Effets de l`Environnement Spatial sur les Panneaux Solaire d`un

République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Université des Sciences et de la Technologie d’Oran
MOHAMED BOUDIAF
Faculté De Génie Électrique
Département D’Électronique
École doctorale Des Techniques et Applications Spatiales
Option : Instrumentation Spatiale
THESE DE MAGISTERE
Thème
Présenté par
Melle AMMAR Yamina
SOUTENUE Le :
SOUTENU DEVANT LE JURY COMPOSÉ DE :
Monsieur Boudghène Stambouli Amine Professeur, USTO
Président
Monsieur Belghoraf Abderrahmene Professeur, USTO
Examinateur
Monsieur Boughanmi Nabil MC, USTO
Examinateur
Monsieur Bekhti Mohammed MR, CTS
Promoteur
Monsieur Boudjemai Abdelmadjid MR, CTS
Membre invité
Année universitaire : 2009/20010
Effets de l’Environnement Spatial sur les
Panneaux Solaire d’un Satellite

Table des Figures
Liste des Tableaux
Liste des Acronymes
Introduction générale
Chapitre I : l’Environnement Spatial
I.1. Introduction.………………….……………..…..……………………….…..
1
I.2. Contraintes dues à l’environnement spatial énergétique…………………. 1
I.2.1. Les rayonnements électromagnétiques……………………………... 1
I.2.2. Les rayonnements ionisants…………………………………………. 2
I.2.2.1. Le rayonnement cosmique……………………………………. 2
I.2.2.2. Le Vent Solaire………………………………………………... 3
I.2.2.3. Les éruptions solaires………………………………………... 4
I.2.2.4. L’environnement Spatial proche de la Terre………………. 5
I.2.2.4.1. La magnétosphère……………………………………... 6
I.2.2.4.2. Les Ceintures de radiation……………………………. 6
I.2. 2.5. Les différentes orbites suivies par les satellites……………... 8
I.2. 2. 5.1. Les orbites basses……………………………………. 8
I.2. 2. 5.2. Les orbites très elliptiques………………………….. 8
I.2. 2. 5.3. Les orbites géostationnaires ……………………….. 8
I.2. 2. 5.4. Les orbites planétaires et interplanétaires …………. 9
I .2.3. Les débris spatiaux………………………………………………… 10
I .3. Contraintes dues à l’environnement thermique ……………………….... 11
I.3.1. Le flux solaire direct…………………………………….….…...…. 12
I.3.2. Le Flux Solaire Réfléchi ou Albédo Flux.………………...……... 14
I.3.3. Le Flux Terrestre Direct.………………………………………...... 15
I.3 .4. Chauffage Par Molécules Libre.……………….……...….…......... 16
I .3. 5. Chauffage Par Particules Chargées…………………………….... 17
I. 3. 6. La Transmission de la chaleur..………………………………….. 17
I.4. Contraintes mécaniques..…………………………………………….……… 17
I.4.1. Découplage fréquentiel……………………………………………… 19
I.4.2. Charges statiques et quasi-statiques……………………………….. 20
I.4.3. Environnement vibratoire.………………………………………..... 21
I.4.3.1. Vibrations sinus.……………………………………………… 22
I.4.3.2. Vibrations aléatoires ………………………………………… 22
I.4.3.3. Chocs ………………………………………………………..... 22

