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Ouverture du cycle national 2014-2015

Vidéos, audio, photos, transcriptions de l’évènement.
 
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Ouverture officielle du cycle national

Un défi au temps : la mission Rosetta

Lors de la session officielle d’ouverture du cycle national 2014-2015 intitulée "Science et société le défi des échelles de temps", l’astrophysicien Francis ROCARD est venu évoquer les défis au temps que représente une mission comme Rosetta.

Préalable
Je vais vous présenter la mission Rosetta. Dans ce type de projets, les constantes de temps sont vastes. Formées il y a 4,6 milliards d’années, les comètes sont des corps très bien préservés (car non soumis au réchauffement) qui constituent des sortes de reliques du système solaire. Avec des missions telles que Rosetta, nous couvrons donc des temporalités de l’ordre de la création du système solaire. A travers l’étude des comètes, nous cherchons à découvrir à partir de quels matériaux le système solaire s’est formé. Evidemment tout au long de ce genre de mission, le temps s’accélère puisque, comme je vais vous le montrer, certains événements se jouent à la seconde près.

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Ouverture officielle du cycle de formation 2014-2015

Qu’est-ce qu’une comète ?

Les comètes sont des objets qui sont parfois extrêmement spectaculaires, comme la comète 2006P1 (McNaught) du nom de son découvreur, que nous n’avons malheureusement pas vu dans l’hémisphère nord.

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Source : CNES

Les comètes sont des objets pouvant être extrêmement vaste dans le ciel dont le noyau est extrêmement petit. Cette petite taille est compatible d’une absence d’échauffement. Vous savez que tout corps planétaire qui atteint des dimensions d’environ 500 km devient sphérique car son intérieur fond par des effets de pression et température. C’est pourquoi la Terre le Soleil ou Jupiter sont ronds. En revanche tout corps dont la taille se situe dans des gammes plus petites est forcément un corps qui n’a pas chauffé à l’intérieur. Il garde alors souvent une forme de cacahuète.
Les comètes ont pour particularité d’être des corps extrêmement riches en deux éléments qui nous intéressent beaucoup : d’une part les glaces au sens large (tout élément gazeux mais congelé à basse température), et d’autre part le carbone (sous une forme que l’on ne connaît pas). Tel est le principal intérêt de l’étude des comètes. L’eau et le carbone sont en effet les ingrédients qui ont constitué la vie. Si les comètes n’ont pas porté la vie (pas d’eau liquide) en raison de l’absence d’atmosphères, ce sont elles qui ont bombardé la Terre. L’eau des comètes a donc probablement constitué une partie des océans terrestres. Thérèse Encrenaz disait il y a quelques années qu’un litre d’eau terrestre contenait certainement un verre d’eau cométaire. Avec Rosetta, nous allons essayer de quantifier la partie de l’eau des océans terrestres qui provient des comètes.
En raison d’une sorte d’effet cocotte minute, quand la glace des comètes se sublime, on observe des jets puissants de gaz qui une fois ionisée par les rayons ultraviolets du Soleil , provoquent une superbe queue bleue intrinsèquement lumineuse : ce que l’on appelle une queue de plasma.

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Source : CNES

Cette queue de plasma peut atteindre 100 millions de kilomètres, autrement dit les 2/3 de la distance Terre - Soleil.

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Source : CNES

Jan Oort, un astronome nordique, s’est rendu compte en étudiant la trajectoire des comètes dites non périodiques que ces dernières avaient une orbite parabolique, autrement dit que leur vitesse à l’infini était nulle et donc qu’elles appartenaient au système solaire. Il en a donc déduit qu’il devait y avoir un grand réservoir de comètes : le nuage de Oort, situé à mi-chemin entre le Soleil et les étoiles les plus proches. Nous n’avons jamais vu une comète dans le nuage de Oort et nous n’en verrons probablement jamais puisqu’un objet de quelques kilomètres situés à 100 000 unités astronomiques est pratiquement indétectable. Mais il existe un autre réservoir beaucoup plus proche : la ceinture de Kuiper. Il s’agit de la deuxième ceinture d’astéroïdes du système solaire, celle qui se situe au-delà de Neptune. A l’intérieur de cette ceinture de Kuiper, on trouve à la fois des astéroïdes et des comètes. La frontière entre astéroïdes et comètes a tendance à être un peu floue, dans la mesure où un astéroïde qui se rapprocherait du Soleil et aurait de ce fait une activité serait appelé comète. Tels sont donc les réservoirs aujourd’hui connus. Cela étant, l’origine des comètes est assez paradoxale. Avec 80% de la masse des planètes, Jupiter constitue en effet le grand perturbateur du système solaire, comme je l’ai montré dans mon livre sur l’histoire du système solaire. On en arrive donc à la conclusion paradoxale que les comètes du nuage de Oort se sont formées plus près du Soleil que les comètes de la ceinture de Kuiper.

Rosetta : un rendez-vous avec la comète Churyumov-Gerasimenko

Pour comprendre les constantes de temps auxquelles nous sommes confrontés avec Rosetta, il faut aussi mettre cette mission en perspective avec le survol de la comète de Halley en 1986.

