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Rosetta, objectif comète !

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Et si le secret de l'origine de l'eau sur Terre, et donc de la vie, était actuellement en train de tournoyer dans l'espace, autour du soleil ? S'il résidait dans le noyau des comètes, qui sont en grande partie constituées de glace et ont l'âge de notre système solaire ? Rosetta, c'est d'abord le nom d'une mission de l’Agence spatiale européenne débutée il y a vingt ans. C'est aussi celui d'une sonde spatiale qui est parvenue, ce 12 novembre, à larguer un petit atterrisseur tout équipé d'instruments d'analyse sur le sol d'une comète savamment nommée : 67P/ Churyumov-Guerasimenko (une joie à nuancer cependant, car les harpons d'arrimage ne se seraient pas plantés dans le sol). **Alors que la réussite de la mission était encore incertaine, nous avions rencontré Francis Rocard, responsable des programmes d’exploration du système solaire au CNES. **
►►► Retrouvez Rosetta dans les émissions de France Culture, à l'occasion d'une semaine spéciale que lui consacre "Culture sciences" : - Continent sciences du 10 novembre - Révolutions médicales du 11 novembre - Planète terre du 12 novembre - La Marche des sciences du 13 novembre - Science publique du 14 novembre
De Halley à Churyumov-Guerasimenko : les prémices de la mission

Tout a démarré par le survol de la comète de Halley par les sondes Giotto et Vega en 1986. Malgré le grand succès de l'opération, les scientifiques ont été frustrés, témoigne l'astrophysicien Francis Rocard, responsable des programmes d’exploration du système solaire au Centre national d’études spatiales (CNES) : "Un survol, c’est très court, toutes les mesures, les analyses, ont duré une dizaine d’heures. "

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Aussi, une réflexion s'est-elle immédiatement engagée pour lancer la mission suivante, plus complexe, plus intéressante... et plus chère, qui permettrait de prélever et d'analyser des échantillons de noyau cométaire. Au bout de deux années de travail, la NASA quitte le projet, laissant l'Agence spatiale européenne (ESA) seule aux commandes. Francis Rocard se souvient des prémices de cette aventure :

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Pourquoi les scientifiques ont-ils choisi la comète Churyumov-Guerasimenko (affectueusement prénommée "Chury") ? Initialement, ils visaient plutôt Wirtanen, vers laquelle la sonde Rosetta devait être envoyée au printemps 2003 par la fusée Ariane 5. Mais cette dernière n'a pas pu décoller. "Il s'agissait d'une toute petite comète d’1,2 km, alors que Chury en fait 4,5. Elle était donc plus lourde, avec une gravité plus forte… ça a des tas de conséquences... " :

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Rosetta a été lancée par la fusée Ariane 5G+ en mars 2004 et a depuis parcouru 6,5 milliards de kilomètres.

> Pour revivre le trajet de Rosetta et la visualiser dans l'espace en temps réel

Where Is Rosetta ?
Where Is Rosetta ?

> Et pour un aperçu de la mission, en chiffres
Des révélations scientifiques attendues ?

Toutes les comètes, comme les astéroïdes et les planètes, se sont formées avec le système solaire il y a 4,6 milliards d’années. Elles sont constituées majoritairement d'eau, mais pas exclusivement : grosso modo , un tiers est composé de glace, un tiers de carbone sous une forme inconnue, et un tiers de roches, de matières silicatées plus classiques. Ces corps célestes restent à très basse température l’immense majorité de leur vie. "Or, quand vous mettez au congélateur des choses ça se conserve, ça n’évolue pas. Le matériau cométaire n’a pas évolué, n’a jamais chauffé. Pour preuve, les comètes sont les corps les plus riches en glace, en gaz solidifiés à basse température. " explique Francis Rocard. "On a dénombré aujourd’hui 25 à 30 molécules correspondant à ces gaz qui se libèrent au moment où la comète passe auprès du soleil. "

C'est pour cette raison que l'analyse d'un noyau cométaire pourrait engendrer quelques intéressantes révélations scientifiques sur la formation du système solaire, voire l'origine de la vie sur Terre... :

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On a des chaînes carbonées complexes sur la comète, on va les mesurer. Pour fabriquer la vie sur Terre il a fallu passer par ces chaînes carbonées. Le fait que les comètes aient fait le travail, fabriquant ces chaînes, a probablement facilité l’apparition de la vie sur Terre.

