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2025, odyssée de l’espace…

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2025, odyssée de l’espace…

Les voies nouvelles de l'exploration spatiale

Considérés comme le 4e état de la matière, les plasmas constituent à eux seuls plus de 99% de l’Univers visible. On les trouve aussi bien à l’état naturel (éclairs, étoiles, vent solaire…) que dans des applications industrielles (tubes fluorescents, fusion nucléaire contrôlée, lasers, traitement des cancers, purification de l’air, stérilisation d’instruments médicaux…). L’équipe « Plasma Spatiaux » du laboratoire de physique des plasmas (LPP, CNRS/UPMC/École polytechnique/Observatoire de Paris/Université Paris-Sud) s’intéresse plus particulièrement aux processus physiques à l’Âœuvre dans les environnements ionisés de la Terre et des autres corps du système solaire (planètes, satellites, anneaux et comètes) et du vent solaire.

 

De la genèse d’une mission spatiale à l’analyse des données, il peut s’écouler quelques années voire plusieurs décennies suivant la distance de l’objet et la complexité de la mission... Les scientifiques, ingénieurs et techniciens du LPP sont impliqués à chaque étape de la mission : ils participent aux groupes de définition des futures missions spatiales ; ils conçoivent et fabriquent une instrumentation embarquée aussi miniaturisée et économe en énergie que possible, ainsi que les logiciels pour la validation, la mise en forme et l’archivage des données ; ils analysent les données des missions en cours en exploitant également les développements théoriques et la modélisation numérique.

 

Au fil des ans, l’équipe « Plasma Spatiaux » a développé un savoir-faire instrumental reconnu au niveau international qui va des spectromètres de masse ioniques et détecteurs de particules chargées aux capteurs magnétiques, en passant par les analyseurs de bord. De la fin 2015 à l’horizon 2030, le calendrier des missions coordonnées par les agences spatiales internationales (CNES/France, ESA/Europe, NASA/USA, JAXA/Japon, CNSA/Chine) est bien rempli et le LPP y apportera sa contribution à différents stades.

 

Mission MMS (Magnetospheric Multi-Scale)

Premiers résultats fin 2015

L’objectif principal de la mission est le phénomène de reconnexion magnétique qui existe à différentes échelles au sein de l’Univers (noyau actif de galaxie, pulsar, disque d’accrétion stellaire, éruption solaire, magnétosphère planétaire…). Il est l’un des mécanismes possibles de transfert de l’énergie du champ magnétique aux particules chargées sous forme d’énergie thermique (chauffage) et cinétique (accélération). La magnétosphère terrestre représente un laboratoire accessible à l’observation. La mission MMS (Magnetospheric Multi-Scale) est un projet de grande envergure de la NASA comprenant une flottille de 4 satellites dont le lancement a eu lieu depuis Cap Canaveral en mars 2015. Le LPP a fourni l’instrumentation en magnétomètres alternatifs 3-axes.

 

Mission Bepi Colombo

Assemblage réalisé, lancement prévu en 2017

La planète Mercure est la plus petite et la mystérieuse des planètes du système solaire. Nos connaissances proviennent des résultats collectés lors de quelques de survols par les missions NASA Mariner 10 (dans les années 1970) et plus récemment MESSENGER et aussi lors de quelques observations effectuées depuis la Terre. Fruit d’une étroite collaboration entre l’ESA (European Space Agency) et la JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency), la mission Bepi Colombo comportera 2 satellites qui resteront en orbite autour de Mercure pendant près d’un an voire deux. Cette mission vise à comprendre l’origine et l’évolution d’une planète très proche de son étoile ; comprendre l’origine et la structure du champ magnétique intrinsèque de Mercure ; étudier la forme, la structure intérieure, la géologie et la composition de la planète ; étudier la composition et la dynamique de l’exosphère de Mercure ; étudier la structure et la dynamique de la magnétosphère de Mercure ; déterminer la composition et l’origine des dépôts observés aux pôles ; tester la théorie de la relativité d’Einstein.

 

Vue d’artiste de la mission BepiColombo. © ESA

 

La sonde MPO (Mercury Planetary Orbiter) réalisée par l’ESA doit étudier la planète solide. La sonde MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter) réalisée par la JAXA est dédiée aux études de la magnétosphère de Mercure et de l’environnement interplanétaire. Le LPP contribue à deux suites instrumentales sur les six expériences embarquées sur la sonde MMO : Plasma Wave Instrument et Mercury Plasma Particle Experiment. Le LPP fournit le fluxmètre à bande large DBSC et le spectromètre de masse ionique MSA.

