Le « sol le plus plat d'Europe » de l'ESA : comment l'ORBIT aux Pays-Bas entraîne robots et humains à la vie sans gravité
L'Agence spatiale européenne (ESA) a publié en janvier 2026 les résultats des tests d'automne de son Orbital Robotics Laboratory (ORL) à l'ESTEC aux Pays-Bas, où trois équipes d'étudiants européens ont testé des technologies pour les futures missions spatiales : le « rampement » autonome d'un bras robotique sur des structures, une expérience de neuroscience avec des sujets humains et la capture d'objets avec une pince inspirée du gecko.Les tests ont été effectués sur ORBIT, une plateforme qui imite l'apesanteur en deux dimensions : un système de plateformes « flottantes » glisse sur un sol ultra-plat, sans frottement, grâce à des paliers à air. Un tel environnement permet de vérifier les algorithmes de contrôle, les mécanismes robotiques et l'interaction humaine avec la « microgravité » sur Terre avant que le matériel coûteux ne parte en orbite, où les erreurs peuvent signifier la perte de la mission.
Qu'est-ce qu'ORBIT et pourquoi la « planéité » est cruciale
ORBIT est l'infrastructure centrale de l'ORL au sein du centre technique de l'ESA, l'ESTEC à Noordwijk. L'ESA le décrit comme un sol ultra-plat d'une surface d'environ 43 mètres carrés (environ 4,8 par 9 mètres), où la différence entre le point le plus bas et le point le plus haut est inférieure à un millimètre. La description technique précise que l'écart total de planéité est inférieur à 0,8 millimètre (avec tolérance) et la pente maximale inférieure à 0,3 millimètre par mètre, ce qui est la norme requise pour une dynamique de « flottaison libre » fiable sans influence cachée de la pente ou des irrégularités sur le mouvement de la plateforme.
Sur ORBIT, on utilise des plateformes à paliers à air : un coussin d'air crée un entrefer stable, plus fin qu'un cheveu humain, de sorte que la plateforme se déplace presque sans aucun frottement, à l'instar d'une table de air-hockey. En pratique, cela signifie qu'un instrument, un bras robotique ou un siège avec un sujet humain sur la plateforme se comporte comme s'il était en apesanteur, mais limité à un plan : deux dimensions de translation et une de rotation. Pour la vérification du mouvement, ORBIT est également équipé d'un système de suivi optique (VICON), qui fournit des données de référence sur la position et la vitesse des objets dans l'espace, ce qui est important pour comparer le comportement des algorithmes avec la « vérité » des mesures.
L'ESA utilise ce laboratoire pour un large éventail d'activités en robotique orbitale et en guidage, navigation et contrôle (GNC), y compris la recherche sur l'enlèvement actif des débris spatiaux, la maintenance des satellites en orbite et les visions d'assemblage de grandes structures dans l'espace. La clé est que sur Terre, dans un environnement contrôlé, on peut vérifier de manière réaliste des systèmes qui, en orbite, doivent fonctionner à proximité d'autres objets, avec des vitesses relatives très faibles et sans appui au sol.
Un programme qui ouvre aux étudiants les portes de « vrais » laboratoires spatiaux
Trois projets sont arrivés à l'ORL via l'ESA Academy Experiments Programme, un programme éducatif annuel destiné aux étudiants de licence, de master et de doctorat des États éligibles. L'ESA souligne que le programme guide les équipes tout au long du développement du projet – de la conception et du design aux opérations et à l'analyse des données – en mettant l'accent sur les pratiques d'ingénierie industrielle, la gestion de projet, la réduction des risques et les stratégies de financement. Le programme comprend également des phases formelles (de l'orientation et l'éducation aux consultations, à la sélection, à la mise en œuvre de la campagne et à la publication des résultats).
Outre l'ORL, le programme s'ouvre à d'autres plateformes selon les éditions : des vols paraboliques et des tours de chute libre aux centrifugeuses, des expériences sur la Station spatiale internationale et des missions comme le Space Rider. Dans le cycle ayant débuté en 2025, l'ESA a orienté une partie des projets précisément vers les vols paraboliques et l'ORL, et après évaluation, cinq équipes ont été choisies – trois pour l'ORL et deux pour des campagnes de microgravité en avion.