Francis Rocard

Rosetta, Philae, les deux protagonistes d'une grande pièce galactique

Pour permettre ces analyses et ces potentielles révélations, la mission Rosetta, dont le prix s'élève à 1,3 milliard d'euros, compte sur deux protagonistes : une sonde spatiale, Rosetta, et un atterrisseur de 100 kilos, Philae, qui sera largué ce 12 novembre, depuis la sonde, sur le dos de la comète Chury .

L'objectif pour la sonde est d'ores et déjà atteint : assurer ce rendez-vous avec une comète à 450 millions de kilomètres du soleil, soit trois fois la distance Terre-Soleil. Il s'agira ensuite pour Rosetta d'escorter Chury jusqu’au passage au périhélie, c’est à dire au plus près du soleil (195 millions de kilomètres, contre 150 millions pour le cas de la Terre), lorsqu'elle sera la plus active : "Nous allons étudier l’émergence de l’activité en terme d’émission de gaz, de grains et de matière durant cette phase qui va durer un an et demi, grâce à Rosetta ", explique Francis Rocard.

La sonde spatiale pèse trois tonnes et elle est équipée de onze instruments d'une vingtaine de kilos chacun :

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"Rosetta c’est vraiment le gâteau, la cerise c’est Philae. " Si l'atterrisseur Philae (qui au départ est une initiative allemande) parvient à se poser sans dommages sur la comète, il sera chargé d'établir la "vérité terrain " en prélevant par deux fois des échantillons du noyau cométaire. Ceux-ci seront analysés sur place grâce à des instruments embarqués, permettant de connaître enfin la composition de ce matériau organique très riche en carbone :

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Sur Terre, le poids de Philae est de 100 kilos. L'atterriseur compte à son bord dix instruments :

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Pour l’instant, tous les instruments sont fonctionnels, tous ont été testés, sauf certains systèmes dits "one shot ", comme celui servant à déclencher les harpons.

Philae
Philae

Le choix du site et de la date d'atterrissage de Philae

Initialement, dix sites avaient été choisis pour accueillir Philae sur la surface de la comète. Rapidement, cinq ont été écartés, ne répondant pas suffisamment aux critères nécessaires pour maximiser les chances d'un bon atterrissage. C'est finalement le site J, fraîchement baptisé Agilkia, qui a été élu :

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Les sites de Chury
Les sites de Chury

Quant à la date choisie pour le largage de Philae, le 12 novembre, elle résulte de deux critères :

  • la trajectoire de Rosetta : la sonde spatiale arrive par l’avant de la comète par rapport au soleil, car il fallait que le noyau soit bien éclairé.
  • la connaissance de la comète Chury : "Depuis qu’on est arrivés, depuis le 6 août, tout le travail a consisté à cartographier la comète afin de trouver des sites d’atterrissage… Cette phase a duré quatre mois, et elle était pratiquement incompressible ."

A* trois unités astronomiques, soit 450 millions de kilomètres du soleil, l’eau se met sérieusement à sublimer, c'est à dire à devenir active, à passer en phase gazeuse. Il fallait donc être à une distance supérieure ou égale à trois unités astronomiques, donc il fallait atterrir le plus tôt possible.*

