18 Octobre 2009

Des BTS en route pour Mars

Des étudiants ont construit une maquette du rover martien Curiosity

Du scientifique à l'étudiant

Sylvestre Maurice, astronome au CESR, responsable de la partie française d'un instrument à bord du rover Curiosity de la mission MSL (Mars Science Laboratory) de la NASA a eu l'idée d'associer des étudiants à sa passion et son travail...

Une maquette pour communiquer sur Mars Science Laboratory et expliquer ChemCam

« Je suis le co-PI (prononcer à l'anglaise : co-"Pi" "Aïe" pour Principal Investigator !) de ChemCam, pour le projet MSL ».

Si Sylvestre Maurice s’y était pris comme ça pour expliquer ce qu’il fait dans la vie, personne n’y aurait rien compris, sauf peut-être les spécialistes de l’espace et quelques initiés.

Afin de partager ses connaissances et l’objet de sa mission avec le public, cet astronome du Centre d’Etudes Spatiales du Rayonnement / Observatoire Midi-Pyrénées (CESR/OMP), a eu l’idée de créer une maquette du rover martien Curiosity qui permettrait de communiquer plus aisément sur son projet.

L’objectif était double. Il fallait attirer l’attention du public français sur Mars Science Laboratory (MSL), la mission d’exploration de Mars la plus ambitieuse et la plus prometteuse de la décennie qui sera lancée par la NASA en 2011.

Il fallait aussi informer les citoyens, dont les impôts financent la recherche, sur ChemCam, l’instrument du rover Curiosity qui aura pour fonction l’étude à distance des sols et des roches de la planète Mars et dont une partie est construite par la France, sous la responsabilité de l’astronome.

La NASA a lancé un concours en 2009 auprès des étudiants pour trouver un nom au rover de la mission MSL. C'est une jeune étudiante du Kansas qui a remporté le concours en proposant le nom de...Curiosity : une qualité indispensable quand on sait que l'objectif majeur de la mission MSL est de déterminer si la planète Mars a été, est ou est peut-être habitable !


La mission MSL et son rover martien Curiosity

Présentation de la mission Mars Science Laboratory, © CNES/Prodigima, 2009

Transmettre le savoir scientifique

La mission d’un scientifique consiste aussi à enseigner et à transmettre le savoir et le goût de la science, notamment aux jeunes générations. Pour réaliser sa maquette, Sylvestre Maurice s’est tourné vers le CNES et l’Education Nationale.

C’est à partir de ce contact qu’est né le projet de construction de la réplique du rover martien par des étudiants de BTS « Sciences et Techniques Industrielles », dans le cadre de leur programme d’études.

En savoir plus sur la mission Mars Science Laboratory :

En savoir plus sur le projet de rover martien des BTS :

Un peu plus qu'une maquette...

Pour certains d’entre nous, une maquette est un avion, un bateau ou une voiture à l’échelle réduite, acheté en pièces détachées et dont il faut assembler les éléments avec un peu de colle et beaucoup de patience. La maquette de Curiosity, rover de la mission MSL, n’a pas grand chose à voir avec un tel objet de loisirs. Ce véhicule construit selon un cahier des charges précis est fidèle à son modèle sur le plan esthétique.

 

Une maquette intelligente

Commandé à distance, le rover des BTS est capable de se déplacer et d’effectuer certaines tâches grâce aux divers éléments qui le composent.

  • La maquette peut se déplacer et tourner. Elle dispose pour cela de six roues motorisées. Les deux roues centrales sont motrices, les quatre autres sont directrices.
  • Elle est équipée d'un mât qui supporte une sorte de plateau sur lequel sont fixés une maquette de l’instrument ChemCam, un pointeur laser et de deux caméras qui permettent de voir à distance, sur un écran d’ordinateur, ce que voit la maquette.
    Le mât peut effectuer des rotations. Cela lui permet de placer les instruments qu’il porte dans la direction choisie, ou de simuler un tir du pointeur laser sous l’œil des caméras.
  • A la manière d’un bras humain, le bras est capable de se déplier, grâce à ses 3 articulations : l’épaule, le coude et le poignet. Il peut ainsi effectuer tous les mouvements afin de faire fonctionner l’outil de simulation du carottage qu’il porte à son extrémité.

Enfin, une antenne capable de tourner suivant deux axes afin de simuler la recherche du lien de communication Mars/Terre vient parfaire cette maquette.

La maquette est entièrement pilotable à distance à partir d’un PDA ou d’un PC, par WIFI.

