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L'Odyssée de Rosetta

  • Posté le : Jeudi 1 Juillet 2004
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  • par : F. Guérin
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  • Expert : F. Rocard
  • Actualisé le : Lundi 10 Mars 2008
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Conçue en partie par les chercheurs essonniens, Rosetta, partie en 2004, vogue toujours vers la comète Churyumov-Gerasimenko qu'elle atteindra en août 2014. Une odyssée de dix ans pour cette sonde qui pèse trois tonnes et un milliard d'euros. Le but ? Se poser sur son noyau de glace et sonder le mystère de nos origines.

odysseerosetta12L’odyssée de Rosetta dans les profondeurs du cosmos pourra durer jusqu’à douze ans. Le voyage sera jalonné de longues périodes d’hibernation et de survols de Mars, de la Terre ou d’astéroïdes.
© ESA / Médialab

Départ sans faute pour la plus ambitieuse des missions scientifiques jamais lancées dans l'espace par les Européens. Le 2 mars 2004, une fusée Ariane 5 qui décollait de Kourou, en Guyane, a impeccablement propulsé la sonde Rosetta, de trois tonnes et trois mètres de haut. L'odyssée commence. Elle aboutira, après un voyage de dix ans, à une rencontre très attendue avec la comète Churyumov-Gerasimenko, vestige des origines de notre système solaire.

Pour l'heure, tout se passe bien. Les responsables de l'Agence spatiale européenne (ESA), du Centre national d'études spatiales (CNES) et les chercheurs dont ceux de l'Institut d'astrophysique spatiale d'Orsay, en Essonne, ont pu se réjouir que le contact radio ait été vite établi avec la précieuse sonde de plus d'un milliard d'euros. Enjeu : un voyage cosmique au long court. Rosetta est déjà passée à deux reprises à proximité de la Terre et a survolé Mars en février 2007 ; elle survolera l’astéroïde Steins en septembre 2008, avant de passer une nouvelle fois à proximité de notre planète et de l’astéroïde Lutetia… et d'atteindre enfin sa cible ultime : la comète dite "Chury", pour les intimes. Celle-ci détiendrait quelques fabuleux secrets sur la manière dont le Soleil et son cortège de planètes sont nés, il y a 4,55 milliards d'années.

Le défi majeur : atterrir sur la comète

Les comètes sont des petits corps primitifs de glace. Elles renfermeraient des "archives" de la matière solaire primordiale. D'où leur intérêt. Le nom de la mission Rosetta se réfère à la pierre de Rosette qui aida Jean-François Champollion à déchiffrer les hiéroglyphes égyptiens, voici près de deux siècles. La sonde européenne se placera en orbite autour de la comète Churyumov-Gerasimenko. Elle cartographiera son noyau pendant trois mois. Puis elle larguera à sa surface un petit module d'atterrissage de 85 kilos. Ariane 5 et la sonde RosettaLe 2 mars 2004, à 4 h 17, le lanceur Ariane 5 emporte la sonde européenne Rosetta dans le ciel de Kourou, en Guyane française.
© Cnes/Arianespace
Celui-ci, baptisé Philæ, s'ancrera sur le sol extraterrestre en enfonçant trois harpons. Le vaisseau mère et le mini-laboratoire fonctionneront de concert pendant plusieurs semaines.

"Nous espérons réaliser un énorme bond dans la connaissance des vestiges de la formation du système solaire, indique Francis Rocard, responsable des programmes d'exploration du système solaire au CNES. Les données recueillies toucheront à des questions essentielles, telles que l'apparition de la vie sur Terre, la composition des océans et de l'atmosphère, ou encore l'éventuel apport en éléments légers volatils et en molécules organiques complexes des corps célestes vagabonds." Ces interrogations de base demandent à être approfondies. C'est toute la mission de Rosetta. Auparavant, elle aura déployé ses deux panneaux solaires qui lui confèreront une envergure de 32 m et fourniront son énergie.

"La France est impliquée à hauteur de 22 % dans les champs d'investigation balayés par cette mission spectaculaire", a salué Jean-Pierre Bibring, coresponsable de l'atterrisseur à l'Institut d'astrophysique spatiale d'Orsay.

