LA mission du début du XXI é Siècle !

Une planète géante, son étonnante ceinture d'anneaux, ses dix-huit satellites ' c'est un monde très particulier que part explorer la sonde Cassini-Huygens.. La mission s'étalera sur une décennie avec un périple de six ans dans le Système solaire, puis une ronde de quatre ans tour de Saturne. Point d'orgue : le largage en 2004 , de Huygens qui plongera vers les terres inconnues de Titan. Lancement prévu entre le 6 octobre et le 11 novembre 1997.

LE 27 novembre 2004, une centaine de scientifiques de part et d'autre de l'Atlantique devraient retenir leur souffle en pensant aux instruments qu'ils ont conçus une dizaine d'années auparavant ... Ce jour-là ces bijoux technologiques, placés à bord d'une sonde suspendue aux sangles d'un parachute, descendront à travers des vapeurs épaisses de méthane et d'azote, sans que. l'on sache si, au bout de leur périple de deux heures, ils percuteront un bloc de glace ou flotteront sur un océan d'hydrocarbures. Seule l'issue de ce drame, qui se jouera à un milliard et demi de kilomètres du Soleil, est connue : la mort par congélation et épuisement. Mais au moins la courte vie de la sonde Huygens -construite sous la maîtrise d'oeuvre d'Aérospatiale pour l'Agence spatiale européenne (ESA) - aura-t-elle servi à dévoiler les mystères de Titan, satellite de Saturne, dont l'épaisse atmosphère cache la surface. Pendant ce temps, Cassini, le vaisseau de la Nasa, un mastodonte de plus de 5 tonnes bourré d'instruments, sera resté rn orbite, à l'écoute du moindre soubresaut de la sonde kamikaze. Beaucoup pensent qu'au tout début du XXI é siècle, on songera à cette mission Cassini-Huygens avec nostalgie, tant elle symbolise la période faste de l'exploration spatiale: un ambitieux projet programmé sur plus de 20 ans, trés éloigné donc actuelle qui est (Je privilégier des petites stations légères et bon marché. Bref, de la technologie lourde des années 80, propulsée au XXé siècle dans un des recoins les moins explorés du Système solaire.L'idée de l'aventure sur Titan a germé dans la tête d'un Français, Daniel Gantier, aujourd'hui astronome à l'observatoire de Meudon, et qui fut l'un des huit scientifiques non américains participant à la mission Voyager: "'En 1982, les réseaux électroniques de communication n'existaient pas: Pour avoir accès aux mesures, j'allais souvent aux États-Unis, au centre spatial Goddard, près de Washington; les valises remplies de cartes perforées, mes programmes informatiques." Le 12 novembre 1980, Voyager 1 s'est approchée de Titan. "J'étais alors au Jet Propulsion Laboratory et, depuis deux jours, nous recevions des images.

Le temps de traiter les données et nous avons vu apparaître les premiers spectres : il y avait de l'acide cyanhydrique sur Titan ! Ce qui supposait une chimie organique complexe au sein de son atmosphère. J'ai tout de suite pensé qu'un jour il faudrait y retourner." Parallèlement, un Allemand d'origine chinoise, Wing Hip, de l'Institut Max Planck, à Lindau, a l'idée d'étudier de près la magnétosphère de Saturne. "Ensemble,
nous répondîmes à l'appel à idées lancé par PESA en 1982. Au début, notre projet fut qualifié d'irréaliste. Mais en octobre 1988, après de nombreuses péripéties, il fut accepté. Moins d'un an plus tard, il recevait l'aval du Congrès américain. Aujourd'hui, le plus excitant est à venir. "
Véritables pionnières de ce lointain voyage que s'apprête à effectuer CassiniHuygens, les deux sondes américaines Voyager avaient à deux reprises, en 1980 et en 1981, approché Saturne, à près de 100 000 km de distance, et envoyé vers la Terre quantité de clichés et de mesures. Quelques éléments de réponse avaient pu être dégagés quant à la composition atmosphérique, la diversité des satellites et des anneaux, mais c'est surtout une foule de questions qui avaient submergé les planétologues. Car le monde de Saturne ressemble davantage à un système solaire en miniature qu'à une planète affublée de quelques satellites, tels Mars la rouge et ses deux cailloux,
Phobos et Deimos. Autour de Saturne, existent de subtiles interactions entre les différents corps et des bizarreries que l'on n'avait rencontrées nulle part ailleurs. Les sondes Voyager n'ont fait que passer pour nous donner un avant?goût. Cassini, elle, s'attardera quatre années dans ce monde lointain, le temps de voir évoluer ces corps. Elle décrira des orbites en pétales ?soixante sont prévues ? pour saisir dans le moindre détail leurs particularités.