La maquette du rover Curiosity de la mission MSL en quelques chiffres :

  • Longueur : 3 m
  • Largeur : 2,7 m
  • Hauteur : 2,2 m
  • Masse : + 700 kg
  • Nombre de pièces utilisées : + de 2 000 (hors visserie)

La maquette pourrait-elle partir dans l'espace ?

C’est vrai, les deux véhicules se ressemblent. Alors, la maquette pourrait-elle, elle aussi, aller sur Mars ? La réponse est catégorique, c’est non !

La réplique du rover MSL reste une maquette conçue et réalisée par des étudiants, dans le cadre de leur programme d’enseignement et avec des moyens financiers limités. Elle demeure sans comparaison avec le véritable rover Curiosity :

La réplique du rover MSL reste une maquette conçue et réalisée par des étudiants, dans le cadre de leur programme d’enseignement et avec des moyens financiers limités. Elle demeure sans comparaison avec le véritable rover Curiosity :

  • l’énergie du rover MSL de la NASA est d’origine nucléaire. Elle est fournie par un réacteur isotopique. L’énergie de la maquette est produite par deux batteries de transpalettes ;
  • la maquette réalisée par les étudiants ne peut pas fonctionner sous la pluie. Elle est encore moins prévue pour supporter un environnement martien (8 mbar de pression, 90% de CO2, températures de 0 à -80°C) !
  •  les deux véhicules font le même poids, mais le rover de la NASA coûte 15 000 fois plus cher que la maquette. Le budget de la maquette s’élève à 100.000 €, celui du rover MSL, à plus de 2 milliards de dollars ;
  • la commande des éléments mobiles est réalisée par un ordinateur portable ou un PAD et des automates électromécaniques qui n’ont rien à voir avec les technologies utilisées dans le spatial.

En savoir plus sur le projet de rover martien des BTS :

En savoir plus sur la mission Mars Science Laboratory :

Organisation du projet

Comment s’y prendre pour concevoir et construire un objet complexe nécessitant des compétences en informatique, en électronique, en mécanique, en chaudronnerie,… et faire travailler en réseau 150 étudiants de plusieurs lycées de la région de Toulouse ?
Coup de projecteur sur les partenaires, les sections de BTS participantes et l’organisation du projet .

Les partenaires et leur rôle

Le projet a été mené par :

  • le CNES (qui a assuré le financement du projet, soit un budget de 100 000 euros. Il est le propriétaire de la maquette qu'il exposera lors de grandes manifestations pour valoriser ce projet de jeunes ;
  • le CESR/OMP (Centre d’Etudes Spatiales du Rayonnement / Observatoire Midi-Pyrénées) qui est, avec le CNES, le maître d’ouvrage du projet : ces deux structures ont donné les ordres pour obtenir la réalisation du véhicule ;
  • le Rectorat d’académie, qui a assuré la maîtrise d’œuvre du projet, c’est-à-dire la réalisation des travaux à travers les lycées de l’académie de Toulouse participant au projet.

Programme de la maquette en 2009 :

  • 15-21 juin 2009 : présentation au Salon de l’aéronautique et de l’espace du Bourget, à l'entrée du
  •  A partir du 22 juin 2009 : installation de la maquette sur le site toulousain du CNES, comme support à la présentation par les étudiants de l’« Epreuve Professionnelle de Synthèse » en vue de l’obtention des BTS.
  • 20 octobre/1er novembre : Place du Trocadéro à Paris dans le cadre de l’exposition « Mystères de l’univers » co-organisée par le CNES, le CEA et le CNRS.
  • 16 au 22 novembre : Fête de la Science (région toulousaine)

 

Les lycées impliqués

Au total, plus de 150 jeunes ont participé à la conception et la réalisation de la maquette.

Pour la plupart, il s’agit d’étudiants répartis en 6 sections (ou spécialités) de BTS « Sciences et Techniques Industrielles » (STI) d’une dizaine de lycées situés dans l’académie de Toulouse.

Ils ont pris part au projet dans le cadre de la préparation de l’« Epreuve Professionnelle de Synthèse », nécessaire pour l’obtention de leur diplôme.

Les autres, élèves de 7 lycées professionnels de la région Midi-Pyrénées, ont produit diverses pièces usinées.

Les grandes étapes et les principaux rouages de l’organisation

A l’origine, au printemps 2007, il a été décidé que la maquette serait finie mi-juin 2009, pour être présentée sur le stand du CNES au salon du Bourget. Un cahier des charges, c’est-à-dire un document décrivant de la façon la plus précise possible, avec un vocabulaire simple, les objectifs à atteindre, l’agenda et la marche à suivre pour réaliser la maquette, a été établi.