01.Première mondiale et l'Europe en pointe

La sonde Rosetta au solAvant son envol, la sonde a été soumise à une batterie de tests dans les installations de l’ESA, à Noordwijk, aux Pays-Bas. Il s’agissait de vérifier les protections thermiques. Les conditions auxquelles l’engin devra résister sont telles qu’il a été exposé à des températures allant de à -150 degrés.
© ESA
Une longue langue de feu déchire la nuit tropicale de Kourou, en Guyane. Le 2 mars 2004, à 4 heures 17 minutes et 44 secondes, la fusée Ariane 5 s'est envolée et a mis en orbite les espoirs les plus fous de 150 astrophysiciens européens. Parmi ceux-ci, figurent 70 Français attachés à 17 laboratoires et au Centre national d'études spatiales (CNES) dont la direction des lanceurs ainsi que la société Arianespace se trouvent basées à Évry (en Essonne). "Bravo Ariane !", entend-on retentir aussitôt. Un ouf de soulagement se fait sentir chez les chercheurs à l'origine de cette mission cométaire hors du commun : Rosetta.

De quoi s'agit-il ? Ni plus ni moins que d'entamer un long voyage cosmique de dix ans qui aboutira à la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko en août… 2014 ! La sonde de l'Agence spatiale européenne (ESA) se placera alors en orbite autour du noyau glacé de ce petit corps primitif du système solaire. Trois mois plus tard, en novembre, le vaisseau mère larguera un module d'atterrissage à sa surface. Et commencera une longue collecte de données digne des meilleurs films de science-fiction. Petit à petit, alors que la "vagabonde" s'approchera du Soleil et entrera en activité, une batterie de 21 instruments ultrasensibles s'éveillera. On mesurera la composition des gaz et des particules de poussière éjectées. Les caméras du satellite dresseront une "carte d'état-major" de l'astre. Précision au centimètre près. Du jamais-vu. Les spectromètres ultraviolets, visibles et infrarouges acquerront une vision incroyablement détaillée de sa composition aux différentes longueurs d'ondes, visibles et invisibles. Le radar de sondage hyperfréquence analysera sa structure interne. Tandis que les expériences au sol disséqueront, grain par grain, des échantillons microscopiques de matière prélevée jusqu'à 30 cm de profondeur.

Ce sera la première mission exhaustive vers un petit corps gelé dont la composition reflète celle du matériau qui a constitué le Soleil et les planètes voici 4,55 milliards d'années. Rosetta et l'atterrisseur Philæ aideront à déterminer la teneur de la nébuleuse solaire primordiale. En outre, on tentera de vérifier si, oui ou non, les astres errants ont pu contribuer à l'émergence de la vie ici-bas en ensemençant la Terre de milliards de tonnes de molécules organiques complexes. Vaste programme…

Mais pour Jean-Pierre Bibring, professeur à l'université Paris-Sud et coresponsable du module Philæ à l'Institut d'astrophysique spatiale d'Orsay, l'intérêt principal de l'entreprise réside "sans doute dans le fait d'approcher le mystère de nos origines." Et la question de fond reste de savoir si la vie a pu s'épanouir ailleurs dans le cosmos.

Partie de billard cosmique

Le défi à relever est énorme. Pour Marcello Coradini, de l'ESA, "poser l'atterrisseur Philæ sur un noyau cométaire d'environ quatre kilomètres de diamètre situé à une distance d'un demi-milliard de kilomètres de la Terre représente une gageure. La sonde Rosetta à la rencontre d'astéroïdesUn bonus : la rencontre d’astéroïdes. Sa longue croisière permettra aussi à la sonde européenne de rencontrer deux astéroïdes - Steins et Lutetia - entre Mars et Jupiter. Elle les observera à des milliers de kilomètres de distance.
© ESA / Médialab
Autant viser, depuis Paris, une pièce d'un centime d'euro située à… Berlin, en Allemagne", s'amuse le responsable. Du coup, l'exploit devient une prouesse mondiale. Personne jusque-là, ni la Nasa américaine, ni son homologue russe Rosaviacosmos, ne s'était frotté à aussi forte partie.