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La comète de Halley en 1910 (fausses couleurs)
  • Source : CNES

Cette célèbre comète est une comète rétrograde, autrement dit une comète qui ne tourne pas dans le même sens que les planètes. Rencontrer cette comète n’est donc pas simple compte tenu de vitesses relatives de l’ordre de 70 kilomètres/seconde. Européens et soviétiques ont donc organisé des missions (Giotto, Vega) dont la partie scientifique a duré une dizaine d’heures. Bien que très fructueuses, ces rencontres ont été très courtes. C’est pourquoi les scientifiques se sont dit qu’il fallait faire mieux et tenter d’avoir un rendez-vous avec une comète. Au début, nous voulions ramener des échantillons de comètes mais l’agence spatiale européenne nous a fait comprendre que c’était techniquement très difficile. Nous avons donc abandonné cette belle idée de rapporter des échantillons mais nous avons néanmoins lancé une mission de rendez-vous. C’est cette mission que nous avons appelée Rosetta.
Or, organiser un rendez-vous avec un objet est extrêmement compliqué, beaucoup plus compliqué que de survoler cet objet. Dans le cadre de la mission Rosetta, nous avons en effet une constante de temps de l’ordre de 30 ans, entre le lancement du projet en 1986, la mise en route de l’administration, les 10 ans de fabrication de la sonde et les 10 ans de croisière pour atteindre notre comète. Avec la mission américaine New Horizons (survol de Pluton), Rosetta est la mission qui a la croisière la plus longue de l’histoire. Il a donc fallu être patient. En ce qui me concerne, je travaillais déjà sur ce projet en 1993-94 et ce n’est que 20 ans plus tard que tout se concrétise. A ces temps déjà très longs, s’ajoute un problème que nous avons rencontré. Ariane 5 devait nous envoyer vers une petite comète appelée Wirtanen. Malheureusement, peu de temps avant le lancement de mars 2003, Ariane 5 a explosé et a été interdite de vol. Nous n’avons donc pas pu partir en mars 2003 comme cela était prévu initialement, et surtout nous avons du changer de comète au dernier moment. Après avoir observé beaucoup de comètes dans le ciel, les scientifiques ont finalement retenu la comète Churyumov-Gerasimenko - du nom de ses deux découvreurs ukrainiens. Cette dernière présentait l’avantage d’être accessible, mais malheureusement la croisière allait durer 10 ans.

La longue croisière de la sonde Rosetta

Rosetta est une magnifique sonde de trois tonnes, ornée de très grands panneaux solaires (32 mètres déployés). Pour atteindre l’orbite de Jupiter, Rosetta va devoir se mettre en hibernation pour survivre. Quelle a été sa trajectoire ?

Animation de l’Esa sur la trajectoire de Rosetta. Source : ESA

Rosetta a été lancée en mars 2004 et a fait quatre tours autour du Soleil. Comme Ariane 5 n’a pas pu nous envoyer directement sur la trajectoire de rendez-vous, nous avons utilisé un mécanisme appelé l’effet de fronde, ou assistance gravitationnelle. Cet effet de fronde consiste à survoler les planètes disponibles, en l’occurrence la Terre et Mars, et à chaque survol un peu de l’énergie et donc de vitesse de la planète est transféré à Rosetta. C’est pour cette raison que l’on parle d’effet de fronde. A chaque tour, Rosetta gagne un peu de vitesse et peut ainsi s’éloigner chaque fois plus loin du Soleil. Nous avons donc survolé la Terre une première fois, puis Mars en 2007.
Lors du survol de Mars, une caméra française située sur Philae a d’ailleurs pu prendre une photo. Ensuite, il a encore fallu tourner, survoler à nouveau la Terre, au niveau de l’Antarctique cette fois car il nous fallait quitter le plan de l’écliptique et nous écarter de 7° par rapport à ce dernier. 7° ce n’est pas grand-chose mais cela peut coûter beaucoup. Là aussi, les effets de fronde ont donc été très utiles. Nous avons ensuite effectué un premier survol d’astéroïde. A chaque fois que nous avons traversé la ceinture d’astéroïdes, les scientifiques demandent de faire en sorte de survoler un astéroïde. Ce que nous avons fait avec Steins. Malheureusement notre caméra haute résolution a rencontré un problème au moment de ce survol donc l’image n’est pas très belle. Nous avons ensuite refait un tour. En 2009, nous sommes à nouveau passés dans les ceintures de Van Allen, ce qui était angoissant car nous avions peur que l’électronique disjoncte. Puis nous avons finalement effectué le dernier tour. Nous sommes à nouveau passés dans la ceinture d’astéroïdes et avons survolé le plus gros astéroïde jamais survolé dans l’histoire, Lutetia (100 km), dont nous avons pu faire des images tout à fait surprenantes. Enfin, nous sommes arrivés à notre comète 67P Churyumov-Gerasimenko.

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Rosetta survol l’astéroïde Lutetia Source : CNES
Source : CNES

67P renvoie à la nomenclature de l’Union Astronomique Internationale : P renvoie à périodique (en l’occurrence une période inférieure à 200 ans), et 67 au fait que c’est la 67ème comète d’une période inférieure à 200 ans qui a été cataloguée. Depuis l’histoire de l’humanité, nous avons recensé moins de 4000 comètes. Très peu donc à comparer au nombre d’astéroïdes répertoriés qui se situent aux alentours de 650 000. Pourquoi je cite ce rapport ? J’ai rappelé que l’eau pouvait venir des comètes, mais elle peut aussi venir des astéroïdes. Il y en a moins dans les astéroïdes mais il y a beaucoup plus d’astéroïdes. Il y a donc actuellement dans la communauté scientifique un débat consistant à savoir si l’eau vient des astéroïdes ou des comètes.
Pour atteindre Churyumov, il a fallu nous mettre en hibernation pendant 31 mois. Une fois notre cible atteinte, nous avons du réveiller Rosetta. C’est une horloge qui a automatiquement donné le signal du réveil. Ce moment a été d’autant plus poignant que le réveil a eu lieu avec 45 minutes de retard. La thermique n’étant pas une science exacte, il a en effet fallu réchauffer deux fois les censeurs stellaires, d’où le retard de 45 minutes.

