Olivier Mousis : « Il faut envoyer une sonde plonger dans l’atmosphère d’Uranus ou de Neptune ! »

Les planètes Uranus et Neptune vues par les sondes Voyager. © Nasa
Fin février, les spécialistes mondiaux d’Uranus et de Neptune étaient réunis à Marseille. À l’initiative de ce colloque, Olivier Mousis plaide pour une mission dans laquelle un orbiteur américain larguerait une sonde européenne vers l’une des deux planètes géantes.

L’astrophysicien Olivier Mousis est un spécialiste de l’origine et de l’évolution des systèmes planétaires. Professeur à l’université d’Aix-Marseille et chercheur au Laboratoire d’astrophysique de Marseille, il s’intéresse tout particulièrement à la physico-chimie des planètes et des disques protoplanétaires où elles se forment. Il plaide depuis plusieurs années pour une étude in situ des atmosphères des planètes géantes.   

 

Qu’est-ce qui vous a décidé à organiser maintenant ce colloque sur Uranus et Neptune ?

Olivier Mousis : Tous les dix ans, la communauté des sciences planétaires américaine publie son Decadal Survey où elle affiche ses priorités pour la décennie à venir. Pour les grosses missions à réaliser pendant la période 2013-2022, une sonde vers Uranus avait été placée en troisième position, derrière une mission de retour d’échantillons martiens et un orbiteur vers Europe, le satellite de Jupiter. Ces deux dernières missions vont se faire.

Pour la période 2023-2032, le projet d’une mission vers Uranus ou Neptune est donc en première ligne. Les Américains souhaitent une grosse mission, de type Cassini-Huygens, et ils sont très demandeurs d’un partenariat de l’ESA (Agence spatiale européenne). Mais pour pouvoir participer à ce type de mission, l’ESA va avoir besoin d’une rallonge budgétaire, d’environ 550 millions d’euros sur dix ans. Elle doit la demander à la prochaine conférence interministérielle des pays membres de l’ESA, en novembre 2019.

Le but de notre colloque, c’était d’appuyer cette demande et de montrer que les scientifiques européens étaient en ordre de bataille pour porter un projet de mission ambitieuse vers Uranus et/ou Neptune avec les Américains.

Pourquoi cet intérêt vers ces deux planètes les plus lointaines du Système solaire ?

Olivier Mousis : Elles sont les plus mal connues. On n’a fait que les survoler — très vite ! — en 1986 pour Uranus et 1989 pour Neptune. Il est temps d’y retourner, d’aller analyser leur atmosphère pour comprendre leur origine et d’aller voir de plus près la Grande Tache Sombre de Neptune ou les geysers de Triton [le plus gros satellite de Neptune, NDLR]. Uranus et Neptune sont aussi les objets du Système solaire qui se rapprochent le plus des super-Terre, le type d’exoplanètes le plus abondant. Bref, elles sont très, très intéressantes !

La sonde Voyager a pris cette vue de Neptune en 1989, 2 heures avant son passage au plus près de la planète géante. © Voyager 2/Nasa

Entre Uranus et Neptune, le choix est-il fait ?

Olivier Mousis : Pas encore. Avec son satellite Triton et ses nuages photographiés par Voyager, Neptune paraît un peu plus sexy qu’Uranus. Mais pendant le colloque, Lori Glaze [la directrice du programme d’exploration du Système solaire à la Nasa, NDLR] a présenté les résultats d’une étude qui montrent bien que, scientifiquement, les deux planètes présentent autant d’intérêt l’une que l’autre. 

Quel serait le profil d’une mission vers ces géantes glacées ?

Olivier Mousis : L’ESA a étudié trois types de contributions possibles dans le cas d’une mission conjointe, à laquelle le directeur de l’agence semble très favorable. Elle pourrait réaliser un orbiteur autour d’Uranus ou de Neptune en même temps que la Nasa – on visiterait ainsi les deux planètes. Ou bien un atterrisseur pour Triton qui serait embarqué par un orbiteur américain. Ou alors une sonde de rentrée atmosphérique, pour Uranus ou Neptune, qui là aussi serait larguée par un orbiteur de la Nasa. Personnellement, je suis un partisan de la troisième option.

Pourquoi cette préférence ?

