Observatoires de l'inaccessible [Pendant ce temps...] • Étude No 6

PLUTO’S HARE (Le lièvre de Pluton)

Nicolas Reeves et le laboratoire NXI Gestatio

  Fig. 1 • Le site choisi pour la performance est l'Etna, ou Mongibello, en Sicile.  Sa proximité avec les villages voisins et la ville de Catane, ainsi que la présence d'infrastructures touristiques et de refuges sur ses flancs, en font un site optimal pour la performance envisagée.

« Le lièvre de Pluton » est une performance expérimentale qui consiste à lâcher dans le puits d'un cratère volcanique une sonde  munie de caméras multiples, en rotation sur elle-même, qui filme les parois et le lac de lave tout au long de sa chute et en retransmet les images par wifi à une station au sol. La sonde tombe selon une chute libre ralentie par deux hélices contra-rotatives qui jouent le rôle de parachutes. L’une est légèrement  plus grande que l’autre de façon à ce que la sonde adopte un lent mouvement sur elle-même, afin que les caméras puissent balayer toutes les parois du gouffre. Les premières analyses du design ont conduit à un objet piriforme, assez compact, muni de trois pattes amortissantes. La forme globale, hélices incluses, évoquant un lièvre, le nom « Lièvre de Pluton » a été donné en référence au Lièvre de Mars du livre Alice au pays des merveilles.

La descente se déroule en deux phases : une phase en chute contrôlée à vitesse constante,  suivie d'une phase où elle se pose sur le lac de lave et transmet ses données jusqu’à ce que ses équipements cessent de fonctionner à cause de la chaleur. De par ses matériaux, la sonde ne fondra pas : la température des laves est inférieure au point de fusion des matériaux dont elle sera constituée.

Les images transmise spar la sonde seront affichées en temps réel sur un site situé au plus près du cratère, et diffusée sur internet pour générer une performance déportée dans un environnement immersif, également en temps réel. La performance totale ne dure pas plus de quelques minutes. Selon le design final adopté, il sera possible de lancer plusieurs sondes (de 4 à 6) successivement.

Fig. 2 et 3 - Première maquette de la sonde, montrant le design préliminaire obtenu suite aux premières études de contraintes. On distingue la forme en oreilles de lièvres des pales des hélices. La forme des pattes et des pieds doit permettre un atterrissage en douceur sur le lac de lave.

Le lieu prévu pour cette performance est l'un des cinq cratères de l'Etna, en Sicile. Avec ses dizaines d'éruptions par siècle, haut de 3330 mètres, l'Etna est l'un des volcans les plus actifs d'Europe et du monde. Il a été choisi pour cette raison d'abord, mais également pour sa facilité d'accès, qui simplifie les problèmes logistiques, ainsi que pour la présence à mi-hauteur de ses flancs d'une infrastructure touristique propre à présenter auxs visiteurs la diffusion en temps réel de la chute. Le cratère choisi est Baptisé "la Voragine"; il est surnommé "Cratère de l'Italienne" par les guides locaux en raison d'une légende tenace liée à un accidentl vraisemblablement imaginaire survenu à une touriste. Jumelée au cratère dit Sud-Est, la Voragine possède un puits très profond : en 2010, le lac de lave de sa zone active se trouvait à plus de 4000 mètres du sommet, soit plus bas que le niveau de la mer.

Fig. 3 • Images du sommet du volcan, avec les deux cratéres jumeaux dits "de la Voragine", sélectionné pour l"expérience (à droite) et "Sud-Est" (à droite).

Le principal défi de la Ligne de Pluton est de faire en sorte que les transmissions d'images durent le plus longtemps possible, et donc de donner à la sonde une isolation thermique aussi poussée que possible. À cette fin, elle sera composée de deux segments, ou étages, dont la longueur totale est d'environ 1 mètres.

Le segment inférieur, ou segment principal, est une torpille compacte de forme ovoïde qui comporte deux coques concentriques. La coque intérieure est faite de ciment réfractaire mince, un matériau peu coûteux et simple à mettre en œuvre, qui résiste à plus de 2000 degrés; les laves les plus chaudes ne dépassent pas 1200 degrés. La coque extérieure est faite d'une céramique à base de mica, ou biotite, qui résiste à des températures supérieures à 1500 degrés. Les deux coques sont séparées par un espace d’un à deux centimètres, rempli d'une mousse de céramique. Sur l’ équateur de la sonde ainsi qu’à sa base s'ouvrent quatre à six hublots de petite taille destinés aux prises de vue. Ils sont recouverts de lames de mica transparentes.  Des caméras à haute définition, aptes à la prise de vue en basse luminosité, ainsi que les équipements de transmission et les batteries, sont logés dans la  coque intérieure.