Trajectoire triangulaire de Rosetta. Source : CNES
Pour approcher de la comète sans nous retrouver dans la queue qui est active, il a fallu inventer de nouvelles trajectoires assez étonnantes : des sortes de triangles formant une spirale permettant de se rapprocher du noyau sans danger. Du fait des lois de Kepler, nous sommes gravitationnellement liés à la comète lorsque l’on se rapproche à environ 30 km. Nous allons donc très lentement. Alors que nous faisons le tour de la Terre à 27 000 km/h en une heure et demi en orbite basse, il faut 14 jours à 30 km pour faire le tour de la comète, et les vitesses sont de l’ordre de quelques km/h. Pour vous donner une image, c’est un peu comme si on faisait un footing autour de la comète. A titre d’exemple, il nous a fallu une semaine pour nous rapprocher de 20 à 10 km de la comète.

Rosetta est arrivée à destination
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le noyau de 67P imagé par la camera OSIRIS-NAC le 3 août 2014
Source : ESA/OSIRIS

Nous n’irons pas plus près. Et pour cause, approchant actuellement du Soleil, la comète va devenir de plus en plus active.

La sonde Rosetta : les instruments scientifiques

Source : CNES
Nous avons à bord de cette sonde 11 instruments qui vont nous permettre de :
. Faire de la télédétection grâce à OSIRIS qui comporte deux caméras optiques à haute et moyenne résolution.
. Réaliser des observations dans l’infrarouge grâce au spectromètre imageur franco-italien VIRTIS.
. Faire des analyses in situ grâce à COSIMA, instrument allemand auquel la France a beaucoup contribué. COSIMA est un spectromètre à temps de vol qui doit analyser la composition des grains de poussières venus se déposer sur sa cible de quelques cm2. Une fois recueillis, ces grains sont bombardés à l’aide d’un canon à ions. Nous espérons ainsi en savoir davantage sur leur composition.
. Faire des analyses du gaz grâce à ROSINA, spectromètre de gaz neutres et ionisés appelé à déterminer la composition de la coma de la comète.
. Sonder l’intérieur du noyau grâce à une onde radar.
Les français sont présents sur tous les instruments. La communauté française est en effet très nombreuse dans ce projet : environ 80 scientifiques français sur 300 font partie des équipes scientifiques, y compris celles de Philae.

La description des instrument de Rosetta sur le site du CNES
La description des instument de Philae sur le site du CNES

La comète 67P/Churyumov-Gerachimenko

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Sursaut d’activité
Source : ESA/OSIRIS

Lors de notre approche, nous avons eu la bonne surprise d’avoir un sursaut d’activités. Rosetta est actuellement dans la coma.
Sur les 4 000 comètes répertoriées, nous ne connaissons que 5 noyaux.

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Source : CNES

Historiquement, le premier noyau connu est celui, actif, de la comète de Halley. Sur l’image ci-dessus, on voit bien les jets. C’est la meilleure image que nous ayons de ce noyau. Nous connaissons également :
. Borelli, une comète qui n’était pas active ;
. Will 2 dont nous avons des grains cométaires grâce à Stardust ;
. Temple 1 sur laquelle les américains ont envoyé un objet en titane de 300 kg pour créer une activité artificielle (mission Deep Impact). Cela a fonctionné puisque l’on a vu apparaître une activité artificielle sur cette comète. Le problème : on n’a jamais trouvé le cratère engendré par l’impact. Cette expérience est un peu inquiétante pour nous dans la mesure où, si cet objet en titane s’est enfoui comme s’il tombait dans de la poudreuse, il n’est pas du tout impossible qu’il arrive la même chose à Philae au moment de son atterrissage sur la comète. Or, si on s’enfouit sur cette comète, on risque d’avoir de graves problèmes de communication et de ne pas pouvoir mener l’activité scientifique prévue.
. Hartley 2 est également une comète qui était active quand elle a été survolée. On a découvert autour de cette comète des blocs de glace carbonique de la taille d’un ballon de basket-ball. C’est là aussi très préoccupant car si Rosetta est percutée par un bloc de la taille d’un ballon de basket-ball, même à faible vitesse cela peut créer des dégâts comme la mise en rotation la sonde ou de Philae ce qui serait catastrophique au moment de l’atterrissage.

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Premières images de la comère 67P/Churyumov-Gerachimenko
Animation réalisée à partir de 101 images prises par la caméra de navigation de Rosetta lors de son approche de la comèteb 67P/C-G en août 2014. La première image a été prise le 1er août à une distance de 832 km, la dernière image date du 6 août à une distance de 110km. source ESA/Rosetta/NAVCAM

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le noyau de 67P imagé par la camera OSIRIS-NAC le 3 août 2014
Source : ESA/OSIRIS

Ci-dessus le noyau de 67P. Ma fille y voit un pied de hobbit. Beaucoup parlent de canard posé sur l’eau. Ce noyau a été vu le 14 juillet. Il tourne sur lui-même en 12,4 heures. Les mesures de VIRTIS ont permis d’évaluer la température du noyau à -70°. Ce ne peut donc pas être de la glace. D’ailleurs l’Albedo, autrement dit le coefficient de réflexion de la comète, est très sombre. Nous avons mis du contraste dans les images, mais ce n’est pas du tout de la glace pure.

