Origine du système solaire et protection de la terre : à l’assaut des astéroïdes

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Les astéroïdes, ces bouts de planètes en orbite dans le système solaire, nous fascinent et nous effraient depuis la nuit des temps. Bien que probablement à l’origine de la disparition des dinosaures, ils sont surtout des témoins essentiels de la formation du système solaire. Ils recèlent de grands secrets sur la genèse de notre planète et sur l’apparition de la vie.

L’exploration des astéroïdes est très récente : pendant très longtemps, les seules informations que nous pouvions glaner provenaient de la quantité infinitésimale de matière arrivant sur terre via les météorites. Les missions destinées à sonder ces petits corps célestes font désormais l’actualité scientifique. Les objectifs de ces explorations sont nombreux, mais elles présentent des défis techniques particuliers qui en font tout l’attrait pour ceux qui y participent.

Astéroïdes, quézaco ?

Commençons par un petit portrait de cette famille très particulière. Les astéroïdes sont de petits corps célestes inertes qui orbitent autour du soleil. Ils sont composés essentiellement de roches et de métaux. Proches des comètes, ces dernières se distinguent par la présence importante de glace et d’une traîne caractéristique.

La majorité des astéroïdes se situe dans la ceinture principale d’astéroïdes, entre Mars et Jupiter. Quelques astéroïdes « dissidents » quant à eux croisent l’orbite de la Terre, d’où leur nom de géocroiseurs. Une autre petite population d’astéroïdes nommés en référence aux héros de la guerre de Troie, les astéroïdes troyens, a élu domicile sur l’orbite de Jupiter. Enfin, la dernière population évolue au-delà de l’orbite de Neptune, au sein de ce qu’on appelle la ceinture de Kuiper.

Le premier astéroïde (Cérès) est découvert par erreur au début du 19e siècle. Initialement nommés «  petites planètes  », de nombreux astéroïdes sont découverts au cours des deux siècles suivants, grâce à des observations par télescope depuis la Terre. Cependant, les astéroïdes intéressent peu les missions d’exploration internationales : sauf de rares exceptions, il faut attendre la fin des années 90 pour que des missions leur soient dédiées. Il s’agit d’ailleurs plutôt de survols opportunistes et courts durant un voyage vers d’autres objets : la sonde Rosetta filant vers la comète Churuymov-Gerasimenko a ainsi survolé deux astéroïdes.

Comprendre la formation du système solaire

Depuis peu, des missions spatiales sont spécialement définies pour étudier certains astéroïdes. Elles ciblent en priorité les astéroïdes carbonés de type primordiaux, considérés comme des témoins de la formation du système solaire… mais également des débuts de la vie sur Terre, que les astéroïdes pourraient avoir ensemencée.

Ainsi, les missions japonaises Hayabusa puis Hayabusa 2 s’intéressent particulièrement aux origines de l’eau et de la vie sur Terre. L’astéroïde Ryugu a ainsi été sondé afin de rapporter sur Terre (fin 2020) des échantillons de matière carbonée et hydratée, pour la première fois de l’histoire. Des analyses poussées menées dans de nombreux laboratoires internationaux permettront bientôt de percer une partie des secrets de la formation du système solaire.

La mission américaine Osiris-Rex jumelée à Hayabusa2 est une mission similaire de collecte d’échantillon sur un astéroïde carboné. Les deux missions et la communauté scientifique internationale fonctionnent d’ailleurs en étroite collaboration et les défis rencontrés sont affrontés ensemble.

Cet objectif de compréhension de la formation du système solaire est également partagé par la mission américaine Lucy, lancée le 16 octobre 2021 et désormais en route vers les astéroïdes troyens pour une mission de plus de 10 ans. Il est prévu d’étudier 6 astéroïdes (dont un double), afin de confirmer ou d’amender la théorie du modèle de Nice. Ce scénario décrivant la formation et l’évolution du Système solaire explique notamment le bombardement massif tardif de la Lune ainsi que la formation de la ceinture de Kuiper par une réorganisation majeure du système solaire, et notamment le déplacement des planètes géantes.

Les missions de défense planétaire

Si on considère que des activités minières de matériaux rares sur les astéroïdes sont pour l’instant utopiques et éthiquement discutables, il reste un autre intérêt majeur à l’étude des astéroïdes : la défense planétaire.

