4 Janvier 2019

[Exploration] 2025 : une nouvelle mission vers Tchouri ou Titan ?

Durant l’été 2019, la NASA choisira le 4e lauréat de son programme d’exploration New Frontiers. 2 missions sont en lice pour un lancement en 2025 : drone sur Titan ou retour d’échantillons de la comète Tchouri ?

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Représentation d’artiste de l’atterrissage et d’un vol de Dragonfly sur Titan. Crédits : Johns Hopkins APL.

Dragonfly : un drone sur Titan 

Titan, la plus grosse lune de Saturne, est un satellite naturel qui fascine. C’est le seul astre de notre Système solaire à posséder une atmosphère dense (composée d’azote à plus de 95 % puis de méthane), des lacs d’hydrocarbures à sa surface et un océan global d’eau liquide en profondeur. Le méthane (CH4) y joue un rôle similaire à celui de l’eau sur Terre : il est liquide en surface, s’évapore, forme des nuages, des pluies, des lacs... Le tout dans une ambiance glaciale : -180 °C. 

Titan est un laboratoire chimique à ciel ouvert. La chimie est sans doute plus diversifiée que partout ailleurs dans notre Système solaire et la plus proche de celle qui a pu exister sur la Terre primitive 

souligne Caroline Freissinet, exobiologiste au LATMOS.

Jusqu’à quel stade la chimie s’est-elle développée ? A-t-elle pu mener à la vie ? Pour y répondre, le laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins (APL) aux États-Unis a imaginé Dragonfly (libellule en anglais), un drone de plus de 2 m d’envergure muni de 8 hélices et 4 instruments. « L’atmosphère de Titan est 4 fois plus dense que celle de la Terre et la gravité y est 7 fois plus faible. Le mode d’exploration aérien est idéal » explique la chercheuse française, co-investigatrice de l’instrument DraMS dédié à détecter et identifier les molécules organiques simples et complexes  — et donc potentiellement des biosignatures chimiques d’une vie passée ou présente.

« Dragonfly atterrirait au niveau des grandes dunes équatoriales pour y débuter son exploration. La latitude d’atterrissage ainsi que la saison sont très similaires à celles de l'atterrisseur européen Huygens, ce qui implique une similitude des conditions de vents et de turbulences pour les 2 missions. En effet, une année sur Titan dure 29 ans et Dragonfly arriverait en 2034, soit à la même saison qu'Huygens en 2005. Dragonfly se dirigerait ensuite vers des zones où l’augmentation locale de température aurait pu permettre, par le passé, la présence d'eau liquide de manière transitoire en surface, et donc des réactions chimiques plus complexes, comme les cratères d’impact ou les cryovolcans  » ajoute l’exobiologiste.

Alimenté en énergie par une pile nucléaire comme l'est actuellement le rover Curiosity sur Mars, Dragonfly visiterait des dizaines de sites distants chacun de plusieurs dizaines de km, durant 2 années terrestres. Il serait ainsi capable d’aller explorer des sites séparés au final de plusieurs centaines de km. Une première !

La sonde Cassini a observé des zones très variées au niveau spectral à la surface de Titan. L'objectif de Dragonfly est d'en explorer plusieurs. Image infrarouge présentée en fausses couleurs. Crédit: NASA/JPL-Caltech/Stéphane Le Mouélic, University of Nantes, Virginia Pasek, University of Arizona.

Carte postale de Titan envoyée par la sonde européenne Huygens le jour de son atterrissage, le 14 janvier 2005. Les blocs sont constitués de glaces d’eau. Crédits : ESA/NASA/JPL/University of Arizona.

Caesar : retour d’échantillons de la comète Tchouri

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Représentation d’artiste de la sonde Caesar avec son bras déployé pour récupérer des échantillons lors d’un « touch-and-go » de quelques secondes sur Tchouri. Crédits : NASA.

La seconde mission en lice pour décrocher les 850 millions de dollars du programme New Frontiers est la mission Caesar (pour Comet Astrobiology Exploration SAmple Return). Contrairement à Dragonfly, Caesar n’emporterait aucun instrument. Aucun atterrissage n’est même prévu. Non, la mission Caesar vise à rapporter des échantillons de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko, celle-là même qui a été survolée par la sonde européenne Rosetta et visitée par l’atterrisseur Philae entre 2014 à 2016. La fameuse comète Tchouri !

« Avec Rosetta, nous avons beaucoup appris sur la structure physique du noyau et la composante gazeuse de 67P mais la composition du matériau organique n’a pu être analysée que très partiellement. Or, la nature de ce matériau est déterminante car elle devrait nous renseigner sur l’origine de l’eau de la Terre, ainsi que sur le carbone primordial qui a permis l'apparition de la vie » explique Francis Rocard, responsable des programmes d'exploration du Système solaire au CNES.  « Rosetta a jeté les bases de Caesar en fournissant une télédétection détaillée et une analyse in situ du noyau de 67P.

Les informations recueillies par Rosetta permettent aujourd’hui de réaliser Caesar.

Grâce aux connaissances acquises lors de la mission Rosetta et aux caméras de Caesar, la sonde pourra en effet se focaliser sur la partie réfractaire, c’est-à-dire la plus stable, de la comète. Ce matériau constitué de carbone très polymérisé et d’un peu de silicates, demeure encore inconnu alors que sa composition et sa structure en font un bon candidat pour avoir contribuer à l’émergence de la vie sur Terre.

Ramener des échantillons d’une comète est toutefois loin d’être une simple affaire. En 2004, la sonde américaine Stardust avait capturé environ 1 mg de particules de la queue de la comète 81P/Wild (appelée aussi Wild 2) à une distance d’environ 300 km du noyau. Ces échantillons sont revenus sur Terre en 2006 mais ils avaient été modifiés de manière significative par chauffage au cours du processus de collecte à grande vitesse et seule la composante la plus réfractaires (les silicates) avait pu être conservée. La composante organique avait été pratiquement perdue. Dans le cas de Caesar, un piège froid permettra de conserver cette composante organique.

Avec un décollage en 2025, la sonde Caesar devrait atteindre Tchouri en 2029 pour en repartir chargée de 100 g d’échantillon en 2033. Atterrissage sur Terre de la capsule de retour en 2038. La science pourra alors commencer : elle se déroulera dans des laboratoires dotés d’instruments à la pointe de la technologie pour analyser à la fois les composantes solides et volatiles provenant de la comète. 

Noyau de Tchouri immortalisé par la sonde Rosetta en 2015 à une distance de 141 km. Diamètre : environ 5 km. Crédits : ESA/Rosetta/NAVCAM, CC BY-SA IGO 3.0.

Surface de Tchouri capturée le 13 novembre 2014 par l'atterisseur Philae. Elle semble constituée de matériaux très durs, vraisemblablement de gros grains de molécules organiques. Crédits : ESA/Rosetta/Philae/CIVA.

Les 3 précédentes missions du programme NEW FRONTIERS

- NEW HORIZONS : lancée en 2006, New Horizons a survolé Pluton en juillet 2015 et, le 1er janvier 2019, l'astéroïde Ultima Thule de la ceinture de Kuiper.
- JUNO :  lancée en 2011, Juno est en orbite autour de Jupiter depuis juillet 2016.
- OSIRIS-REX : lancée en 2016, Osiris-Rex est en orbite autour de l'astéroïde Bennu depuis le 3 décembre 2018. Un prélèvement d'échantillons est prévu à l’automne 2020 lors d’un “touch-and-go” de quelques secondes. Retour sur Terre en 2023.

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