Olivier Mousis : Cela nous permettrait de mesurer sa composition in situ, ce qui a une importance fondamentale non seulement pour l’étude des atmosphères, mais aussi pour comprendre l’origine des planètes. L’observation à distance, par spectroscopie [identification des espèces chimiques par le lumière qu’elles émettent, NDLR], ne peut pas tout… Il nous faut aussi des sondes équipées de spectromètres de masse [qui identifient les éléments chimiques par mesure de leur masse, NDLR], comme celle qui en 1995 a été larguée par la sonde Galileo dans Jupiter, ou comme la mission Rosetta qui a fourni des résultats inédits en échantillonnant la coma de la comète Churyumov-Gerasimenko.

En 2015 et 2016, j’avais proposé une mission de rentrée atmosphérique pour plonger dans Saturne, Hera. Elle n’a pas été retenue, pour des questions budgétaires, mais de plus en plus de scientifiques sont convaincus de l’intérêt de ce genre de sonde. C’est sur ce type de mission que nous avons mis l’accent à Marseille. 

Le projet de sonde atmosphérique Hera. © O. Mousis

S’agissant de Saturne, la sonde Cassini n’a-t-elle pas déjà fait ces mesures, lorsqu’elle a plongé dans la planète à la fin de sa mission ?

Olivier Mousis : Pas du tout ! Elle n’était pas équipée pour ça. Il faut vraiment des instruments dédiés.

Pour que la mission dont vous rêvez se fasse, il va vous falloir convaincre vos collègues planétologues. En particulier, ceux qui ne sont pas spécialistes comme vous...

Olivier Mousis : Oui. Je sais bien qu’une sonde qui plonge dans Uranus ou Neptune, ce sont des années de développement pour une heure ou deux de mesure tout au plus. On pénètre à grande vitesse dans l’atmosphère, protégé par un bouclier. On le largue lorsqu’on est suffisamment freiné. Puis on déploie un parachute pour descendre lentement, jusqu’à ce que la pression détruise la sonde. À la fin, les données transmises tiennent sur une clé USB. Mais ce sont des données uniques ! Souvenez-vous de la traversée de l’atmosphère de Titan par le module Huygens...

Et c’est vrai, bien que la France représente la deuxième communauté au monde en planétologie, les chercheurs qui s’intéressent à l’origine des planètes ne sont pas nombreux. On a donc besoin d’un appui large pour faire passer notre idée. Ce que j’essaie de faire comprendre à mes collègues, c’est que si nous, les Européens, sommes capables de proposer une sonde  atmosphérique aux Américains, alors nous pourrons certainement participer aussi aux instruments embarqués sur l’orbiteur. Et tout le monde en profitera. Notre sonde, c’est un peu un cheval de Troie.  

Le responsable de l'exploration du Système solaire à l'ESA, Luigi Colangeli, a présenté à Marseille le programme de l'agence.
Uranus et Neptune manquent encore au tableau de chasse européen. Un vide à combler. © O. Mousis

Après ce colloque à Marseille, que va-t-il se passer ?

Olivier Mousis : Nous allons écrire un livre blanc en vue de la conférence interministérielle de novembre 2019 et publier un numéro spécial de la revue Space Science Review, qui fera l’état de l’art sur les sondes de rentrée atmosphérique. Si l’ESA obtient sa rallonge budgétaire, alors des études approfondies sur le profil de la mission seront décidées, puis il y aura des pourparlers plus formels avec la Nasa pour savoir exactement qui fait quoi.

Comme pour Cassini-Huygens, ce sont certainement les États-Unis qui assumeront la plus grosse partie du coût de la mission. C’est donc vers 2022, lorsque la Nasa la proposera au Congrès américain, que nous saurons si elle se fait. Ensuite, nous aurons moins de dix ans pour la développer. Surtout si c’est un lancement conjoint de deux orbiteurs qui est décidé, l’un vers Uranus et l’autre vers Neptune.

Ce sera possible avec la prochaine fusée SLS, qui sera suffisamment puissante, mais à cause de la mécanique céleste, seulement en 2031 ou 2032. Il faudra viser Jupiter, et là les trajectoires des deux sondes se sépareront. Dans le cas d’une mission vers une seule planète, la fenêtre de tir est un peu plus souple. On peut lancer en 2033, d’autant qu’avec la SLS le voyage vers Uranus ne prendrait que cinq ans, ou sept pour Neptune.

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