SKYWALKER : un bras robotique qui apprend à « saisir » et à tirer sa propre base
L'équipe danoise SKYWALKER de l'Université d'Aalborg est venue à l'ORL avec un accent sur le mouvement autonome d'un bras robotique en microgravité par l'application de l'apprentissage par renforcement (reinforcement learning). L'idée est simple à décrire, mais exigeante à réaliser : le robot doit trouver un point d'appui sur une structure, s'y accrocher, puis « tirer » sa propre base flottante pour se déplacer vers une nouvelle position. Aujourd'hui, ces mouvements de « rampement » de robots sur des structures dans l'espace sont généralement programmés à l'avance ; le but, selon les explications des membres de l'équipe, est de montrer que le système peut apprendre et s'adapter, ce qui augmenterait à long terme l'autonomie des robots dans les tâches d'assemblage et de maintenance de grandes structures spatiales.
Selon l'ESA, SKYWALKER a été sélectionné dans le cadre du programme en février 2025, et la campagne de test à l'ORL a eu lieu fin septembre 2025. L'équipe a installé le bras robotique sur la plateforme flottante MANTIS en laboratoire, a connecté le système au VICON, puis a vérifié séparément deux algorithmes. Le premier algorithme devait permettre au bras de détecter de manière autonome le point de saisie et de s'« ancrer », tandis que le second – techniquement plus exigeant – devait coordonner le mouvement du bras et de la base, de sorte que la plateforme se déplace pendant que le bras est accroché.
Rasmus Kristiansen, membre de l'équipe, a souligné que la première partie portait sur la recherche et la saisie autonomes du point d'appui, tandis que la seconde partie – le tirage de la base par le mouvement du bras – a montré, dans l'environnement réel du laboratoire, des différences par rapport aux simulations informatiques. Ce « choc avec la réalité » est l'une des raisons pour lesquelles l'ESA souligne la valeur d'ORBIT : les simulations supposent souvent des conditions idéales, alors qu'en laboratoire, il existe des limitations de capteurs, des retards dans le système, des tolérances mécaniques et de minuscules différences dans l'interaction de la plateforme avec le sol qui peuvent « fausser » le résultat attendu.
Malgré des problèmes avec le deuxième algorithme, l'ESA indique que l'équipe a réussi à démontrer la séquence complète de « rampement » en combinant le mouvement du bras et de la plateforme, et que les étudiants ont identifié la cause des écarts et élaboré un plan de peaufinage après leur retour à l'université. La revue officielle de l'ESA mentionne également que le projet a continué de progresser après la campagne, notamment avec un jeune diplômé qui a repris le travail sur le projet à plein temps, ce qui témoigne du transfert du travail étudiant vers une direction de recherche et développement plus sérieuse.
V-STARS : la première expérience avec des sujets humains sur ORBIT
Alors que SKYWALKER était axé sur l'autonomie robotique, l'équipe britannique V-STARS (Birkbeck, University of London et University of Kent) a ouvert ORBIT à la neuroscience et à la physiologie humaine. L'ESA indique qu'il s'agit de la première expérience ORBIT impliquant des sujets humains, avec un accent sur le lien entre le système vestibulaire (la partie de l'oreille interne cruciale pour l'équilibre) et la perception de la verticale dans des conditions de microgravité.
Selon la description de l'équipe, un total de 22 sujets a participé à l'expérience. Le participant est assis sur une chaise fixée à une plateforme flottante, porte un casque VR et possède de petites électrodes placées derrière l'oreille. La plateforme est ensuite poussée lentement sur le sol ultra-plat dans des directions aléatoires, tandis que les électrodes envoient des signaux légers qui stimulent le système vestibulaire. Dans la vue VR, le participant voit une ligne simple, et les chercheurs vérifient la sensation de verticalité en demandant au sujet s'il voit la ligne comme parfaitement verticale ou légèrement inclinée.