Honneur à la planète mère, qui sera "frôlée" à 18 000 km près, le le, juillet 2004. Saturne est une boule de gaz dix fois plus grosse et cent fois plus massive que la
Terre, mais si peu dense (densité de 0,7) qu'elle flotterait à la surface de l'eau. Rien d'étonnant au vu de son atmosphère, dont la composition chimique a été révélée par Voyager: 94 % d'hydrogène, 6 % d'hélium et des traces d'eau et de méthane. Mais nul ne sait ce que renferme l'intérieur de la planète. Les modèles théoriques concluent à l'existence d'un noyau constitué d'éléments lourds, entouré d'une zone où l'hydrogène est si comprimé qu'il devient en partie électriquement conducteur (il est alors dit "métallique"). Sur ce point,
Cassini devrait apporter quelques indications en dressant la carte globale des écarts par rapport à une gravité moyenne, selon le principe qu'un corps strictement sphérique et homogène ne présente qu'une seule valeur de gravité à une distance précise. Dresser la carte des écarts à cette valeur est donc la seule manière de remonter à la structure interne d'une planète sans devoir y poser d'instruments.

La réponse, espère-t-on, devrait même résoudre en partie le mystère de la source d'énergie interne de la planète géante. Contrairement à ses compagnes du Système solaire, Saturne émet 76% d'énergie de plus que ce qu'elle reçoit du Soleil, sans que cela puisse être un résidu de la chaleur accumulée lors de sa formation. Probable explication : l'hélium, qui ne peut pas se mélanger avec l'hydrogène métallique et migre vers l'intérieur de la planète. Une pluie d'hélium s'abattrait donc en permanence sur le noyau de Saturne qui libérerait un surplus d'énergie. Mais le phénomène devrait se manifester par un déficit en hélium dans les couches supérieures, déficit que Cassini devra mesurer, avec bien plus de précision que Voyager.

Cet excès de chaleur n'est sûrement pas étranger non plus au climat tourmenté qui règne sur Saturne. Révélés là encore par les Voyager, les tourbillons et les anticyclones se font et se défont sans cesse, créant une atmosphère active. Des tempêtes saisonnières, analogues à la Tache rouge de Jupiter, mais huit fois moins étendues, apparaissent et disparaissent en l'espace de quelques jours, ou quelques années. Le flux de chaleur interne provoque même des mouvements d'air capables d'engendrer des vents qui soufflent, à l'équateur, à 1800 km/h... Grâce à son ensemble de télédétection composé d'un spectromètre infrarouge et de caméras de bord fonctionnant dans le proche infrarouge, le visible et l'ultraviolet, Cassini devrait être en mesure de suivre un tourbillon, une tempête et de mesurer les températures et les pressions à travers les différentes couches de l'atmosphère. Sa série d'orbites en pétales lui permettra de survoler les régions polaires et de nous informer sur les différences de régime météorologique entre les pôles et l'équateur.
Autre révélation très attendue la reconstitution en trois dimensions de la magnétosphère. Car, là aussi, ce monde lointain se distingue. D'abord, parce que Saturne est le seul représentant du Système solaire à posséder un nord géographique confondu avec son nord magnétique. Ensuite, parce que son champ magnétique, moins puissant que celui de Jupiter, semble être à géométrie variable. Voyager 2 a ainsi vu les limites de l'enveloppe magnétique de la planète rétrécir de 70 % en trois jours. Est?ce là le fait des particules chargées envoyées par le Soleil ? Ou faut-il y voir l'effet d'une interaction avec ces gigantesques tores de gaz détectés par les Voyager ? comme celui, formé d'ions oxygène, qui s'intercale entre Encelade et Dioné ou celui, contenant de l'hydrogène en partie ionisé, qui s'étend de l'orbite de Rhéa au-delà de l'orbite de Titan ?

