Expériences sans gravité : déplacer des objets sans les toucher, avec la force du son !

Dans le cadre de l’étude de l’Agence spatiale européenne (ESA) « Ultrasonic Tweezers », ou pinces à ultrason en français, les astronautes cherchent à contrôler des matériaux avec la force du son. En réalité, la manipulation sans contact existe déjà depuis 1987 sous la forme d'une pince optique. Cette technique est communément utilisée en biologie pour déplacer délicatement des cellules. Par contre, elle ne fonctionne pas sur une grande variété d'objets, d'où l'intérêt d'étudier des pinces utilisant le son. Celles-ci s'avèrent efficaces sur une multitude de tailles et de matériaux. 

Le fonctionnement des pinces acoustiques

L'appareil, tenu par Thomas PesquetThomas Pesquet sur la photo ci-dessous, envoie sur l'objet à manipuler des faisceaux d’ultrasons, et en le rencontrant ces derniers exercent une certaine force. De cette façon, une sorte de piège est formé, et le matériau ne peut plus y échapper. En déplaçant le faisceau acoustique, qui est d'ailleurs inaudible pour l'oreille humaine, l'objet bouge aussi vers une nouvelle position, à distance, précisément, et sans aucun contact. Dans les laboratoires de l'ISSISS, les tests menés consistent à attraper des objets de différentes compositions, poids et formes, à les déplacer et à les relâcher. 

Sur Terre, cet exploit a déjà été réalisé, mais de façon limitée. Tout d'abord, seulement des objets très légers ont été soulevés, tels que du polystyrène. Puis cela s'est fait verticalement, à l'opposé de la force de gravité terrestre. Maintenant que ces manipulations, tout de même impressionnantes, ont été un succès, l'objectif pour les astronautes a été de les compliquer un peu : utiliser des objets plus lourds, et faire varier les directions. Dans ce contexte, ils ont par exemple réussi à manipuler des petites billes en plastiqueplastique.

Exemple d'objet qui a été saisi et déplacé par les pinces à ultrason : des billes en plastique de cinq millimètres, liées entre elles. © Cnes, S. Rouquette, Nasa

Utile dans l'espace, encore plus sur Terre

Que ce soit sur Terre ou sur l'ISS, la possibilité de manipuler sans aucun contact rend la procédure bien plus sanitaire, et évite les risques de contaminationcontamination. Cela s'applique aux laboratoires spatiaux et terrestres lors de procédures de recherche, mais aussi dans un contexte d’exploration spatiale lorsqu'il faut récupérer des échantillons de sol par exemple. Les avantages ne s'arrêtent pas là. Les pinces acoustiques faciliteront l'étude de substances dangereuses comme les virus (thème actuel !), les bactériesbactéries ou les produits chimiques. Enfin, cela pourra s'avérer très utile dans le domaine médical, facilitant par exemple l'administration ciblée de traitements, mais aussi le retrait par procédure non invasive des calculs rénauxcalculs rénaux, à la formation desquels les astronautes sont d’ailleurs propices.

Différentes sortes de calculs rénaux, que les pinces à ultrason pourraient permettre d'éliminer plus facilement. © Karina, Adobe Stock