I.5. Pollution, dégazage et propreté…………………………………………….. 22
I.6. Environnement atmosphérique ……………………………………... 23
I.6.1. Les particules de l’atmosphère..………………………………… ... 23
I.6.2. Les neutrons…………………………………………..…………….. 23
I.6.2.1. Réactions nucléaires neutroniques………………………….. 23
I.6.2.2. Les neutrons thermiques …………………………………… 23
I.7. Environnement de Gravitation ………………………………………... 23
I.7.1. La loi de la Gravitation …………………………………………… 24
I.7.2. La force de Pesanteur..……………………………..……………... 24
I.7.3. La force centrale de gravitation ………………………………….. 25
I.7.4. Le Potentiel de Gravitation ………………………………………. 25
I.7.4.1. Le Potentiel Terrestre ……………………………………… 25
I.7.4.2. Le Potentiel Luni – Solaire ………………………………… 26
I.7.5. Le Couple du Gradient de Gravité ………………………………. 27
I.8. Contraintes économiques et impératifs techniques ................................... 27
I.9. Contraintes de Transports par rapport à l’environnement……………. 28
I.9.1. Les impacts des transports : multiples et complexes..….……....... 28
I.10. Conclusion ………………………………………………………………... 29
Chapitre II : Architecture du système d’énergie d’un Satellite
II.1. Introduction………………………………………………………….......... 30
II.2. Description d’un Satellite… ……………………………………............... 30
II.2.1. La Plateforme …………........……………………………………... 30
II.2.1.1. Structure …………………………………………………… 30
II.2.1.2. Contrôle thermique ………………………………………... 31
II.2.1.3. Système de contrôle d’attitude et d’orbite ……………...... 31
II.2.1.4. Energie de Bord …………………………………………… 31
II.2.1.5. Poursuite, Télémesure et Télécommande………………… 32
II.2.1.6. Communication……………………………………………. 32
II.2.2. Charge utile de la mission.…………………………………..…… 32
II.3. Architecture du système d’énergie de bord d’un satellite ……….…… 33
II.3.1. Systèmes d'Alimentation.…………………………….…………... 35
II.3.1.1. Panneaux Solaires ………………..…………….……….... 35
II.3.1.2. Les convertisseurs photovoltaïques.…………..…………. 36
II.3.1.3. Types de cellules solaires.…………………………….…... 36
III.3.1.4. Schéma électrique équivalent.………………………..…. 37
II.3.1.5. Caractéristiques des cellules solaires.…………………..... 39
II.3.1.5. 1. Le rendement ………………………………..….. 39
II.3.1.5. 2. La température ……………………………..….. 40

II.3.1.5. 3. Les dommages causés par la radiation…….…... 40
II.3.1.5. 4. Illumination ………………………………….… 41
II.3.1.5. 5. Facteur de forme …………………………….… 43
II.3.1.5.6. Phénomène d’ombre ………………………….... 43
II.3.1.5.7.Verre de protection ………………………….….. 44
II.3.1.5.8. Angle d'incidence …………………...……….…. 44
II.3.1.6. Structure d’une cellule solaire …………………….……. 44
II.3.1.7. Les générateurs photovoltaïques ………………….……. 45
II.3.1.7. 1. Association de cellules photovoltaïque en série.. 46
II.3.1.7. 2. Association de cellules photovoltaïque en
parallèle …………………………………….…... 46
II.3.2. Stockage D’énergie ………………………………………….…... 47
II.3.2.1. Les Batteries..……………………………………….….… 47
II.4. Conclusion………………………………………...…………….…….…. 50
Chapitre III : caractéristiques du sous système d’énergie d’ALSAT- 1
III.1. Introduction……………………………………………………...…….. 51
III.2. Description de la structure d’Alsat-1..…..………………...…………. 52
III.3. Sous système d’énergie d’Alsat1 …..………………...…………….... 53
III.3.1. Conception du panneau solaire Alsat-1………………..……... 54
III.3.1.1. Sous-ensemble D'Énergie Électrique (EPS)………..…. 54
III.3.1.2. Panneau solaire Alsat-1 ……………………………….. 55
III.3.1.3. Panneaux Sandwich ……………………………………. 58
III.3.1.4. Nid d’abeille …………………………………………….. 59
III.3.1.4.1. Caractéristiques …………………..…………..... 59
III.3.2. Protecteur solaire de panneau ……………………………….. 59
III.3.3. Les cellules solaires d’Alsat1……………………………….….. 60
III.3.3.1. Compensation en température des panneaux solaires... 62
III.3.4. La batterie …………………………………………………….. 63
III.3.4.1. Caractéristiques orbitales …………………………….. 64
III.3.4.2. Compensation en température de la batterie ……….. 65
III.3.5. Le régulateur de charge de batterie (BCR) …………………. 66
III.3.6. Module de conditionnement de la puissance (PCM)………... 67
III.3.7. Module de distribution de puissance (PDM)………………...... 67
III.4. Etude Modèle de Panneau solaire d’Alsat1 …………………………… 67
III.4.1. Représentation imagée de modèle ….…………………………. 67
III.4.2. Courte description de modèle …………………………………. 68
III.4.3. Chaîne et limitations modèles de validité …...………………... 68
III.4.3.1. Liste de bornes modèles avec l'information de
connectivité………………………………………..……….………………… 69