau d’étude a fait l’objet d’une caractérisation et d’une modélisation numérique en se basant sur des données de la littérature et divers essais dynamiques.

L’emploi de ces modèles dans des simulations d’impacts par lanceur fournit des résultats probants en termes de forme et de vitesse de nuage de débris induits et estime correctement les tailles des débris présents dans le nuage.

Ces simulations, réalisées avec le module SPH de LS-DYNA, viennent étoffer notre connaissance du comportement des matériaux sous choc. A partir des résultats d’essais et de simulations, une analyse est ensuite menée afin d’identifier les points forts et les points faibles de chaque matériau. Une optimisation de structure est enfin proposée pour assurer, avec une masse la plus faible possible, la résistance du bouclier face à une large gamme de débris et de vitesse d’impact.

Mots clés : Impact hypervéloce, simulation numérique, composite, Whipple Shield, lanceur, satellites, débris spatiaux

Composition du jury :

Rapporteurs :

• Alessandra BENUZZI-MOUNAIX, HDR, Directrice de recherche CNRS - Laboratoire pour l'Utilisation des Lasers Intenses - Palaiseau
• Eric DELETOMBE, HDR, Directeur de Recherche, ONERA - Lille

Examinateurs :

• Jean-Christophe SANGLEBOEUF, HDR, Professeur des Universités, Institut de Physique de Rennes
• Christian DURIN, Dr Ing., Chef de service CNES - Paris

Encadrement :

• Michel ARRIGONI, HDR, Professeur de l'ENSTA Bretagne, Directeur de thèse, IRDL/Brest
• Jean-Marc CHEVALIER, HDR, Ingénieur de Recherche, CEA-CESTA - Le Barp
• Steven KERAMPRAN, Maître de Conférences de l'ENSTA Bretagne, IRDL/Brest