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Jets de poussière enregistrés par la caméra OSIRIS le 10 septembre 2014
Source ESA/OSIRIS

L’activité a lieu essentiellement entre la tête et le corps. Ce que l’on voit sur cette image n’est pas du gaz mais les grains emportés par le gaz. Le gaz est invisible mais les grains, eux, sont visibles sur l’image. Nous avons donc un début d’activité qui est essentiellement situé dans cette partie centrale. En juillet, la coma faisait déjà 19.000 km de diamètre. Rosetta est donc complètement dedans.

L’approche de la comète

Pendant notre phase d’approche, tout au long du mois d’août, nous avons reçu des images de plus en plus précises de cette comète. Nous nous sommes très vite rendus compte qu’elle n’est pas très accueillante pour qui veut se poser dessus. Elle est même extrêmement complexe.

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le noyau de 67P imagé par la camera OSIRIS-NAC le 3 août 2014
Source : ESA/OSIRIS

Nous avons pensé qu’il pouvait s’agir de deux comètes collées l’une à l’autre. Nous penchons davantage aujourd’hui vers l’hypothèse d’une comète en train de se briser. L’activité se situe notamment au niveau du cou : on voit bien que cette partie, plus blanchâtre, est en train de se creuser. Poreuse, la comète perd du matériel. La densité de la comète est de moins de 0,5 : dans l’eau, elle flotterait. Une comète est un corps qui se flétrit, qui s’effondre sur lui-même, avec une gravité très faible. D’où l’aspect de cette surface, extrêmement complexe, avec à certains endroits des dépôts, dans d’autres ce qui s’apparente à des falaises de granit. La question qui nous taraude est actuellement la suivante : ces dépôts sont-ils solides ? Ne va-t-on pas s’enfouir comme si l’on tombait dans 3 mètres de poudreuses ? Quelle que soit la réponse à cette question, notre véhicule existe et dispose d’un système anti-rebond. Va-t-on s’enfouir ? La réponse le 12 novembre à 16h35 à la Cité des sciences où l’on vivra l’événement en direct.
Nous vivons actuellement un moment où les scientifiques ont des données mais ne les partagent pas parce qu’ils veulent publier. Certaines images sont ainsi interdites de diffusion. Si elles se retrouvaient sur Internet, j’aurais de gros problèmes avec le responsable allemand de la caméra. Prévoyant de publier dans Science qui demande l’exclusivité, ce dernier est en effet très soucieux de ne montrer que quelques images, ce qui nous pose vraiment un problème. Beaucoup de gens sont mécontents de ne pas voir suffisamment d’images.

Site d’atterrissage de Philae

Depuis le mois d’août, nous travaillons à la sélection du meilleur site d’atterrissage pour Philae. Le mot d’ordre des ingénieurs de l’ESA consiste à ne pas sacrifier le gâteau - Rosetta - pour la cerise - Philae. Philae est un plus, mais on ne va pas sacrifier un engin de 3 tonnes pour faire en sorte de se poser sur la comète.

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Position des sites préselectionnés fin août
sources ESA/OSIRIS/CNES/SONC

Au début, une dizaine de sites ont été retenus. Fin août : nous avons discuté des 5 sites A, B, C, I et J potentiels d’atterrissage. Le site le plus excitant était pour nous le A parce qu’il nous mettait entre le corps et le cou et nous offrait une superbe vue sur la falaise. Mais les ingénieurs de l’ESA nous ont tout de suite dit que l’on ne pouvait pas aller entre les deux morceaux où l’on ignore tout du champ de gravité. Pour le mesurer, il faudrait passer entre les deux, ce qui est impossible. Donc le site A était interdit. Nous avons été déçus mais évidemment ils avaient raison. Nous avons donc ensuite beaucoup discuté des différents sites restants.

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Position du site J retenu pour l’atterrissage de Philae
Source ESA/OSIRIS

Nous avons finalement décidé de nous poser sur le site J, localisé ci-dessus.
Nous avons du penser l’ellipse d’erreur. Il y a en effet une incertitude sur la trajectoire lors du largage en raison des gaz, des différents paramètres, etc. Cette ellipse d’erreur fait un kilomètre dans sa grande dimension.

On voit sur cette image une falaise (60° de pente) qui nous préoccupe beaucoup. Si on tombe sur cette falaise, on risque de rouler jusqu’en bas. Néanmoins, il y a eu un consensus sur ce site qui est le meilleur site que nous ayons.

Cette croix est le lieu théorique d’atterrissage. Nous voulons nous poser sur ce dépôt qui semble assez universel. Compte tenu des pentes, des rochers, etc., nous estimons que nous avons une probabilité de 4 chances sur 5 de réussir. Nous n’avons pas le choix. Nous parviendrons à atterrir sur une pente allant jusqu’à 30°, au-delà ce sera un échec. Nous courons également le risque de nous poser sur l’un des 93 rochers recensés et dont les tailles varient de 2 à 20 mètres.
Parmi les critères retenus pour le choix du site : l’ensoleillement. Nous voulons nous poser dans une zone ensoleillée parce que nous avons des panneaux solaires qui devraient nous permettre de vivre longtemps sur la comète. C’est aussi l’une des raisons pour lesquelles le site J a été retenu. Nous avons aussi un site de secours qui est le site C.