Le concept clé sur lequel repose V-STARS est la résonance stochastique vestibulaire : un phénomène où un « bruit » contrôlé peut augmenter la sensibilité du système sensoriel. L'équipe cherche à savoir si une telle approche peut améliorer la perception et potentiellement accélérer l'adaptation à la microgravité, ce qui, dans les missions spatiales, est lié à la sécurité et à l'efficacité de l'équipage, en particulier lors des premiers jours de séjour en orbite.
L'ESA précise dans une publication distincte que V-STARS a été sélectionné en février 2025 et que, avant la campagne elle-même, l'équipe a dû obtenir des approbations éthiques au Royaume-Uni et l'autorisation du comité médical de l'ESA. La campagne a duré deux semaines selon l'ESA, et plus de 20 participants ont été testés, après quoi l'équipe est retournée dans les universités pour analyser les résultats.
Pour l'ORL, ce fut une étape organisationnelle importante : le laboratoire traditionnellement lié à la robotique et aux systèmes de capture/maintenance de satellites a dû introduire des procédures adaptées au travail avec les humains, des protocoles de sécurité à l'intégration d'équipements tels que les systèmes VR et la stimulation du système vestibulaire. Milena da Silva Baiao, membre de l'équipe, a souligné que l'intégration de l'expérience dans un nouvel environnement a été un défi, mais aussi une expérience précieuse pour les étudiants et l'équipe du laboratoire.
GRASP : une pince « collante » inspirée du gecko pour des cibles non-coopératives
L'équipe italienne GRASP de l'Université Sapienza de Rome est venue à l'ORL avec un problème qui devient de plus en plus important dans les orbites terrestres : comment s'approcher en toute sécurité d'un objet « non-coopératif » et le saisir sans créer de moment incontrôlé ou de répulsion. De tels scénarios incluent les débris spatiaux, mais aussi les satellites qui doivent être entretenus, réorientés ou préparés pour un retrait contrôlé de l'orbite.
GRASP est l'acronyme de Gecko Rendezvous Autonomous System and Pincher. L'équipe, qui selon l'ESA rassemble 14 étudiants de profils variés (de l'ingénierie aérospatiale et la robotique à l'intelligence artificielle), a développé un manipulateur robotique planaire doté de « tentacules » et de patins faits d'un matériau imitant l'adhésion du gecko. La description de l'ESA précise que l'adhésion repose sur des structures microscopiques qui, sous de légères forces de cisaillement, établissent le contact et développent des forces de Van der Waals, sans avoir besoin de colle ou de pinces à vide, et avec la possibilité d'activations et de relâchements multiples.
Dans la publication principale de l'ESA, Stefano De Gasperin, membre de l'équipe, explique que leur expérience simulait un petit vaisseau s'approchant d'un objet et le saisissant à l'aide d'une pince tentaculaire avec des patins adhésifs. Lorenzo Di Filippo indique que le bras robotique était monté sur une plateforme flottante, tandis que la cible – décrite comme un objet jaune dans la démonstration – était sur une autre. D'abord, le système devait trouver la cible de manière autonome et s'en approcher en utilisant des capteurs sur la plateforme elle-même, puis les « tentacules » se sont enroulés autour de l'objet et l'ont rapproché, imitant la phase initiale de capture en orbite.
Contrairement à SKYWALKER, où l'histoire principale était le passage de l'algorithme de la simulation au matériel, GRASP a dû optimiser également la mécanique du toucher : quelle force peut être appliquée, comment éviter de repousser la cible et comment mesurer le succès de la prise. L'ESA mentionne dans le rapport de campagne que les tests ont eu lieu en novembre 2025 et que l'équipe, parallèlement aux défis matériels, a dû gérer les interfaces et la communication réseau dans le laboratoire. Malgré cela, les tests prévus ont été réalisés et les résultats de la pince ont été jugés encourageants, bien que l'efficacité ait varié selon le type de cible, ce qui est attendu pour une technologie en phase initiale de développement.
Contexte plus large : du « sol plat » aux missions complexes en orbite
Bien qu'ORBIT ressemble à première vue à un sol de laboratoire et à quelques plateformes qui « glissent », son rôle est de relier trois niveaux de vérification : la théorie et la simulation, les tests au sol avec des contraintes réelles, et enfin l'application dans l'espace. Dans le domaine de la robotique orbitale, où des manœuvres de précision à proximité d'autres objets sont effectuées, chaque millimètre et chaque milliseconde de retard peuvent être décisifs.