A partir de ces données, l’inspection d’académie de Toulouse a planifié les travaux sur deux années scolaires 2007/2008 et 2008/2009 :

  • la première année a été consacrée à la conception, c’est-à-dire au dessin des structures, et à la réalisation de certains éléments, comme le mât, le bras et l’antenne ;
  • la deuxième année a été dévolue à la réalisation de certains autres éléments et à l’assemblage des différentes parties du véhicule.

La mise en oeuvre du projet a reposé sur deux éléments clés : le travail en réseau et la mise en concurrence.

Trop lourd pour être réalisé par une seule classe, le projet global de maquette a été découpé en une dizaine de sous-projets, chacun réalisable par une section de BTS et compatible avec les impératifs du programme scolaire.


Ainsi, les BTS ROC (Réalisation d’Ouvrages Chaudronnés) ont réalisé le châssis, la carrosserie et le radiateur arrière, alors que les BTS IRIST (Informatique et Réseaux pour l’Industrie et les Services Techniques) créaient de leur côté le logiciel de pilotage à distance de la maquette.

Réalisés séparément, les éléments ont ensuite été transportés à Bagnères-de-Bigorre pour être assemblés dans l’atelier du lycée Victor Duruy.

En savoir plus sur le projet de rover martien des BTS :

En savoir plus sur la mission Mars Science Laboratory :

Fier d'avoir réussi

Nicolas Chavanne, étudiant en BTS IRIST à l’Institut Limayrac à Toulouse, a travaillé sur le projet de janvier à juin 2008, dans le cadre de la préparation de son examen. Témoignage.

Qu'avez vous fait dans le projet ?

Les BTS IRIST se sont occupés du développement de la partie informatique du robot : son pilotage sans fil par WIFI à partir d’un ordinateur portable ou d’un PDA.

Au sein de l’équipe, j’ai travaillé sur la communication entre l’ordinateur ou le PDA et l’automate. Il s’agissait de faire comprendre au robot les déplacements à effectuer.

Quels éléments vous ont le plus intéressé dans la réalisation du projet ?

Au début, nous avons dû éplucher beaucoup de documentation. Ce n’est pas la partie la plus attractive !

Heureusement, l’activité est devenue très concrète lorsque nous avons commencé à intégrer notre travail avec celui des étudiants de Bagnères-de-Bigorre qui avaient construit le mât.

Quand nous avons constaté que le mât répondait correctement aux ordres qui lui étaient donnés depuis l’ordinateur de pilotage, cela nous a vraiment mis dans le projet.

Mars ou rêve

Le projet raconté par Raphaël, étudiant en BTS Technologique et Industriel © CNES/Prodigima

De quoi êtes-vous le plus fier ?

De cette intégration qui a réussi. C’est ce moment précis, à Bagnères-de-Bigorre, qui a été le plus excitant. Au début du projet, sans idée précise du fonctionnement de cet automate, nous nous demandions si nous allions réussir. Je suis heureux que nous y soyons arrivés, notamment en passant beaucoup de temps à se former.

Je suis aussi satisfait d’avoir été l’un des deux responsables techniques du projet au sein du BTS, d’avoir pu faire le lien entre la responsable et les étudiants et d’avoir apporté un soutien, dans la mesure de mes possibilités, aux étudiants de mon groupe qui rencontraient des difficultés.   

Qu’avez-vous retiré de cette expérience sur le plan humain ?                 

L’intégration nous a permis de rencontrer des étudiants du BTS MAI. A travers notre travail et au fil des allers-retours entre Toulouse et Bagnères, nous avons sympathisé et créé des liens amicaux. L’ambiance était très bonne et les relations avec les collègues ont vraiment été excellentes.
Au total, plus de 150 jeunes ont participé à la conception et la réalisation de la maquette.

Pour la plupart, il s’agit d’étudiants répartis en 6 sections (ou spécialités) de BTS « Sciences et Techniques Industrielles » (STI) d’une dizaine de lycées situés dans l’académie de Toulouse.

Participer à cette aventure a-t'il changé quelque chose pour vous ?

Ce projet m’a apporté une expérience précieuse du travail en commun avec d’autres spécialités.

Comme il s’est bien déroulé, il m’a aussi donné confiance. Je repense notamment à notre satisfaction, dans la salle Léonard de Vinci du CNES, après la présentation de notre travail devant des spécialistes.

En savoir plus sur le projet de rover martien des BTS :

En savoir plus sur la mission Mars Science Laboratory :