 

En 2013, les modèles de vol ont été testés et livrés à la JAXA. La sonde japonaise a ensuite été livrée à l’ESA où elle est en cours d’intégration sur la sonde Européenne. Le lancement est prévu en 2017 pour une arrivée à Mercure en 2024. Les logiciels de traitement scientifique des données sont en préparation. En parallèle, des simulations numériques tridimensionnelles globales de l’environnement herméen sont en cours de développement pour préparer l’interprétation des données.

 

Mission Solar Orbiter

Décollage prévu en 2018

La mission spatiale Solar Orbiter est la première que doit lancer l’agence spatiale européenne dans le cadre de son programme scientifique Cosmic Vision 2015-2025, afin d’étudier le Soleil et l’expansion du vent solaire. Elle fera des observations à la fois dans le plan de l’écliptique et hors de ce plan. La sonde embarquera à la fois des instruments d’observation du Soleil à distance et des instruments de mesure in situ des propriétés du vent solaire.

 

Vue d’artiste de la mission Solar Orbiter. © ESA

 

Son lancement est prévu en 2018. La mission Solar Orbiter sera mise en orbite elliptique autour de notre Soleil. Son périhélie se situe à 42 millions de kilomètres, distance très proche du soleil (et très chaude !) qui n’a encore jamais été atteinte par une sonde spatiale.

 

Le LPP a été retenu pour fournir certains des éléments critiques de l’instrumentation embarqué. Il contribuera au consortium « ondes » RPW (Radio and Plasma Waves, sous responsabilité de Milan Maksimovic du LESIA), en construisant pour la première fois un analyseur de bord « basses fréquences » dédié à l’étude des champs électromagnétiques dans la gamme de fréquence entre 0,1 Hz et 10 kHz.

 

Le laboratoire contribuera également au spectromètre de particules SWA (Solar Wind Analyzer), en fournissant le détecteur d’un spectromètre d’électrons qui produira le spectre en énergie et en angle d’arrivée des électrons du vent solaire entre quelques eV et 5 keV.

 

Mission Juice

En cours de construction (2022)

L’exploration spatiale de Jupiter a été amorcée par les missions Pioneer (NASA) et Voyager (NASA) au cours de leur traversée du système solaire dans les années 1970, puis poursuivie par la mission Galileo (NASA) dans les années 1990. La mission Juice (Jupiter ICy moon Explorer) du programme Cosmic Vision de l’ESA a été sélectionnée en 2012 pour caractériser le fonctionnement de planètes géantes gazeuses, de leur environnement et de leur système de lunes. Les astrophysiciens qualifient d’« habitable » un astre ou une de ses lunes réunissant les conditions favorables au maintien de formes de vie, même très primitives, telles que nous les connaissons. L’un des objectifs de Juice est d’explorer l’environnement de mondes potentiellement « habitables » autour de Jupiter, et en particulier celui de ses grosse lunes telles que Ganymède, seule lune connue du système solaire à posséder un champ magnétique, Callisto qui posséderait une ionosphère, ou encore Europe, pour laquelle la mission Galileo a soupçonné l’existence d’un océan.

 

Vue d’artiste de la mission Juice. © ESA

 

Le lancement du satellite Juice est prévu pour 2022. Il atteindra Jupiter huit ans plus tard. Juice effectuera un long parcours au sein du système solaire tout au long de son voyage avant d’entrer en insertion dans la magnétosphère de Jupiter et d’analyser à distance l’atmosphère de la planète. Il effectuera deux survols d’Europe, de nombreux survols de Callisto. Il sera enfin mis en orbite autour de Ganymède.

 

Le LPP fournit un magnétomètre à induction (ou fluxmètre) qui est une composante de l’instrument RPWI (Radio and Plasma Waves Investigation).

 

Mission THOR (Turbulence Heating ObserveR)

Réponse à un appel d’offres, de l’ESA, dans le trio de tête avant la sélection finale en 2017

THOR est un projet de mission présélectionné par l’ESA. Son but est d’étudier les mécanismes de chauffage et de dissipation d’énergie liés à la turbulence dans le vent solaire, le choc terrestre et autour de la magnétosphère. La turbulence est en effet un mécanisme de dissipation d’énergie évoqué dans divers autres objets de l’univers qui ne sont pas accessibles à l’observation in situ comme le milieu interstellaire ou les disques d’accrétion. Le projet est porté par l’IRFU en Suède. Il est en compétition avec les missions ARIEL et XIPE, les trois seules missions retenues parmi les 27 initialement soumises début 2015. La sélection finale d’un projet parmi les trois en lice interviendra vers 2018, pour un lancement en 2026.

 

Vue d’artiste du satellite de la mission THOR. © ESA

Pour en savoir plus :

Laboratoire de physique des plasmas (LPP, CNRS/UPMC/École polytechnique/Observatoire de Paris/Université Paris-Sud) Nouvelle fenêtre



07/10/15