Nous ne voulions pas de sites qui soient en permanence au Soleil. Sur le plan scientifique, il est pour nous important d’avoir un cycle jour / nuit pour voir comment la comète se refroidit et se réchauffe pendant un passage de nuit. Idéalement, nous recherchions 70% de jour, 30% de nuit.

Go for landing

Comment allons-nous procéder ? Nous allons tourner autour de cette comète à une trentaine de kilomètres, nous allons télécharger une télécommande et demander à Rosetta de partir pour faire du rase-caillou en suivant une trajectoire hyperbolique. A une vingtaine de kilomètres, à la seconde près, nous allons larguer Philae qui devrait, 7 heures plus tard, se poser à 9h du matin, heure de la comète. Il est en effet plus malin de se poser sur la comète au début d’une journée plutôt qu’au milieu de la nuit. C’est pourquoi nous nous posons plutôt à l’équateur. En pratique, cela suppose de faire un survol et de larguer Philae vers l’arrière pour que sa vitesse horizontale soit nulle. Si on a une vitesse horizontale, on risque de basculer. Il faut donc avoir une vitesse horizontale nulle. En revanche, Philae va tomber comme une pierre. Mais comme la comète fait « seulement » 10 milliards de tonnes, Philae va tomber d’une part en 7 heures et d’autre part atterrir à la vitesse de 3 km/h. Tout cela est très lent. Ce que nous voulons surtout, c’est que Philae ne tourne pas pendant la descente. D’où la présence d’une roue à inertie qui tourne et qui produit un effet gyroscopique. L’axe principal de Philae, celui avec les pieds en bas et le corps au-dessus, doit rester fixe par rapport à la surface de la comète.

Animation sur le largage de Philae - Source : ESA/ATG Medialab

Une fois Philae largué, Rosetta va quitter la zone dangereuse et se mettre dans une position optimisée pour le relais - toutes les données de Philae passant par Rosetta pour arriver sur Terre jusqu’à nous. Dans la simulation, Philae ne se pose pas exactement sur le centre marqué par une croix, compte tenu de paramètres perturbateurs. Cela étant, on a une probabilité de 99% de tomber dans l’ellipse. Notre vie sur la comète est de deux jours et demi à partir d’une pile. Après, nous nous appuierons sur des panneaux solaires et une batterie mais dans un deuxième temps. L’instant le plus critique est évidemment l’atterrissage. Que se passe-t-il à l’atterrissage ? Nous avons des senseurs de contact sur les trois pieds de notre engin. Ces senseurs de contact vont déclencher un propulseur à gaz froid situé au sommet de Philae. Ce propulseur va nous plaquer au sol car nous craignons de rebondir. La gravité est très faible. Cet engin de 100 kg a donc des chances de rebondir. Sauf si sa surface est toute molle, auquel cas on va s’enfoncer mollement. Nous sommes donc dans l’incertitude totale. Mais pour l’instant, on est dans un schéma où l’on craint le rebond. On a donc ce propulseur qui nous plaque et simultanément deux harpons qui vont être tirés par des moyens pyrotechniques pour s’accrocher dans le sol. Nous allons ensuite enrouler un câble pour nous ancrer dans le sol. Avec un engin qui pèse l’équivalent de quelques grammes dans cet environnement, le seul moyen de rester sur la comète est de s’y arrimer. C’est important car, si Philae n’est pas ancrée, quand nous allons commencer à forer, c’est Philae qui va se soulever.
Une fois ancré, la première chose que nous allons faire est un panorama (grâce à 6 caméras). C’est cela que nous attendons vers 18-19h à la Cité des sciences. Ce sera le clou du spectacle, la preuve que l’on s’est bien posé. Ce sera forcément spectaculaire puisque nous n’avons aucune idée de à quoi ressemble une comète vue de sa surface. Peut-être serons-nous obligés de tourner pour mettre nos panneaux solaires au Soleil. Nous allons ensuite déployer les instruments prélever les échantillons avec la foreuse et analyser la composition du matériau cométaire. L’analyse du matériau cométaire est en effet le cœur de la mission de Rosetta et de Philae. Ce que nous connaissons des comètes, ce sont des molécules dont l’eau est la plaus abondante. Nous avoisinons aujourd’hui la trentaine de molécules. Ce que nous cherchons à connaître c’est la nature du matériau organique probablement constitué de longues chaines carbonées qui, lui, n’est pas du tout volatile. Nous allons sonder l’intérieur du noyau. Pourquoi ? Car il est important de savoir comment les comètes se sont formées. A-t-on un noyau très homogène ? Auquel cas, les comètes se sont formées très calmement. Ou a-t-on de gros blocs ? Auquel cas, la formation des éléments du système solaire se fait de façon plus chaotique qu’on ne le pensait.

Quelques résultats scientifiques

Je vous ai parlé de Cosima qui collecte des grains sur une cible de quelques centimètres carrés. Deux grains collectés de façon naturelle ont été soumis au canon à ions. Malheureusement ils se sont volatilisés immédiatement. Nous nous rendons donc compte du caractère extrêmement fragile de ces grains. Nous allons devoir nous adapter pour faire les mesures en spectrométrie de masse.
Un autre instrument s’est intéressé à la nature du gaz et notamment au rapport entre CO2 et H2O. Ces résultats n’ont pas encore été publiés.

Actuellement, nous sommes entre Jupiter et Mars.
Nous allons escorter la comète jusqu’en août 2015.