Mais c'est "au tournant" des anneaux que les scientifiques attendent Cassini, tant les informations des Voyager étaient étonnantes. Voyager 2 avait même reçu l'ordre in extremis de consacrer plus de temps à ces étranges structures, ce qui s'était fait au détriment de la planète et des satellites. Il faut dire qu'à l'époque, là où les astronomes s'attendaient à voir quelque chose d'assez uniforme, avaient surgi des myriades de minces anneaux concentriques, parfois torsadés, parfois interrompus, parfois même agités de. tourbillons éphémères. Ces sillons renferment essentiellement de la glace d'eau, sous forme de particules ou de blocs dont la taille varie du micron au kilomètre. Cassini devra examiner pour la première fois ces particules éclairées par la lumière solaire sous différents angles, afin de répondre à une foule de questions. Quel autre élément hormis la glace d'eau intervient dans la composition de ces anneaux ? Leur structure change-t-elle fréquemment ? Interagissent-ils avec les satellites les plus proches, en échangeant de la matière ? Ou bien sont-ils rendus stables par la présence de ces satellites ?
Force est de constater, en effet, qu'une fois le rayon saturnien et les premiers microsillons de particules de glace dépassés, commence un véritable embouteillage. Un monde d'anneaux entrelacés de satellites, tous plus intrigants les uns que les autres, et que les Voyager n'avaient fait que survoler à plusieurs centaines de milliers de kilomètres -Cassini, elle, s'en approchera mille fois plus près, et ce à plusieurs reprises. Dix-huit astres connus à ce jour, s'échelonnant entre 130 000 et 13 millions de kilomètres de leur planète, et pour l'essentiel constitués de glace d'eau parfois mêlée à de la roche, comme en attestent leurs densités, comprises entre 1 (densité de l'eau) et 1,4 (celle de la Terre est de l'ordre de 5,7). Des corps aux trajectoires pour le moins surprenantes : certains se suivent sur la même orbite, comme Téthys, Télesto et Calypso ; d'autres, comme Janus et Épiméthée, décrivent des orbites "en fer àcheval" dont seuls quelques mathématiciens du début du siècle avaient envisagé la stabilité... Des corps, enfin, qui présentent une infinité de tailles et de morphologies : d'Atlas, et ses 50 km de diamètre, à
Titan, plus gros que notre Lune ; de Japet aux deux faces, l'une sombre, l'autre brillante, à Mimas et son gigantesque cratère doté d'un pic central...
Trois corps détiennent le record des phénomènes inexpliqués. Japet, d'abord, qui gravite à près de quatre millions de kilomètres de Saturne et qui possède une face recouverte d'un matériau noirâtre. La provenance de cette roche noire est encore inexpliquée : est-ce une lave remontée des profondeurs ou bien du matériau perdu par Phoebé, un satellite d'aspect sombre gravitant à treize millions de kilomètres de Saturne ? Autre énigme Encelade, surtout si on le compare à Mimas. Ces deux corps, de diamètre (autour de 500 km) et de forme (sphérique) comparables, ont des aspects très différents. Mimas. très cratérisé, ne présente aucune trace d'activité géologique. Tandis qu'Encelade révèle des terrains sombres, des coulées de laves, des régions fracturées, autant de témoins d'une grande activité géologique.

