Physique
& Mécanique

Le pôle mécanique du solide du DPM étudie le comportement mécanique des matériaux et des structures sous des sollicitations complexes — grandes déformations, chargements dynamiques, couplages thermomécaniques — dans le but de prédire et de maîtriser leur réponse dans les conditions d'utilisation les plus sévères. Les travaux se situent en amont des études structurales du DSMR, au niveau de la physique des mécanismes de déformation.

Les recherches portent en particulier sur la mécanique des milieux continus en grands déplacements, la rhéologie des matériaux à comportement complexe — viscoplasticité, endommagement couplé, effets de mémoire de forme — et la dynamique rapide des structures soumises à des chocs ou des explosions. Ces travaux sont directement mobilisés pour la conception des boucliers de protection contre les débris orbitaux et les systèmes de déploiement pyrotechnique.

Un axe émergent porte sur la mécanique des métamatériaux — structures périodiques artificielles à propriétés mécaniques non conventionnelles — notamment les métamatériaux à masse effective négative ou à module d'élasticité négatif, capables d'atténuer des ondes mécaniques dans des gammes de fréquences ciblées. Ces matériaux ouvrent des perspectives nouvelles pour l'isolation vibratoire des instruments sensibles embarqués.

Le pôle dynamique des fluides du DPM constitue l'un des groupes d'aérodynamique expérimentale et théorique les plus importants d'Europe dans le domaine spatial. Ses travaux couvrent toute la gamme des vitesses d'écoulement — du subsonique au supersonique, jusqu'au régime hypersonique en collaboration avec le DPET — et adressent les problèmes physiques fondamentaux gouvernant la portance, la traînée, le transfert thermique pariétal et la stabilité des écoulements.

La soufflerie subsonique S2T, opérée par le pôle, est une infrastructure nationale de référence pour les essais aérodynamiques à Reynolds modéré. Elle accueille régulièrement des campagnes d'essais pour des partenaires industriels (Airbus, Safran) et des équipes académiques extérieures. Les mesures PIV (Particle Image Velocimetry) et LDV (Laser Doppler Velocimetry) produites sur ce banc alimentent directement la validation des codes LES du DSTI.

Un axe de recherche fondamentale porte sur la dynamique des écoulements diphasiques — interaction gaz-liquide dans les réservoirs de propergol en microgravité, formation de bulles dans les systèmes de refroidissement, atomisation des jets de carburant — phénomènes qui conditionnent directement la fiabilité des propulseurs dans les premières secondes après allumage.

Le pôle mécanique quantique du DPM est la discipline la plus récente et la plus prospective du département, créée en 2008 pour anticiper l'émergence des technologies quantiques dans les applications spatiales. Il développe les fondements théoriques et les premiers démonstrateurs expérimentaux de capteurs, d'horloges et de systèmes de communication exploitant les propriétés quantiques de la matière.

Les travaux les plus avancés portent sur les horloges atomiques ultra-stables à fontaine de césium et à réseau optique, dont la précision temporelle dépasse 10⁻¹⁸ s/s et qui constituent la prochaine génération de références de temps pour les systèmes de navigation par satellite. Le pôle développe également des accéléromètres à atomes froids pour la navigation inertielle autonome des engins spatiaux sans GPS.

Un programme prospectif explore l'interférométrie atomique pour la mesure de très faibles gradients de champ gravitationnel depuis l'orbite — une technique susceptible d'améliorer d'un ordre de grandeur la résolution des missions de géodésie spatiale et d'ouvrir la voie à la détection d'ondes gravitationnelles depuis l'espace par une nouvelle voie instrumentale.

Le pôle instabilité et turbulence est le laboratoire de physique des écoulements désordonnés du DPM. Il étudie les mécanismes par lesquels un écoulement laminaire perd sa stabilité et bascule vers le régime turbulent, ainsi que les propriétés statistiques et structurelles de la turbulence développée. Ces questions, fondamentales pour la physique, ont des implications pratiques directes sur le frottement pariétal, le transfert thermique et le bruit aérodynamique des aéronefs et des lanceurs.

Les travaux portent sur l'analyse de stabilité linéaire et non linéaire — méthodes de valeurs propres globales, PSE (Parabolized Stability Equations), analyse de résolvante — permettant de prédire les modes d'instabilité dominants dans les couches limites supersoniques, les jets turbulents et les sillages. Ces prédictions guident ensuite la conception de stratégies de contrôle actif de la transition.

Le pôle développe également une approche expérimentale originale de la turbulence en microgravité, réalisée lors de campagnes en vol parabolique et dans les tours de chute libre du CNES. Ces expériences permettent d'isoler les effets de la gravité sur la dynamique des grandes structures cohérentes de la turbulence, avec des applications directes à la modélisation des écoulements dans les réservoirs de propergol en orbite.