Depuis plusieurs années, les agences spatiales planchent sur des solutions à envisager si, à l’avenir, un astéroïde géocroiseur devenait un risque pour la Terre. Les humains ont les moyens de ne pas devenir les prochains dinosaures et nous sommes loin d’un scénario à la Armageddon. En effet, il est désormais possible de prédire les orbites des astéroïdes les plus dangereux. En cas de risque avéré, les agences spatiales auront le temps d’étudier les meilleures solutions techniques sans intervention humaine kamikaze. Il faut rappeler que le risque à l’échelle d’une vie est quasi-négligeable, il s’agit surtout d’anticiper et d’améliorer des modèles physiques afin d’être prêts en cas de besoin.

La sonde DART a ainsi été lancée par la NASA le 24 novembre dernier. Après une phase d’observation, elle ira s’écraser volontairement à la surface du petit astéroïde Dimorphos en orbite autour de l’astéroïde Didymos fin septembre 2022. L’objectif de cette mission est d’évaluer la modification de l’orbite de l’astéroïde causée par cet impact, afin d’améliorer et de dimensionner d’éventuelles futures missions de déviation d’objets par impacteur cinétique.

Cette mission américaine fait partie d’un programme plus vaste auquel participent l’Europe et la France. En effet, la mission-partenaire HERA de l’Agence spatiale européenne (ESA) sera lancée en 2024. Elle aura pour but d’étudier Didymos et Dimorphos sous toutes les coutures après l’impact de DART, afin de compléter les mesures qui seront prises depuis la Terre avant, pendant et après l’impact.

Les défis techniques de l’exploration des astéroïdes

Les astéroïdes présentent un défi technique permanent pour les équipes qui les préparent. Ce sont ces défis ainsi que les informations précieuses qu’ils peuvent nous apporter qui font le sel de cette exploration particulière.

Leur faible gravité est une alliée précieuse, car elle permet de récolter des échantillons de matière extraterrestre et de les rapporter sur Terre sans se heurter au problème épineux de l’extraction de la gravité du corps visité. Un exploit que nous sommes encore loin de pouvoir réaliser avec des échantillons de planètes : aucun échantillon n’a par exemple été rapporté de Mars, les chercheurs devant se contenter d’analyses réalisées sur place par des robots moins puissants que ceux disponibles dans les laboratoires terrestres).

Néanmoins, cet avantage d’une gravité faible s’accompagne de nombreux défis à relever. En effet, cela rend impossible de se placer réellement en orbite pour observer le corps céleste. Il faut donc prévoir de nombreuses manœuvres parfois complexes et coûteuses en carburant pendant les phases d’approche, d’observation et de cartographie à distance. De même, il est très difficile de se poser à la surface et d’y rester ancré.

L’atterrissage est alors très compliqué à préparer, d’autant plus que le site d’atterrissage est sélectionné tardivement car l’astéroïde visé est par définition mal connu (forme et gravité, aspect de la surface, composition, densité…). Il est donc impossible de prévoir en détail les opérations et il s’agit souvent d’émettre des hypothèses et de déterminer des probabilités d’action… en tenant compte des imprévus qui ne manquent pas de se présenter.

Une autre caractéristique de ces missions vers des destinations très lointaines est une durée de préparation et de croisière très longue. Ainsi, le satellite Lucy mettra plus de 6 ans à atteindre les astéroïdes troyens et la mission Hayabusa2 est repartie pour un trajet de 10 ans avant d’atteindre l’astéroïde sélectionné pour la prolongation de sa mission. Cela demande une implication des équipes au sol sur le long terme, ce qui présente un défi humain considérable. Heureusement, cette croisière est souvent utilisée pour finir de mettre au point les logiciels embarqués à bord du satellite, les outils sur Terre nécessaires aux opérations à destination et pour entraîner les équipes.

Enfin, la grande distance de l’objet par rapport à la Terre augmente le temps de trajet du signal (souvent supérieur à la demi-heure) et impose l’utilisation de relais de communication. Les interactions avec Terres sont alors réduites, et les décisions en cas d’imprévus doivent être prises rapidement et avec peu de données, comme cela a été le cas pour l’atterrisseur franco-allemand MASCOT à la surface de Ryugu en octobre 2018.

La part d’imprévu, de mystère et de risque inhérente à ces opérations d’exploration d’astéroïdes fait souvent partie des motivations profondes de la communauté technique et scientifique impliquée. Les nombreux atouts à la fois scientifiques et techniques de ces petits objets, laissés pour compte de la formation du système solaire, sont à l’origine de l’engouement actuel pour ces missions spatiales qui restent malgré tout peu coûteuses. L’évolution très rapide des technologies permet désormais d’envisager des missions encore plus lointaines, ouvrant de nouvelles perspectives d’exploration d’astéroïdes voire de comètes.

La version originale de cet article a été publiée sur La Conversation, un site d'actualités à but non lucratif dédié au partage d'idées entre experts universitaires et grand public.

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