En route vers Uranus et Neptune ?

25.02.2019, par

Vahé Ter Minassian

Image d'Uranus faite par Voyager 2, le 25 janvier 1986.

L'Europe participera-t-elle à la prochaine prochaine mission spatiale vers Uranus et Neptune ? Pour discuter des enjeux et questions techniques d'une telle mission, Olivier Mousis, spécialiste de la formation des planètes et du système solaire, réunit les experts du sujet à Marseille cette semaine lors d'un workshop international.

À votre initiative, le Laboratoire d’Astrophysique de Marseille1 accueille les spécialistes des sondes de rentrée atmosphérique les 25, 26 et 27 février à Marseille lors d'un workshop international au sujet de la prochaine mission spatiale vers Uranus et Neptune. Quel serait l’intérêt d’une telle mission ?
Olivier Mousis2 : Notre système solaire abrite deux types de planètes : les planètes telluriques (ayant une surface solide, comme la Terre) et les planètes joviennes (immenses boules de gaz qui sont les plus éloignées du Soleil et les moins connues) que sont Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Mais alors que les deux premières ont bénéficié de multiples missions comme Galileo, Juno ou encore Cassini, les deux autres n’ont été jusqu’à présent survolées qu’une seule fois par une sonde spatiale. C’était en 1986, au moment du passage de «Voyager 2». Or, Uranus et Neptune sont des planètes d’une nature différente de Jupiter et de Saturne. Leur plus forte densité les classe dans une catégorie à part : celle des «Géantes de glace» à laquelle appartiennent nombre des exoplanètes qui ont été découvertes au cours de ces dernières années autours d’autres étoiles que le Soleil. Étudier Uranus et Neptune permettrait de savoir de quoi est constitué l’intérieur de ces astres. Et, par ricochet, de mieux comprendre la formation de notre propre Système Solaire.

On ne pourra pas attendre indéfiniment avant de lancer un tel projet. La prochaine échéance favorable est vers 2031-2032.

Enfin, Uranus et Neptune ont chacune des particularités qui en font des cibles hautement intéressantes aux yeux des astronomes. La première possède un axe de rotation si fortement incliné qu’il est quasiment inscrit dans le plan écliplitique. Cela intrigue les spécialistes des magnétosphères planétaires. La seconde compte une lune baptisée «Triton» qui correspond presque certainement à un ancien objet transnéptunien capturé par la planète. Tout comme pour le satellite de Satune, Encelade, on a découvert à sa surface, des geysers dont la présence s’explique probablement par l’existence d’une activité hydrothermale faisant intervenir de l’eau et de la chaleur. De quoi exciter l’imagination des exobiologistes !

Montage montrant Neptune (en arrière-plan) et sa plus grande lune Triton, qui mesure 2706 km de diamètre.

Pourquoi avoir tant tardé avant d’envisager une telle mission ?
O.M. : Envoyer une mission spatiale explorer les systèmes uranien et neptunien est cher. On parle de plusieurs milliards de dollars. Il faut d’abord réussir à atteindre ces planètes. Ce qui peut prendre dix ans. Puis il s’agit de freiner la sonde, lancée à pleine vitesse, pour la mettre en orbite autours de ces planètes. Tout cela nécessite une énorme dépense d’énergie. Et donc augmente la facture. Toutefois, on ne pourra pas attendre indéfiniment avant de lancer un tel projet. La prochaine échéance favorable, correspondant à un alignement adéquat des planètes du système solaire, est vers 2031-2032. C’est la seule opportunité avant des années !