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Un selfie devant la comète
Source : ESA/IAS

Questions / Réponses

➢ Vous avez conçu cet engin il y a 10 ans. Avez-vous des regrets au regard de ce que vous auriez pu faire avec la technologie actuelle ?

Il y a effectivement un temps de la technologie. Et la conception de Rosetta et Philae n’a pas eu lieu il y a 10 ans mais bien il y a 20 ans. A cette époque, un chef de projet est allé voir les experts pour savoir quels étaient les matériels qualifiés « spatial » les plus performants. Par « qualifié spatial », on entend des matériels extrêmement fiables et robustes, qui résistent aux radiations, à des écarts de température importants, etc. Un calculateur dit « qualifié spatial » au moment de notre choix était déjà ridicule par rapport à ce que l’on pouvait trouver sur le marché, aux technologies grand public. Il y a en effet un décalage énorme entre la technologie que l’on utilise pour le spatial et celle grand public. Toute technologie pensée pour le spatial doit en effet être robuste, fiable, testée, etc. Tandis que celle pour le grand public peut être changée en cas de panne. Il y a donc un double écart : l’écart de la technologie spatiale par rapport à la technologie grand public et l’écart du fait que ce choix a été fait il y a environ 20 ans. Si c’était à refaire, ce n’est pas la technologie que l’on changerait. C’est davantage tout ce qui concerne le problème de l’enfouissement de Philae. Peut être qu’aujourd’hui on prévoirait des raquettes pour éviter de nous enfoncer sous la surface. Mais nos amis allemands ont à l’époque décidé de se poser sur trois pieds, car ils pensaient que la surface serait plutôt dure. C’est pourquoi nous paniquons un peu mais sans moyen de changer quoi que ce soit. L’engin est là, on ne peut pas le modifier. On peut éventuellement envisager d’atterrir plus lentement. Mais il ne faut pas non plus s’affoler. Ce n’est pas parce que l’on craint de s’enfouir que c’est effectivement ce qui va se passer. Quand Apollo s’est posé sur la Lune, on craignait déjà de s’enfoncer. Donc attendons de voir ce qui va se passer le 12 novembre.

➢ J’ai été étonné par les trajectoires de Rosetta - les fameux triangles - autour de la comète. Cela signifie-t-il que la sonde a embarqué beaucoup de carburant pour adapter sa trajectoire ?

Non parce que les vitesses relatives de ces fameux triangles sont très lentes. Typiquement, pour modifier la trajectoire de Rosetta d’un bord du triangle à l’autre il faut compter un mètre par seconde voire deux mètres par seconde. On consomme donc très peu, à peine quelques grammes. On a en revanche beaucoup consommé pour freiner la sonde et arriver à vitesse nulle par rapport à la comète. Il a fallu freiner de 3000 km/h.

➢ Les deux sites d’atterrissage semblent être aux deux extrêmes du col. Est-ce un choix pour éviter les différences gravitationnelles ?

Nous avions dix sites au départ. Très vite, nous en avons éliminé cinq. Ensuite, les critères de sélection étaient les suivants : la planéité, la densité de rochers, la distribution des pentes, l’ensoleillement (environ 8-9h d’ensoleillement sur 12) et la faisabilité de la trajectoire dont je n’ai pas parlé. Ainsi, certains sites ne sont pas accessibles à cause du champ de gravité qui n’est pas connu. Ce fut notamment le cas du site A. D’autres considérations un peu subtiles entrent par ailleurs en ligne de compte. Nous pensions être largués à 2,5 km d’altitude et finalement, pour des raisons diverses de mécanique spatiale, nous allons être largués à 20 km d’altitude. Nous essayons d’être le plus robuste possible. Nous avons un système ajustable entre 5 cm/s et 50 cm/s. Il est ajustable mais nous ne lui faisons pas confiance totalement. Nous avons un système de secours qui, lui, nous largue à 19 centimètres par seconde. Au début, on pensait qu’être largués à 30 allait nous amener sur la comète à tel endroit, et largué à 19 à tel autre endroit. Or, quand on a fait les calculs sur la vraie comète, on s’est aperçu qu’à 30 on arrivait sur la comète mais qu’à 19 on ratait la comète. On s’est donc dit qu’il fallait impérativement nous larguer à 19. Le résultat est que pour être largué à 19, il faut être largué à 20 km d’altitude. D’où une descente très longue qui ne nous plait pas beaucoup mais nous n’avons pas le choix.

Thierry Levoir (CNES) : Il ne faut pas oublier que la sonde a été conçue pour une autre comète qui n’avait pas la même masse. Le système à ressort a donc été conçu pour une comète plus petite. C’est pour cette raison que nous rencontrons ces problèmes aujourd’hui.

Francis Rocard : Nous avions fait les calculs pour une comète de 1,2 km de diamètre. Celle-ci fait 4 km. La masse n’étant plus la même, nous ne sommes plus du tout dans la même configuration.

➢ Si j’ai bien compris le but initial de Rosetta et de Philae était de faire des prélèvements pour analyser la constitution de la comète. Or vous semblez compter sur un forage de 30 à 40 centimètres alors que vous avez parlé d’une matière organique d’au moins un mètre de profondeur. N’y a-t-il donc que cette matière organique qui vous intéresse ? Ou en êtes-vous réduits à n’analyser que cette matière organique ? Question subsidiaire : est-ce que les grains que vous souhaitez analyser constituent de la matière non organique ?