Les difficultés ne manqueront pas. D'abord, l'énergie du lanceur, aussi puissant soit-il, est bien insuffisante pour atteindre la comète en un tir direct. La méthode de navigation s'inspirera en conséquence du "billard cosmique". La sonde s'approchera à plusieurs reprises des planètes afin de "rebondir" ou de "ricocher" avec un supplément d'élan, une impulsion ou "pichenette de gravité", qui permettront d'accélérer. Ainsi, Rosetta frôle Mars (février 2007) ou la Terre (novembre 2005, novembre 2007, 2009). Mais la sonde survole aussi deux astéroïdes : Steins, le 5 septembre 2008, et Lutetia, le 10 juillet 2010. Entre ces survols successifs, le robot spatial se placera en hibernation afin d'économiser ses forces.

02.Une longue et difficile approche

L'atterisseur PhilaeLargage de l’atterrisseur Philae. Le petit module de descente s’ancre sur le noyau de glace. Il devrait fonctionner trois jours à plusieurs mois. Il fournira des images et des informations sur la composition exacte du noyau de glace.
© ESA / Médialab
L'engin se réveillera en douceur quatre ans plus tard, à l'approche de "Chury". Moyennant quoi, Rosetta sera en mesure d'honorer son céleste rendez-vous. La comète se trouvera encore à plus de 500 millions de kilomètres de la Terre et à 675 millions de kilomètres du Soleil, dans une ambiance glaciale, obscure et désolée au niveau de l'orbite de la planète géante Jupiter. Ce sont les conditions requises pour que le robot navigue sans encombre autour de sa cible. Là, il étudiera l'astre sous toutes les coutures afin de déterminer le meilleur site d'atterrissage. La navigation autour d'un corps dont la force d'attraction est nulle exige une habileté inédite. "Que le module Philæ arrive trop vite vers la comète… et il rebondira vers l'espace. Le joyau sera perdu", explique Denis Moura, chef de projet au CNES lors de la phase de développement de la mission. Pour donner une idée de l'incertitude qui règne ici, il suffit de dire que la consistance de la glace cométaire est très mal connue. L'atterrisseur, frêle cube d'un mètre de côté, pourrait avoir à heurter une "neige pulvérulente" ou bien un bloc "solide, dur comme du granit". L'astuce consistera à allumer les moteurs-fusées du mini-labo afin de le pousser et de le plaquer avant qu'il ne s'arrime à l'aide de ses harpons.

Les panneaux solaires de 2 x 32 m2 qui alimenteront le vaisseau principal à cette distance représentent aussi un bel investissement technologique. Si bien que "leur prix vaut celui d'un studio de même surface à Paris", commente avec humour Marcello Coradini.

Voyage vers les origines

Les comètes, riches en glace et en poussière, ainsi que les astéroïdes, de roche ou de métal, appartiennent à la famille des petits corps qui sillonnent le système solaire. Ils seraient des résidus de l'époque où les planètes que nous connaissons - Mercure, Vénus, la Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune, (voir notre animation Les planètes du système solaire) - se sont assemblées autour du Soleil à partir des matériaux de la nébuleuse primitive. comète de HalleyLa célèbre comète de Halley
© NASA/JPL
De fait, les comètes passent le plus clair de leur temps à grande distance dans le système solaire externe. Et elles y auraient conservé la trace presque intacte de la composition de la matière primordiale. D'où le culte que les astrophysiciens du XXIe siècle leur vouent. Près de 2 000 "vagabondes" sont officiellement recensées. Mais il y en aurait des milliers de milliards qui échappent au regard indiscret des télescopes. La plus populaire est, bien sûr, Halley. Son passage de 1066 a été immortalisé sur la tapisserie de Bayeux. Sir Edmond Halley lui a légué son nom après avoir prédit son retour de 1705. Depuis, on sait que la belle effectue une visite récurrente au voisinage du Soleil tous les 76 ans. Entre deux, elle repart hiberner vers les confins du système solaire sur une orbite de forme très allongée.


