Lancement de Bepi-Colombo : Pourquoi l’Europe part explorer Mercure

Ce mois d’octobre, l’Europe lance une sonde en direction de la planète la plus proche du Soleil. En quoi ce monde inhospitalier intéresse-t-il les astronomes ? Le point en six questions.

Le 20 octobre 2018, une puissante fusée Ariane 5 ECA s’est arrachée à l’attraction terrestre depuis la Guyane pour emporter dans l’espace la sonde européenne Bepi-Colombo. Son objectif : Mercure, qui se trouve en moyenne à 57 millions de kilomètres du Soleil, et qu’elle doit étudier en détail. Décidée en 2000, cette mission ambitieuse et difficile se compose d’un module européen qui se concentrera sur l’exploration de la surface de la planète et d’un module japonais qui effectuera des mesures de son champ magnétique. Au terme d’une croisière de sept années, Bepi-Colombo entamera sa mission prévue pour durer un an — peut-être deux. Elle sera la troisième sonde à rendre visite à Mercure, après les engins de la Nasa Mariner 10 en 1974-75 et Messenger en 2011.

1. Après l’américaine Messenger, l’européenne Bepi-Colombo n’arrive-t-elle pas trop tard ?

Mercure a déjà été photographiée en entier par la sonde américaine Messenger, décidée en même temps que Bepi-Colombo mais lancée dès 2004. Bepi-Colombo ferait-elle doublon, se contentant de confirmer les découvertes de son aînée ? « Messenger a tout cartographié et fait des découvertes, admet Alain Doressoundiram, coresponsable de Simbio-SYS, le spectro-imageur du module européen. Elle a permis d’identifier des dépressions étranges appelées hollows mais pas de les comprendre. Le spectrographe de Messenger n’était pas assez sensible pour révéler la composition de ces terrains. La nature des minéraux exposés n’a pas pu être identifiée. Bepi-Colombo fera de la science en profondeur. » Et pour cause, dernière mission du programme Horizon 2000+, elle a été réalisée avec un budget de 1,6 milliard d’euros, trois fois plus élevé que celui de Messenger. Ses instruments scientifiques sont donc beaucoup plus précis et plus sensibles pour effectuer des mesures bien plus ambitieuses.

Les « hollows » sont ces dépressions étranges repérées à la surface de Mercure, qui ont une couleur plus claire que les alentours
et qui semblent avoir été créées par des émanations gazeuses récentes. © Nasa

2. Pourquoi le trajet est-il aussi long ?

Rejoindre les planètes intérieures à l’orbite de la Terre n’est pas plus facile que d’atteindre les lointaines planètes géantes — Bepi-Colombo mettra ainsi sept ans à approcher Mercure et se satelliser autour d’elle. Il faut échapper à l’attraction terrestre et plonger vers le Soleil… Sans tomber dessus ! Pour cela, il faut freiner la sonde. Comme cette opération serait très coûteuse en carburant — ce qui exigerait d’emporter une masse importante —, elle sera réalisée par des passages successifs près de planètes. Bepi-Colombo survolera ainsi une fois la Terre, deux fois Vénus et six fois Mercure afin de voir sa vitesse modifiée par l’attraction gravitationnelle de ces astres.

Bepi-Colombo se compose d’une sorte de « train spatial » : un module de navigation MTM, qui propulse le module européen MPO et le module japonais MMO. Si l’antenne de MPO sera déployée dès le début du voyage afin d’assurer les communications avec la Terre, ses instruments et notamment sa caméra ne fonctionneront pas avant l’arrivée finale près de Mercure en 2025. En effet, tous sont sur la face à laquelle est attaché MTM. Donc, pas de photo de Mercure lors des six survols ; il faudra attendre sept ans !

Deux mois avant l’insertion sur orbite, les trois modules se séparent. MMO se placera sur une orbite elliptique (de 590 à 11 640 km d’altitude) qu’il couvrira en 9 h 20 min. MPO effectuera encore des manœuvres successives pour atteindre une orbite polaire relativement circularisée (de 480 à 1 500 km) qu’il bouclera chaque 2 h 20 min.

3. Mercure serait-elle une Lune bis ?

Par l’aspect de sa surface, faite de cratères d’impact et de plaines de lave, Mercure est souvent comparée à la Lune, un corps figé depuis longtemps. « Ce n’est pas une Lune bis, argumente Alain Doressoundiram. Mercure est plus sombre que la Lune. Sa surface est plus pauvre en fer et plus riche en éléments légers tels que le magnésium. Or, nos modèles d’accrétion des planètes indiquent qu’entre 0,4 et 1,5 unité astronomique du Soleil [soit entre 0,4 et 1,5 la distance moyenne Terre-Soleil, NDLR], les planètes devraient être très similaires. Là, Mercure se distingue. » La conclusion : les modèles ne sont pas bons, car ils n’expliquent pas pourquoi autant d’éléments volatils se retrouvent à la surface de Mercure. Ce petit monde surchauffé par le Soleil recèle donc des informations susceptibles d’améliorer la connaissance des premiers âges du Système solaire. « Mercure est le chaînon manquant de la formation des planètes telluriques, martèle Alain Doressoundiram. De plus, elle peut permettre de savoir si le scénario de formation du Système solaire, une fois comparé aux systèmes d’exoplanètes, est générique ou non. » Pour tenter d’expliquer la teinte sombre de la surface, les chercheurs envisagent qu’elle soit recouverte de carbone issu de comètes. Ou que la surface soit une ancienne croûte de carbone. Autant de questions qui la distinguent de la Lune.