Les scientifiques sont principalement intéressés par la matière organique. Pour simplifier, les cailloux - les silicates - on les connaît. La matière organique est quant à elle beaucoup plus rare. Il y en a très peu dans les astéroïdes et nulle part ailleurs. Ce qui nous intéresse c’est donc bien cette matière organique originelle qui n’a pas bougé depuis 4,6 milliards d’années. Elle nous intéresse d’autant plus que c’est probablement elle qui, dans nos océans, a contribué à fabriquer les premières membranes, les premières cellules et donc la vie. La question que nous nous posons est donc la suivante : le matériau cométaire a-t-il contribué à fabriquer la vie.

➢ Ma question porte sur l’aventure humaine qu’a représentée un tel projet. Vous avez été obligés de vous adapter à des contraintes multiples comme le lancement repoussé ou le changement de comètes. Vous avez du faire des choix et des compromis. Comment architecturer un tel programme en termes humains ? Comment se font les choix ? Comment sont prises les décisions ? Comment aboutit-on à des prises de décision univoque avec des contraintes disciplinaires et des intervenants si différents ?

Comme tout projet spatial, un projet comme Rosetta est forcément très structuré. Dès le départ, il faut savoir qui fait quoi, qui est responsable de quoi, qui décide quoi. Rosetta est une mission de l’Agence spatiale européenne. Les personnels de l’ESOC, situé à Darmstadt, ont la décision ultime de faire ou de ne pas faire ce que les scientifiques veulent puisqu’ils ont la responsabilité de la sécurité de la sonde. Ce sont par exemple eux qui décident si l’on descend à 30, 20 ou 10 km. Après, il y a Philae, la cerise sur le gâteau. Philae est un projet germano-français sur lequel nos amis allemands sont plutôt leaders. Les décisions sur Philae sont donc prises à Cologne. Au CNES, nous avons eu plusieurs responsabilités dont celle de calculer la trajectoire de Philae, les fameuses 7 heures. Pour ce faire, un milliard de trajectoires ont été calculées. Nous avons associé à chaque trajectoire, ses caractéristiques, et laissé aux gens de Philae le soin de décider. Entre temps, les scientifiques apportent, quant à eux, des critères scientifiques. Ce sont eux par exemple, qui nous indiquent qu’il serait intéressant pour eux de travailler sur du matériau organique, ou d’atterrir sur une zone connaissant un cycle jour-nuit. Il y a donc plusieurs intervenants et plusieurs niveaux. Les scientifiques émettent leurs recommandations ; le projet Philae fait un choix qui est ensuite validé ou non par les gens de l’ESOC qui sont les responsables ultimes de la mission.

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Francis Rocard
➢ On voit bien qu’on est dans un milieu pas du tout homogène et en pleine évolution. A-t-on envisagé d’atterrir sur une surface avec de la poudre et de s’enfoncer dans une sorte de grotte ?

Ce n’est pas impossible mais on n’en sait rien. Il est vrai qu’il y a des poches de glace à certains endroits et que, si une poche se vide cela peut créer une faille. Mais franchement, on n’en sait rien. J’espère que le radar CONSERT nous donnera des éléments à ce sujet. C’est en partie pour cette raison que la structure interne nous intéresse. En ce qui me concerne, je pencherai plutôt pour un matériau poreux, un peu comme une pierre ponce, avec des petits trous partout. Mais après tout on n’en sait pas grand-chose.

➢ Vous semblez être dans une situation d’inconnu absolument spectaculaire. Vous avez l’air de découvrir des choses au fur et à mesure, comme des comportements gravitationnels ou des états du sol surprenants. Comment se prépare-t-on non pas à l’incertain que l’on peut probabiliser mais à cette situation où l’on ne sait pas ce que l’on va trouver et où l’on va devoir construire l’exploration au fur et à mesure ?

Nous planifions beaucoup. Au cours des 10 années de croisière, nous avons eu le temps de planifier ! Nous essayons d’être robustes. Autrement dit, nous planifions en essayant de penser à tous les cas de figure. Quand nous avons vu la comète avec ses deux morceaux, nous avons été surpris. Mais nous nous sommes adaptés. Cela a des conséquences : nous ne pouvons par exemple pas atterrir sur un site situé entre les deux morceaux. En revanche, le théorème de Gauss nous montre que plus l’on s’éloigne, plus le champ de gravité redevient comme sur une sphère. A 10 km, les gens de l’ESOC vont d’ailleurs voir l’évolution de la trajectoire de la sonde en fonction du champ de gravité. C’est intéressant. Bref, nous essayons d’être robustes et de ne pas dépendre d’un seul paramètre. Vous avez vu que nous avons un système de descente active dont nous ne sommes pas sûrs qu’il va fonctionner. Nous allons donc faire en sorte de ne pas l’utiliser. Après, il y a les impondérables comme l’état de surface de la comète, son relief, etc.

➢ Une question par rapport au temps de propagation des signaux depuis la sonde et au temps de réaction aux commandes. On a vu qu’il y a beaucoup d’impondérables et qu’il va vous falloir prendre des décisions très rapidement. Or, l’information va mettre 30 minutes à arriver et la réponse 30 minutes à être transmise à la sonde. Comment envisage-t-on cela ? Comment réagir par rapport à cette échelle de temps ?