De tous les temps, les astres qui surgissaient sans crier gare des profondeurs du cosmos ont suscité crainte, effroi et superstition. La première à s'être laissée apprivoiser est encore Halley - survolée par une flottille de six sondes spatiales en 1986 : l'européenne Giotto qui s'est approchée à 600 kilomètres, les soviétiques Véga 1 et 2, les japonaises Sakigake et Suisei, ainsi que l'américaine Ice. Depuis, les comètes sont considérées comme les membres les plus primitifs du système solaire : "icebergs cosmiques" ou "boules de neige sales", selon l'expression de l'Américain Fred Whipple. Elles portent le patronyme de leurs découvreurs. On se souvient de Encke, Giacobini-Zinner, Shoemaker-Levy 9 qui s'est abîmée en 1993 sur Jupiter, Hale-Bopp et Hyakutake qui ont resplendi par leur luminosité en 1995 et 1996.

Surtout, les comètes sont les dépositaires des archives des processus antiques qui se sont tramés, il y a 4,55 milliards d'années à la naissance du Soleil. Elles passent l'essentiel de leur existence tapies dans l'obscurité, loin de l'astre du jour, au sein de réservoirs baptisés "nuage" de Jan Oort et "ceinture" de Gérard Kuiper. Puis, à la faveur d'une perturbation ou de leur trajectoire incurvée, elles replongent vers le Soleil et se réchauffent à ses rayons. La surface du noyau entre en effervescence. Il s'en échappe de puissants jets qui iront constituer l'atmosphère temporaire - coma ou "chevelure" - qui peut s'étendre sur plus de 100 000 kilomètres de diamètre. Au-delà, apparaissent les deux queues brillantes caractéristiques : l'une bleutée, de gaz, l'autre rougeâtre, de poussières, sur parfois 100 millions de kilomètres de long.

03.Les comètes, fossiles et germes de vie ?

L'Adoration des MagesCette nativité peinte par le maître italien Giotto dans la chapelle des Scrovegni, à Padoue, correspond à la première fois où l’étoile de Bethléem fût associée à une comète. L’apparition de Halley en 1301 aurait servit de modèle. La mission Giotto de l’ESA a survolé la comète de Halley en 1986.
© ESA
Ces "astres chevelus" très rarement visibles à l'œil nu n'affolent plus guère les populations. Ils ne portent plus de présage. Fidèles à la tradition, cependant, ils signalent un faible risque de catastrophe : si l'un d'eux venait à nous "tomber sur la tête". La probabilité du danger est infime. Mais il suffit de regarder les cratères de la Lune ou de Mars pour se convaincre qu'une telle apocalypse a déjà eu lieu ailleurs par le passé. Selon les statistiques, un objet d'une cinquantaine de mètres de diamètre percute notre planète tous les deux ou trois siècles. Un bolide d'un kilomètre nous heurte tous les 500 000 ans.

Ces chutes n'ont pas toujours eu un impact aussi défavorable sur notre environnement. Pour preuve : "prenez un verre d'eau, explique Francis Rocard, responsable de l'exploration du système solaire au CNES. Le liquide que vous buvez provient peut-être en partie de la fusion de la glace déposée voici 4 milliards d'années par une avalanche d'impacts cométaires." Les comètes à l'origine de l'eau des océans et des gaz de l'atmosphère terrestre ? C'est une hypothèse qu'il faut envisager. Même si d'autres sources possibles sont les volcans. Dernier aspect fascinant et non des moindres qui enrobe les comètes : leur couleur. Les 2 000 images transmises en 1986 par la sonde Giotto l'ont démontré, le noyau de la comète de Halley bien que constitué de glace reflétait très peu la lumière solaire. "Il était noir comme du charbon", se souvient Jean-Pierre Bibring à Orsay. Conclusion : "On peut imaginer que le matériau sombre correspondait à un manteau de molécules carbonées, peut-être des polymères, qui recouvraient la glace", suggère le chercheur. Nous y voilà. Ainsi des composés élaborés, de nature prébiotique, auraient pu exister à la surface d'astres errants. De là à imaginer qu'aux époques primordiales ils sont venus ensemencer la Terre et amorcer le processus de vie qui remonte à 3,8 milliards d'années, il n'y a qu'un pas vite franchi. Une idée hautement spéculative. Mais que Rosetta, en s'approchant de "Chury "pourra tester.