Comment se déroulerait une telle mission ?
O.M. : Tout dépend des partenaires impliqués. Pour aller aussi loin qu’Uranus et Neptune, les sondes spatiales n’ont pas la possibilité de recourrir à des panneaux solaires. Elle doivent être équipées de la technologie des générateurs thérmoélectriques à radio-isotopes que seuls maitrisent, pour ce type d’application, les Américains. Une cooopération entre les Européens et les États-Unis est donc quasi-indispensable. Si cette condition est réunie, la suite dépend du budget. Un scénario idéal verrait les Européens et les Américains envoyer deux orbiteurs équipés de plusieurs sondes de rentrées atmosphériques et d’un atterrisseur destiné à se poser sur Triton. L’un vers Uranus, l’autre vers Neptune. Dans cette configuration, l’emploi d’un lanceur surpuissant de la prochaine génération comme le futur SLS (Space Launch System) pourrait être envisagé. Une option à coût raisonnable pourrait consister en un seul orbiteur américain qui irait explorer l’une ou l’autre des deux planètes. Ce vaisseau pourrait être équipé d’une sonde de rentrée atmosphérique financée par les Européens, à même d’acquérir in situ certaines informations comme les concentrations en gaz rares par exemple.

Les réservoirs d'hydrogène et d'oxygène liquide de la future fusée Space Launch System (SLS) de la NASA, qui permettra de transporter d'énormes charges utiles dans l'espace.

Concrêtement où en est le projet ?
O.M. : D’une façon générale, on note du côté de la NASA une volonté de relancer l’exploration du Système Solaire. De son côté, la communauté scientifique des États-Unis souhaite retourner vers Uranus et Neptune. Concernant l’ESA, tout dépendra de la prochaine réunion interministérielle qui se tiendra au mois de novembre. Pour entrer dans la course, il faut que les États-membres votent une rallonge budgétaire de 550 millions d’euros. Faute de quoi, les Européens resteront au bord de la route. Cela serait un énorme gachis quand on songe au succès qu’ont rencontré certaines missions passées comme Cassini-Huygens !

Pourquoi avez-vous pris l’initiative d’organiser ce workshop à Marseille ?
O.M. : L’objectif est de démontrer aux politiques qu’un fort soutien s’exprime en Europe et dans le monde en faveur d’une telle mission. L’idée d’une exploration d’Uranus et de Neptune motive fortement les spécialistes mondiaux de cette technologie. En 2014 et en 2016, j’avais également été à l’origine de deux propositions auprès de l’ESA en vue d’envoyer une sonde d’entrée atmosphérique vers Saturne.

Uranus vue par Voyager 2 le 14 janvier 1986 à une distance d'environ 12,7 millions de km.

Que va-t-il se passer durant ces trois jours ?
O.M. : Cette réunion réunit la crème des spécialistes mondiaux du domaine qu’ils soient scientifiques, institutionnels ou industriels. Y seront présents, des Européens bien sûr, mais aussi des Américains, des Chinois et d’autres nations… Le programme s’articule en deux parties. Les participants commenceront par présenter l’état de l’art des connaissances sur la structure interne, la formation et l’atmosphère d’Uranus et de Neptune. Puis la discussion portera sur les verrous technologiques. Par exemple, il s’agira d’établir qui dispose du savoir-faire nécessaire à la conception du bouclier thermique dont devra être équipé la sonde. On sait que les Américains maîtrisent le procédé. Mais compte tenu des vitesses en jeu, il n’est pas certain que ce soit le cas des Européens. À l’issue de la réunion, un numéro spécial de la revue Space Science Reviews entiérement consacré aux sondes de rentrée atmosphèrique sera publié et un white paper à l’intention des décisionnaires sera rédigé.

Croyez vous que ces derniers entendront votre message ?
O.M. : J’y crois. Contrairement à ce que l’on entend ici ou là, la fuite des cerveaux est une réalité en Europe. Or, un tel projet serait de nature à souder la communauté scientifique et à la maintenir en France, un pays qui - il convient de le rappeler -, occupe aujourd’hui la seconde place dans le domaine de la planétologie. L’enjeu n’est rien d’autre que de la conserver.♦

Notes

1. Unité CNRS / Université d’Aix-Marseille.
2. Professeur d’astrophysique à Aix-Marseille Université et chercheur au Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (Unité CNRS / Université d’Aix-Marseille).

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