C’est un peu la même réponse qu’à la question précédente : nous essayons d’être robustes. Nous faisons en sorte d’anticiper tous les mouvements de Rosetta pour qu’elle ne se mette jamais dans une position de collision avec la comète par exemple. Nous vérifions par exemple que les lois de Kepler s’appliquent bien, autrement dit que le frottement par le gaz et les poussières ne perturbent pas de façon trop problématique la trajectoire. Il ne faudrait pas que Rosetta se mette à spiraler et aille taper dans la comète. Aujourd’hui les choses se passent plutôt bien. Nous faisons de beaux cercles. C’est la responsabilité de l’ESOC à Darmstadt de ne pas mettre la sonde en danger. Nous ne devons surtout pas être à 30 minutes près, jamais. Nous devons toujours avoir au moins 24, 36 ou 48 heures d’avance pour ne pas être dans la panique et devoir envoyer un ordre de toute urgence.

➢ Pour nous au CERN qui travaillons plutôt au niveau des dizaines de nanosecondes, il est étonnant de constater la temporalité qui est la vôtre. J’ai l’impression qu’il est plus facile de réagir au niveau de dizaines de nanosecondes que de réagir quand on a une demi-heure devant soi.

On anticipe, tout simplement. Nous savons que les lois de Kepler s’appliquent. Nous vérifions donc qu’elles ne sont pas trop perturbées par l’environnement. Si c’est le cas, la vie continue. Quand nous étions à 30 km, l’ESA n’arrêtait pas de nous dire qu’il n’était pas certain que nous passions à 20. Puis ils ont pris la décision de passer à 20, puis de descendre à 10. Chaque fois, c’est le chef de projet qui a pris une décision formelle consistant à dire que, la mission n’étant pas en danger, on pouvait y aller.

➢ Vous avez parlé tout à l’heure d’un important recueil d’informations. Quel est le trajet de l’information recueillie et son statut ? Tout est-il publié ? En différé ? En temps réel ? Ou y a-t-il une rétention d’informations et un partage entre différents acteurs ?

Il faut distinguer l’information technique de l’information scientifique. L’information technique renvoie à ce qui concerne la sonde, Philae, les harpons, le propulseur à gaz froid, le déploiement du train d’atterrissage, etc. Toute cette information se retrouve à Cologne, chez les responsables de Philae. C’est à eux de confirmer que le train d’atterrissage s’est bien déployé par exemple. Une fois l’information diffusée, elle a un intérêt technique limité. Elle peut faire l’objet d’une publication technique pour faire un bilan, mais ultérieurement, à l’échelle de plusieurs mois. L’information scientifique, autrement dit les données issues des instruments (y compris les images) font l’objet d’un droit de propriété exclusive de l’équipe scientifique. M. Holger Sierks, le PI de la caméra, fait par exemple beaucoup de rétention d’images. Au CNES, nous nous sommes déjà fait taper sur les doigts deux fois parce que nous avions mis en ligne des images que nous n’aurions pas du diffuser. C’est assez pénible. Quand on pense à des événements très importants pour la planétologie, comme le survol par Voyager de Jupiter, de Saturne, d’Uranus et Neptune, on n’imagine pas la NASA s’excuser de ne pas montrer les images sous prétexte que ces dernières seraient la propriété du PI ! C’est inimaginable. C’est pourtant exactement ce que nous vivons en ce moment. En ce qui me concerne, je suis assez en colère vis-à-vis de l’Agence spatiale européenne qui n’a pas su gérer cette situation à froid. Il aurait fallu se mettre d’accord sur un modus vivendi. Heureusement que nous avons une caméra de navigation qui, bien que produisant des images moins performantes mais équivalentes pour un non spécialiste, permet à l’ESA de sauver la face. Nous nous en sortons comme ça mais tous les passionnés savent bien que les images de la caméra OSIRIS ne sont pas visibles. Il est très préoccupant que des revues comme Science ou Nature soient à ce point toutes puissantes qu’elles puissent refuser une image sous prétexte qu’elle aurait déjà été publiée.

➢ En dehors des images, qu’en est-il des autres mesures, des données chiffrées par exemple ?

Pour les mesures, le souci est le même mais je dirai que c’est normal. Je vous ai montré quelques résultats à la fin de mon exposé qui sont actuellement confidentiels et dont personne ne parlera tant qu’ils ne seront pas publiés.

➢ Mais une fois publiées, ces données sont-elles ouvertes ou restent-elles à l’intérieur de l’ESA ?

Sur cette question, ce sont les américains qui ont un peu fixé les règles du jeu. Le droit d’utilisation exclusive était au départ de deux ans. Il a ensuite était ramené à un an et l’on parle actuellement de 6 mois. La NASA pousse donc pour que ce délai d’utilisation exclusive se raccourcisse de plus en plus. Concrètement, cela signifie que l’équipe scientifique de l’instrument doit traiter les données et les faire entrer dans une base ouverte à toute la communauté - et ce dans un délai de 6 mois, à compter de la réception des données.

➢ Nous savons que les satellites des grosses planètes du système solaire ont des compositions très diverses mais relativement homogènes. Les mesures réalisées sur la comète permettront-elles de comprendre pourquoi certaines de ces lunes sont en méthane tandis que d’autres sont plutôt en glace d’eau ou en carbone ?

Vous faites un raccourci un peu rapide. Je ne suis pas sûr que les mesures faites avec Rosetta nous donnent une information sur le méthane de Titan. Je ne le crois pas. Il y a effectivement 67 lunes autour de Jupiter, à peu près autant autour de Saturne, et il est vrai que nous essayons de comprendre pourquoi. Mais pour y parvenir, il faut tenir compte de très nombreux paramètres. Analyser le matériau primordial ne suffira donc pas à apporter toutes les réponses.

jeudi 13 novembre 2014, par Olivier Dargouge