Un an de retard

Pour la petite histoire, rappelons que la cible initiale de Rosetta n'était pas du tout Churyumov-Gerasimenko, mais Wirtanen : une comète identifiée depuis longtemps, dotée d'un noyau trois fois moins gros et que les télescopes terrestres avaient commencé de scruter de manière assidue. La comète Churyumov-Gerasimenko“Chury” s’est attirée les attentions de tous les astronomes dans le monde. Il s’agit d’un débris de formation du Soleil. Les télescopes de l’Observatoire européen austral du Chili la traquent aussi.
© European Southern Observatory
Le 12 janvier 2003, date annoncée du départ vers celle-ci, coup de théâtre : le lanceur Ariane 5 dans sa version "générique", commandé pour cette étape de haut vol, n'était pas prêt. En fait, l'échec cuisant subi le 11 décembre précédent avec la nouvelle et puissante fusée "Ariane 5 - 10 tonnes" avait déstabilisé l'espace européen. Il aboutissait à une revue de fond en comble des procédures d'assurance qualité. Un incident d'autant plus regrettable qu'il frappait au moment où le marché du transport des satellites de télécommunication - cœur de métier d'Ariane - s'effondrait.

La parade à propos de Rosetta a cependant vite été trouvée. Moyennant un retard d'un an au décollage, la cible cométaire a été changée et est devenue Churyumov-Gerasimenko : une illustre inconnue observée en 1969 par Ivanovic Churyumov, de l'université de Kiev, en Ukraine, et Ivanovna Gerasimenko, de l'Institut astrophysique de Dushanbe, au Tadjikistan. "Chury" boucle une révolution autour du Soleil tous les 6,6 ans. Ce faisant, elle s'approche à 186 millions de kilomètres, c'est-à-dire au voisinage de l'orbite de la Terre. Puis elle s'éloigne à 857 millions de kilomètres et s'en repart frôler le sillage de Jupiter. Le 26 février 2004, le New Technology Telescope de 3,6 mètres à l'observatoire européen austral de La Silla, au Chili, lui a tiré le portrait à 670 millions de kilomètres.

Les objectifs de Rosetta seront de caractériser "Chury" et ses propriétés dynamiques. Les instruments examineront la composition chimique, minéralogique et physique des gaz volatils ainsi que des matériaux réfractaires. On suivra le développement de l'activité. On sondera en profondeur la structure interne du noyau. Est-il d'un seul tenant ou se compose-t-il d'agrégats accolés ? Parallèlement, on s'attachera à identifier le pedigree des constituants et leur éventuel lien avec les nuages denses qui peuplent les espaces entre les étoiles. Les comètes portent-elles aussi la signature de notre galaxie, la Voie lactée ?

Les nouvelles stars du XXIe siècle

Vestiges primordiaux, les "vagabondes" célestes sont aussi devenues les vedettes des temps modernes. Avant Rosetta, en 2001, la sonde Deep Space 1 de la Nasa s'est approchée de Borrely. En janvier 2004, sa cousine Stardust a frôlé Wild 2 et collecté des échantillons de grains qui sont revenus sur Terre le 15 janvier 2006. Dans l'intervalle, Deep Impact s'est envolée en janvier 2005 pour aller projeter six mois plus tard une masse de cuivre de 450 kilos sur le cœur de Tempel 1. Et après ? Gageons que la contribution européenne de Rosetta soulèvera autant de nouveaux mystères qu'elle résoudra de questions anciennes. Telle est la loi inexorable de la quête du sens et de notre existence. "À supposer qu'elle se donnât tout entière à la connaissance du ciel, une seule vie ne suffirait pas à de si vastes recherches", écrivait déjà le philosophe romain Sénèque (vers 4 avant J.C. / 65 après J.C.) dans les livres des Questions naturelles au Ier siècle de notre ère. Éternelle succession des générations. Et paradoxe ici : les ingénieurs qui ont forgé Rosetta de leurs mains laisseront à leurs étudiants et disciples le soin d'archiver la moisson et la science. À partir de 2015.

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