En comparaison, l'intérêt pour des technologies comme le « rampement » autonome sur de grandes structures croît avec les projets de systèmes de plus en plus vastes en orbite : des plateformes de service aux structures qui seraient assemblées dans l'espace, où la limitation des dimensions lors du lancement par fusée est l'un des principaux obstacles. En ce sens, l'objectif de SKYWALKER – un robot qui se déplace de manière autonome sur une structure – n'est pas seulement un exercice académique, mais un bloc de construction potentiel pour les futurs systèmes d'assemblage et de maintenance.
D'autre part, la pince adhésive de GRASP vise un problème qui pèse déjà sur la communauté spatiale aujourd'hui : la croissance de la quantité de débris et le besoin d'une capture fiable des objets non-coopératifs. L'ORL est, selon les descriptions de l'ESA, l'un des laboratoires où de tels mécanismes peuvent être vérifiés dans des conditions réalistes de « flottaison libre », avant d'envisager des démonstrations en orbite.
V-STARS montre quant à lui qu'un « analogue de microgravité » peut également être utilisé pour l'humain : comment les stratégies perceptives changent lorsque le corps ne peut plus compter sur la gravité comme cadre de référence constant. Dans les missions habitées, c'est une question qui entre dans le domaine de la sécurité au travail et de l'efficacité opérationnelle, du déplacement à travers un module à l'exécution de tâches précises dans les premiers jours de vol.
« Les idées créatives deviennent réalité » : ce que l'ESA souligne comme résultat
Le responsable de l'ORL, Marti Vilella, dans la revue de la campagne par l'ESA, a déclaré voir dans le laboratoire des étudiants arriver avec des concepts audacieux et repartir après avoir réalisé eux-mêmes un résultat ambitieux et unique. Selon ses mots, de tels projets ne sont pas seulement une avancée technologique, mais aussi un tremplin pour des carrières professionnelles.
La coordinatrice du programme, Laura Borella, a souligné que l'ESA Academy Experiments Programme suit les équipes du concept et du design aux tests et à l'exécution dans des installations avancées liées à la recherche sur la gravité, avec le mentorat constant d'experts de l'ESA. Elle a particulièrement souligné que le programme n'est pas réservé aux seuls STEM, mais qu'il est ouvert aux étudiants de profils variés – du design et de la psychologie aux communications et au commerce – car l'interdisciplinarité améliore souvent l'utilisabilité, la qualité et la portée des projets.
Pour l'ESA, c'est aussi un moyen de tester des idées fraîches dans un environnement réel, mais aussi de créer une nouvelle génération d'ingénieurs et de chercheurs qui comprennent comment les projets spatiaux sont développés, documentés et menés à travers les risques. Et pour les étudiants, ORBIT est ce lieu rare où la différence entre « cela fonctionnait en simulation » et « cela fonctionne sur le matériel » est immédiatement visible – et où, avec un mentorat, elle peut être transformée en la prochaine étape de développement.
Sources :- Agence spatiale européenne (ESA) – rapport sur trois équipes d'étudiants sur ORBIT et description des expériences ( link )- ESA – description technique « Orbit Flatfloor » (dimensions, tolérances de planéité, système VICON et usages) ( link )- ESA – page de l'Orbital Robotics Laboratory (ORL) dans le cadre de l'ESA Academy Experiments Programme (description des capacités et simulations de microgravité) ( link )- ESA – « About the ESA Academy Experiments programme » (phases du programme et plateformes) ( link )- ESA – « SKYWALKER tests robotic crawling at ESTEC » (détails de la campagne fin septembre 2025 et description de deux algorithmes) ( link )- ESA – « V-STARS pioneers neuroscience at ESA’s Orbital Robotics Lab » (approbations, durée de la campagne et description de la tâche en VR) ( link )- ESA – « Gripping the Future: Students Test Gecko-Inspired Robotic Arm… » (campagne en novembre 2025 et résultat de la pince) ( link )
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