Universit´ e de Li` ege Elaboration du mod`

Universit´ e de Li` ege
Facult´e des Sciences Appliqu´ees
Elaboration du mod`ele thermique du t´elescope
SWAP `a bord du satellite PROBA-2
Val´erie VAN GROOTEL
Travail de fin d’´etudes
en vue de l’obtention du grade
d’Ing´enieur Civil Physicien
Promoteur : Dr. Pierre ROCHUS
Ann´ee acad´emique 2004-2005

Remerciements
Je tiens tout d’abord `a remercier mon promoteur Pierre Rochus et l’ensemble de l’´equipe
SWAP du CSL, en particulier Tanguy Thibert pour avoir suivi au quotidien ce travail de
fin d’´etudes. Ces remerciements s’adressent ´egalement `a Jean-Marc Defise pour ses conseils
toujours avis´es et sa relecture attentive du pr´esent rapport. Je remercie ´egalement Jean-
Philippe Halain pour m’avoir initi´ee aux arcanes du logiciel Thermica.
Un remerciement particulier s’adresse `a Marc Jacquiau, de la soci´et´e EADS-Astrium `a
Toulouse, pour s’ˆetre personnellement occup´e de l’installation du logiciel Thermica sur
mon ordinateur et pour avoir toujours r´epondu `a mes nombreuses questions concernant
l’utilisation du logiciel.
Enfin, je ne saurai oublier l’ensemble de ma famille et de mes proches pour m’avoir tou-
jours soutenu au cours de cette ann´ee difficile et tout au long de mes ´etudes. Sans eux,
bien des obstacles auraient ´et´e insurmontables. Je pense en particulier `a mon compagnon
Benoˆıt pour avoir toujours su trouver les mots justes m’encourageant `a aller de l’avant.
I

Table des mati`eres
Introduction 1
1 L’instrument SWAP pour l’observation du Soleil 3
1.1 Pr´esentation g´en´erale de l’instrument SWAP . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2 Enjeux de l’observation du Soleil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.1 Structure et composition du Soleil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.2 L’activit´e solaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.3 Cons´equences de l’activit´e solaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.3 Objectifs scientifiques de l’instrument SWAP . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2 La mod´elisation thermique des instruments spatiaux 13
2.1 Principe du d´ecoupage en noeuds thermiques . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2 Constitution d’un mod`ele thermique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2.1 Les ´echanges radiatifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.2.2 Les couplages conductifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.2.3 Les flux externes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.3 Les ´equations de bilan thermique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.3.1 Equilibre thermique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.3.2 R´egime transitoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.4 Etapes de r´esolution du probl`eme thermique . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.5 Objectifs de la mod´elisation thermique de l’instrument SWAP . . . . . . . . 20
3 Mod´elisation du filtre d’entr´ee 23
3.1 Description du filtre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.2 Mesure de la fonction BRDF du filtre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.2.1 D´efinition de la BRDF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.2.2 Description du test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.2.3 Exploitation des r´esultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.3 Mod´elisation g´eom´etrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.3.1 Mod´elisation du MLI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.3.2 Notions d’´epaisseurs ´equivalentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.3.3 Notion de mat´eriau ´equivalent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.4 Calcul des conductances thermiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.4.1 Conductances entre les diff´erents noeuds du filtre . . . . . . . . . . . 35
III