Science
Objectifs Scientifiques
La première série d'expériences concerne un domaine scientifique de premier plan, original et d'un très grand intérêt pour la communauté scientifique internationale dans le domaine des Fluides Critiques (à températures ambiantes et des hautes températures) et dans le domaine des Sciences de la Matière. Cette recherche inclus par exemple la combustion en eau supercritique et la solidification d'eutectiques lamellaires. Ce programme est la continuité de ceux conduient à bord de la station MIR et de la Navette Spatiale.
Fluides Critiques
Tous les fluides sont caractérisés par une valeur de la température et de la pression qui définissent son point critique au-delà duquel le gaz et le liquide ne sont plus discernables. Le fluide est alors dit "supercritique".
Que se passe-t-il dans ces conditions ? Les propriétés thermodynamiques du fluide évoluent fortement : il devient aussi dense qu'un liquide et des millions de fois plus compressible qu'un gaz. Il est alors le siège de phénomènes inobservables au sol car masqués par des mouvements internes de convection très perturbateurs liés aux gradients thermiques et à la gravité terrestre. En micropesanteur, ces mouvements disparaissent et rendent les phénomènes observables.
| ALI |  Image de la grille (haut) et image directe d'un système bi-phases. |
Les objectifs scientifiques principaux visent à étudier des phénomènes de couplage impliquant l'hydrodynamique dans les fluides supercritiques fortement compressibles et l'effet piston. Après la réalisation d'une série d'expériences à bord de la station de MIR avec l'équipement ALICE, il fut évident qu'il fallait continuer un tel programme de recherche à bord de l'ISS et ce programme a été jugé prioritaire d'un point de vu programmatique. Dans le programme Declic le premier objectif scientifique est consacré à la visualisation directe de la crise d'ébullition ainsi qu'à la séparation de phase dans une fraction de très faible volume. Des observations préliminaires des fluctuations de densité critique dans l'espace direct sont également prévues. Ces fluctuations de densité ont les échelles de longueur dont la valeur est autour 0,5 µm, et l'échelle de temps 12 ms pour une fluctuation de la température de ± 1 mk autour du point critique. Simultanément, des expériences types sont consacrées à l'étude de l'ébullition. Pour ce dernier sujet, une cellule spécifique avec un chauffage interne a été conçue afin de contrôler le flux de la chaleur délivré à la bulle de gaz, dans les deux phases du domaine T |
Tc.| HTI | |
Cette insert à hautes températures est consacré à l'étude de l'effet de piston forçé pour H2O et aux phénomènes de couplage entre les réactions chimiques et l'hydrodynamique pour les fluides supercritiques fortement compressibles. Les objectifs scientifiques sont : l'étude du transfert de chaleur et de masse dans l'eau quasi-critique soumise à une chaleur pulsée et/ou à un trempage mécanique, avec l'observation du comportement critique de l'eau. L'expérience nécessitera des étapes de recherche de la température critique (Tc) et des paliers d'équilibre avec la mesure des gradients de relaxation de la température et de la densité. Cette expérience a mené à l'étude de nouveaux problèmes technologiques liés à l'utilisation des haute température et haute pression. Le design est prévu pour résister à des températures allant jusqu'à 600°C et à des pressions allant jusqu'à 500 bars. La cellule échantillon et la fenêtre optique correspondante sont soumises à un environnement agressif qui doit rester sous contrôle (répondant aux contraintes de sécurité de la NASA). Les résultats récents ont mis en évidence des difficultés techniques pour la réalisation de cellules expérimentales à haute température et à haute pression, observées à travers un grand diamètre de transmission (autour de 12 mm).
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Science de la Matière
| DSI |  Image vue du dessus de l'interface solide-liquide au cours d'une croissance en colonne montrant un grand nombre de grains de différentes morphologies, variant depuis les cellules profondes à des dendrites de croissances dans différentes directions. (Succinonitrile - 0.1 % poid acétone).  Interférogramme de dendrites |
Le programme de solidification Declic à bord de l'ISS vise à la fois la Physique Fondamentale et le Traitement des Matériaux.
L'expérience de Solidification Directionnelle est exécutée dans un insert spécifique, qui assure le conditionnement spécifique des matières échantillons encapsulées dans une cartouche. L'utilisation de l'alliage à base de succinonitrile a mené les concepteurs à prendre en compte des aspects de sécurité qui étaient considérés comme critiques en raison de la toxicité des échantillons dans certaines conditions. Principaux objectifs scientifiques :
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