Francis Rocard

Le largage

"Tout sera automatique ". Le 12 novembre, Rosetta sera en orbite à environ trente kilomètres d'altitude. Elle recevra une télécommande depuis la Terre, qui lui fera brusquement modifier sa trajectoire pour effectuer un survol rapproché de la comète. A 9h35, lorsque Rosetta ne sera plus qu'à une vingtaine de kilomètres d'altitude, Philae mettra les voiles vers Chury : "La vitesse de largage est étudiée de telle façon que notre vitesse par rapport à la surface de la comète soit nulle. On ne veut pas avoir une vitesse horizontale à l'atterrissage, sinon on tourneboulerait .", explique Francis Rocard. "Par ailleurs, le plan du train d'atterrissage de Philae doit être parallèle à la surface sept heures plus tard. Au moment où on se pose, il faut qu'on soit les trois pieds sur le plan. "

Normalement, Philae arrivera sur le noyau cométaire "à la vitesse d'un homme au pas ". Mais il existe un grand nombre de scénarios catastrophes pouvant mettre en péril, voire empêcher l'atterrissage :

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Quand la surface de la comète se réchauffe à l'approche du soleil, l'onde thermique pénètre progressivement à l’intérieur, et l'activité augmente. Fin novembre, la comète Ison est passée à un diamètre solaire du soleil : elle était extrêmement intense avant ce passage, et elle a été complètement séchée : après elle n’avait pratiquement plus d’activité, elle perdu toute son eau en une fois. Mais ce ne sera pas le cas de Chury car on passe très loin, à 1,24 UA du soleil, 190 millions de kilomètres.

Francis Rocard

Au moment de l'atterrissage, Philae, qui ne pèsera qu'un gramme à la surface de la comète du fait de la faible gravité, sera plaqué au sol par un propulseur à gaz froid, afin d'éviter tout rebond. D'autre part, des harpons seront chargés d'ancrer l'atterrisseur dans le sol cométaire.

Au début, durant deux jours et demi, Philea fonctionnera sur une pile non rechargeable (qui contient 10 fois plus d’énergie qu’une batterie), puis sur batterie et panneaux solaires : "On fonctionnera de façon très lente, semaine après semaine, rechargement après rechargement, ce qui nous permettra de faire fonctionner un instrument tous les deux jours à peu près. "

Rosetta et Philae vont prendre des sortes de selfies. Rosetta va photographier Philae, et inversement. Les premières images diront si le largage s’est fait conformément aux calculs. Francis Rocard

**** > Pour visualiser l'atterissage de Philae en infographie
Et ensuite ?

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Si Philae échoue, la déception sera certes grande, mais Rosetta pourra effectuer pratiquement le même travail depuis son orbite, en collectant les gaz et les grains : "Il y a une chose qu’on n’aura pas, et qu’on aura définitivement perdue, c’est la structure interne du noyau via le radar. Après, la comparaison de ce qui est fait avec Philae, par rapport à Rosetta, est toujours intéressante : une double mesure qui confirme indépendamment un résultat important c’est quelque chose de très solide en science. "

Après le largage de Philae, Rosetta restera en orbite autour de Chury et l'escortera jusqu’au passage au périhélie, et plus si affinité... "Aujourd’hui on est descendu à moins de dix kilomètres, mais on n’y retournera plus jamais, car la comète va être de plus en plus active. On reste gravitationnellement lié à la comète jusqu’à trente kilomètres. Au-delà, on se met en orbite de parking , à une certaine distance, et on se déplace lentement. "

Philae, lui, peut vivre à des températures allant de - 50 à +70° C. Or, il a été bien isolé pour ne pas perdre en chaleur durant les premiers temps sur la comète, qui seront encore très froids. "A l'approche du soleil, Philae va certainement se réchauffer au point de dépasser cette température, et à ce moment on risque de casser quelque chose qui ne supporterait pas des températures de 80 ou 100 degrés. On pense qu’au printemps 2015, Philae va mourir de chaud, à des températures qui pourraient frôler les 100 degrés. ", estime Francis Rocard.

Chury, passera au plus proche du soleil à la mi-août 2015. Elle sera toujours escortée par Rosetta. Quant à savoir ce qu'il se passera pour la sonde spatiale l'année suivante,... rien n'est encore décidé.