Protection contre les rayonnements : stimuler l’innovation dans les domaines de l’espace, de l’aviation et des accélérateurs

La multiplication des missions spatiales autour de la Terre et les progrès technologiques permettant le développement de composants toujours plus perfectionnés sont autant de raisons de se réjouir des prochaines étapes de l’exploration de l’inconnu. Toutefois, de nombreux systèmes utilisant des composants électroniques complexes et fragiles – aussi bien dans l’espace que sous terre, à l’instar des accélérateurs du CERN – se heurtent à une problématique bien spécifique : les dommages liés aux rayonnements. Les dommages causés par les rayonnements de haute énergie constituent l’un des principaux défis d’ingénierie rencontrés lors du développement des équipements pour le LHC à haute luminosité. C’est pour cette raison que le CERN et l’Union européenne ont décidé de conjuguer leurs efforts dans le cadre du projet RADSAGA (Radiation and reliability challenges for electronics used in space, aviation, ground and accelerators), lequel a mobilisé laboratoires, installations de tests de radiorésistance, universités et entreprises autour de la question de la protection de l’électronique contre les rayonnements. Alors que le projet touche à sa fin, après plus de quatre années fructueuses, le moment est venu de faire le point.

Les engins spatiaux et les accélérateurs ont une particularité commune : leur équipement est exposé à un environnement soumis à de forts rayonnements : les rayons cosmiques, dans le cas des engins spatiaux, et les particules secondaires libérées lors des collisions, dans le cas des accélérateurs. Mais, les rayonnements étant omniprésents à la surface de la Terre, les appareils électroniques fragiles qui s’y trouvent peuvent également être affectés. C’est dans ce contexte que les jeunes scientifiques en début de carrière participant au projet RADSAGA ont étudié la possibilité d’améliorer la radiorésistance des composants des engins spatiaux, de l’aviation et des accélérateurs, ainsi que des équipements de communication et de transport sur Terre. Leurs recherches ont été déterminées par la nécessité de réaliser des tests systématiques de radiorésistance sur des composants standards de plus en plus utilisés dans l’industrie spatiale, disponibles dans le commerce, ainsi que par la nécessité d’adopter une nouvelle approche en matière de tests, axée sur les systèmes et sous-systèmes, et non pas sur les composants pris isolément. Pour atteindre leur objectif, les équipes de RADSAGA ont su tirer profit des nombreuses installations de rayonnement disséminées en Europe, y compris au CERN. 

La première étape essentielle de ce projet a été de procéder à un examen approfondi et à une caractérisation minutieuse des faisceaux de particules destinés à qualifier les différents composants électroniques disponibles dans le commerce. En effet, en acquérant une fine connaissance des paramètres pertinents (flux de particules, spectres d’énergie, taille du faisceau, etc.) des faisceaux fournis par les installations de tests, l’industrie est à même de décider, en connaissance de cause, quelle installation sera la plus adaptée pour tester un composant spécifique. En parallèle, les spécialistes de RADSAGA ont poursuivi le développement de composants électroniques de pointe présentant une importance stratégique et dont la tolérance aux rayonnements est supérieure de plusieurs ordres de grandeur à ce que l’on trouve sur le marché. Cet objectif a été atteint grâce, entre autres, au capteur CMOS, un capteur d’images servant d’« œil électronique » à de nombreux appareils.

Les études portant sur les tests utilisés pour l’évaluation de la radiorésistance de dispositifs entiers, par opposition aux caractérisations de composants individuels (les plus usitées, bien que plus coûteuses), ont été tout aussi cruciales. En adoptant une méthode de test reposant sur une évaluation du système, et non plus sur une qualification de chacun de ses composants, l’industrie est à même de réaliser des économies d’échelle et de gagner en temps et en efficacité. Enfin, les spécialistes de RADSAGA ont élaboré des lignes directrices relatives aux essais d’irradiation et à la vérification d’équipements spatiaux radiorésistants et de petits satellites utilisant des composants électroniques du commerce. Les lignes directrices, destinées à servir de base pour une nouvelle norme européenne en matière de tests de radiorésistance applicables aux systèmes, constituent déjà une référence essentielle pour les ingénieurs en Europe.

Les nombreux résultats obtenus par l’équipe du projet RADSAGA concernant la problématique des effets des rayonnements sur l’électronique ont apporté à l’industrie européenne et aux laboratoires comme le CERN une base solide pour l’élaboration de leurs propres stratégies en matière de radioprotection. Mais le succès de RADSAGA ne s’arrête pas là : dans son sillage, deux autres projets financés par l’Union européenne ont été créés : RADMEP (Radiation and its effects on microelectronics and photonics technologies), master européen conjoint sur les rayonnements et leurs effets sur les technologies microélectroniques et photoniques, et RADNEXT (Radiation facility network for the exploration of effects for industry and research), projet offrant un accès transnational à un vaste réseau d’installations de rayonnement.

Les projets RADMEP et RADNEXT sont encore en phase de lancement. En attendant les prochaines étapes de ces projets, nous vous invitons à parcourir les nombreux articles scientifiques publiés par RADSAGA.

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