4. Que va faire exactement Bepi-Colombo ?

En un an autour de Mercure, grâce à sa caméra, Bepi-Colombo devrait cartographier entièrement la planète deux fois, avec une résolution de 5 à 10 m — elle devrait donc être capable de photographier le cratère d’environ 16 m de diamètre creusé par l’impact de la sonde Messenger le 30 avril 2015. À la clé, peut-être, la découverte de structures géologiques jusque-là inaperçues et une meilleure compréhension de l’histoire de la planète. Les onze instruments scientifiques de MPO devraient permettre de résoudre le mystère des hollows soulevé par Messenger. Non seulement son spectrographe établira la composition des minéraux qui constituent leur surface, mais en plus un spectromètre de masse « reniflera » les gaz de l’exosphère — la très ténue atmosphère de Mercure qui se crée de façon transitoire sous l’impact du vent solaire —, de sorte que les scientifiques établiront des corrélations dans le cas où ces dépressions relâcheraient des éléments volatils.

Les images à haute résolution offriront une vision précise des escarpements lobés photographiés par Mariner 10 et Messenger. Ces failles témoignent d’un événement important : la contraction rapide et soudaine de la planète. Mercure s’est en effet rétrécie subitement de 14 km ! Mais à quelle époque, et combien de temps le processus a-t-il duré ? Avec des images d’une résolution de 5 m, ces questions trouveront des réponses.

De même, MPO disposera de tous les atouts — un ensemble de spectrographes dans différentes longueurs d’onde — pour déterminer si oui ou non, les points brillants découverts par radar depuis la Terre et localisés par Messenger sont des dépôts de glace. De la glace sur la planète la plus proche du Soleil ? C’est en effet possible, car certains cratères situés aux pôles ne sont jamais éclairés directement par notre étoile. Ils peuvent donc abriter de la glace apportée par des chutes de météorites ou de comètes. « C’est difficile à voir, explique Alain Doressoundiram, mais avec la lumière solaire réfléchie par les parois éclairées, on espère pouvoir obtenir des spectres. »

5. Mercure peut-elle permettre de mieux comprendre la Terre ?

Parmi les planètes telluriques, seule Mercure partage avec la Terre le fait de posséder un champ magnétique. Certes, celui-ci est cent fois moins intense, mais il lui ressemble. Le module japonais MMO s’attachera donc à l’étudier, en cheville avec MPO, ce qui procurera des mesures simultanées de sa densité électronique en deux points de l’espace. « Le champ magnétique protège du vent solaire, rappelle Alain Doressoundiram. Mieux connaître celui de Mercure doit nous permettre de mieux comprendre celui de la Terre. »

6. Pourquoi Bepi-Colombo a-t-elle autant de retard par rapport à son calendrier initial ?

Bepi-Colombo a été sélectionnée par l’Agence spatiale européenne (ESA) en 1996 et décidée en 2000 pour un lancement en 2009. Finalement, elle ne décollera que fin 2018, avec près de dix ans de retard. La raison tient principalement au fait qu’il s’agit d’une mission innovante. « Bepi-Colombo se démarque des autres sondes par le fait que pratiquement rien n’existait ; seulement 18 % des technologies nécessaires étaient déjà disponibles. Le reste, il a fallu l’inventer », explique Alain Doressoundiram. C’est le cas de la propulsion ionique utilisée par le module de transfert. Certes, l’ESA avait déjà testé le procédé sur sa sonde lunaire Smart 1 en 2003. Mais elle ne l’avait jamais employée sur une mission scientifique. Or, cela exige un certain degré de fiabilité. De fait, les quatre moteurs qui équipent Bepi-Colombo ont fait face à quelques soucis de développement, ce qui a entraîné un retard. « Ils n’ont pas pu être qualifiés pour fonctionner à pleine poussée, détaille Alain Doressoundiram. Donc, ils seront utilisés avec moins de puissance mais plus longtemps. »

Autre obstacle, paradoxal en apparence pour une sonde qui va s’approcher du Soleil : les panneaux solaires. « On ne savait pas faire des panneaux capables de fonctionner avec autant d’ensoleillement », indique Alain Doressoundiram. Au final, ces derniers sont prévus pour supporter 230 °C, pas plus. Ce qui signifie qu’il va falloir les incliner pour diminuer la quantité d’énergie qu’ils recevront du Soleil.

MMO et MPO en salle blanche. Les deux modules seront collés l’un à l’autre pendant les six survols de Mercure
qui précèderont la satellisation en 2025, empêchant toute image à ces occasions. © ESA/Cnes/Arianespace

L’isolation thermique de la sonde a aussi posé des problèmes et a été la source de reports. Concevoir des radiateurs entièrement nouveaux a également été nécessaire pour évacuer la chaleur de ce vaisseau qui, une fois autour de Mercure, restera en permanence au Soleil. Une solution consistait à agrandir leur taille. Mais sans dépasser l’encombrement maximal autorisé sous la coiffe d’Ariane 5. Résultat : les ingénieurs ont conçu des radiateurs qui mesurent 3,7 m de long et qui disposent de volets orientables. Ce sont eux qui donnent à l’orbiteur européen sa forme bizarre de trapèze. Enfin, il fallait que la sonde supporte les vibrations du décollage. Là encore, quelques problèmes lors du premier test ont entraîné trois semaines de retard sur le planning.