Le segment supérieur comporte deux hélices contrarotatives horizontale à rotation libre et à grandes pales (environ un mètre), faites en alliage de céramiques. L'une est légèrement plus grande que l'autre. Lorsque la sonde est lâchée, elles entrent en rotation du fait même de la chute. Elles t agissent comme un parachute qui ralentit considérablement la descente et permet une descente ralentie à vitesse constante. Comme pour un hélicoptère, la rotation opposée des deux hélices assure la conservation des moments cinétiques, et empêche la sonde d'entrer en rotation sur elle-même, ne conservant qu'un léger mouvement de rotation permis par la différence de taille, et nécessaire aux prises de vue sur 360 degrés.

Fig. 4 • Sommet de l'Etna en atmosphère dégagée. Les deux cratères de la fig. 2 se trouvent en arrière-plan. La couleur jaune indique les dépôts de soufre provenant des fumées et des fumerolles, et traduisent la nature toxique de l'atmosphère aux moments où le volcan fume abondamment.

La sonde présente un très haut degré d'isolation thermique qui prévient tout risque de fusion avant le contact avec la lave. Toutefois, les températures à l'intérieur pourront assez rapidement atteindre des niveaux critiques susceptibles d'empêcher le fonctionnement normal des appareils. Si jamais cela arrive, un relais thermique provoquera soit la séparation des hélices et de la sonde, soit l’arrêt des hélices, peu avant que ce point critique ne soit atteint, laissant cette dernière tomber en chute libre en poursuivant sa rotation. Les images de cette seconde phase devront être transmises à un rythme accéléré. L'objectif est de permette à la sonde de toucher le lac de lave et d'en transmettre quelques  images alors qu'elle flotte à sa surface, avant que la température n'interrompe toute communication.

Fig. 5 • Bouche active du cratère de la Voragine. Un lac de lave s'étend au fond du puits à droite. Selon l'état d'activité du volcan, il peut se trouver à plus de quatre mille mètres du sommet. Selon l'état du volcan au moment de la performance, c'est dans ce puits, ou dans un puits équivalent, que la sonde de la Ligne de Pluton sera lâchée en chute libre.

La sonde en chute libre contrôlée constitue l’un des seuls moyens d'atteindre et de filmer des environnements aussi hostiles que le fond de puits de cratères de façon sécuritaire. Plusieurs expériences ont été tentées pour filmer des cratères et des éruptions volcaniques à partir de drones; on les trouve aisément sur internet. De très belles images ont été obtenues, mais elles sont prises à haute altitude et à distance respectable (plusieurs centaines de mètres au-dessus des cratères). L' autonomie des drones est insuffisante pour atteindre des régions aussi profondes que celles envisagées pour le Lièvre de Pluton. Les rares expériences qui ont été tentées pour filmer des lacs de lave de près avec des drones se sont déroulées à proximité de cratères peu profonds. Elles se sont quasiment toutes soldées par la destruction des drones après des temps très courts, ne générant en fin de compte que peu d'images remarquables.

Fig. 6 • Simulation. Un observateur en tenue isolante contemple la descente d’un Lièvre de Pluton dans le puits volcanique au moment où le lac de lave se trouve très près du sommet du cratère.

Fig. 7 • Simulation. Descente du Lièvre de Pluton le long du puits volcanique.

Comme toutes les études du projet des Observatoires de l'Inacessible, le Lièvre de Pluton est un projet de recherche-création, dont les retombées concerneront plusieurs disciplines. Par sa vitesse de chute, par le nombre de ses caméras, ainsi que par les régions qu'elle rejoindra, il permettra non seulement de produire une performance unique, mais génèrera dans le même temps suffisamment de données pour reconstruire un modèle 3D du puits du cratère. Ce modèle, ainsi que les images recueillies, seront du plus grand intérêt tant au niveau artistique que sur le plan scientifique.