Or comment expliquer une telle activité, donc une telle chaleur interne chez un si petit corps ne pouvant pas, par définition, contenir beaucoup de roches riches en éléments radioactifs ? L'hypothèse la plus simple, qui explique déjà le volcanisme d'Io, satellite de Jupiter, serait d'invoquer l'effet des forces de marées de la planète mère, mais cet effet est insuffisant dans le cas de Saturne. Le mystère d' Encelade reste donc entier... jusqu'à l'arrivée de Cassini qui, en fonction des minuscules dérives de son orbite, mesurera précisément l'intensité de ces effets de marées. Enfin, la dernière énigme, confiée à la sagacité de la sonde Huygens et qui tient en haleine les planétologues, concerne Titan. Les observations infrarouges des Voyager avaient suscité autant d'enthousiasme que d'étonnement. Une atmosphère cinq fois plus dense que celle de notre globe (même si la pression atmosphérique au sol n'est qu'une fois et demie celle que l'on ressent sur Terre), renfermant essentiellement de l'azote et du méthane, deux composés qui évoquent une chimie prébiotique complexe. Bref, un milieu qui présente une grande similarité avec ce qu'a dû être l'enfance de la Terre. Du coup, en attendant Huygens, de nombreux travaux théoriques et de résultats d'observation depuis le sol sont venus prolonger les résultats des Voyager. À part l'azote et le méthane, on soupçonne la présence d'argon et on est certain de la présence d'acide cyanhydrique, de benzène, d'éthane (détectés par les Voyager) et de monoxyde de carbone (détecté à partir des observations terrestres). "À cause de cette diversité, Titan pourrait bien nous révéler un paysage sophistiqué: des lacs, des mers, des chutes d'eau, s'enthousiasme Tobie Owen, de l'université d'Hawaï. Comment ces précipitations doivent façonner et éroder le sol ? On s'attend à tout. Autre aspect déconcertant, le liquide à la surface de Titan est inflammable. Heureusement, il n'y a pas d'oxygène libre qui permet la combustion. Mais on n'ose pas envisager le cas où de l'oxygène pourrait apparaître... " Là encore, Huygens a du pain sur la planche. Cassini lui prêtera main-forte pour relever ce défi : lors de ses quarante passages au?dessus de la plus grosse lune de Saturne, le vaisseau dressera la carte de sa température et de sa composition chimique. Quant à Huygens, pas une seule minute de ses trois heures de durée de vie ne sera perdue. À peine 30 secondes après l'ouverture du parachute, les capteurs de pression, de température et de conductivité électrique de l'instrument Hasi seront en alerte. Grâce à un accéléromètre, le freinage de la sonde dans l'atmosphère de Titan sera mesuré et, selon le principe qu'on ne descend pas à la même allure dans un gaz ténu que dans de la purée de poix, on pourra se faire une idée de la densité. Le capteur de température, en platine, a été particulièrement soigné : "La fabrication du prototype de laboratoire a été confiée à un bijoutier, révèle Marcello Fulchignoni de l'université de Rome, responsable de l'instrument. Le capteur peut atteindre une précision de 0,1 degré. De quoi déterminer, en couplant les données aux mesures de pression, le poids moléculaire des composés alentour. " Quant à la conductivité électrique, elle indiquera la concentration en particules chargées de l'atmosphère de Titan. "Toutefois, le fin du fin serait qu'un orage éclate durant la descente. L'éclair sera l'affaire des bras électriques qui mesurent la conductivité. Mais nous avons aussi pensé au tonnerre un capteur acoustique enregistrera tout. " Outre cet instrument qui fonctionnera pendant toute la descente, un spectromètre de masse, associé à un chromatographe en phase gazeuse, mesurera précisément la composition chimique de l'atmosphère. Et de temps à autre celle des aérosols, ces particules en suspension dans l'atmosphère de Titan, qui seront collectés à part. Le résultat est attendu impatiemment par les planétologues comme par les exobiologistes.

"À 300 km d'altitude, sous l'effet du rayonnement ultraviolet solaire et des particules énergétiques de la magnétosphère de Saturne, l'azote et le méthane se dissocient. Leurs constituants se recombinent en molécules organiques simples (éthane, cyanure d'hydrogène) mais aussi en molécules plus lourdes, des polymères organiques, par exemple, qui vont se condenser dans l'atmosphère froide de Titan (?180 °C à400 km). Ces particules seraient à l'origine des nuages qui rendent l'atmosphère opaque, explique Guy Israël, du service d'aéronomie du CNRS, responsable scientifique de l'instrument. On se demande par exemple s'il pleut des particules de méthane, formant au sol un réservoir organique de nature complexe. Mais qui dit atmosphère suggère aussi présence de vents. Ce souffle d'Éole sera ressenti par la sonde au gré des dérives qu'elle subira durant sa descente. En outre, un instrument de bord enregistrera directement la vitesse des vents. En même temps, les propriétés optiques de l'atmosphère seront mesurées mais le plaisir des yeux n'est pas pour autant délaissé : plusieurs clichés au flash tenteront de reconstituer le panorama du sol... qui devra être déjà en vue. Au cours des dernières minutes, les mesures devraient se bousculer : le spectromètre infrarouge indiquera la composition chimique du sol et la distribution de méthane. L'altimètre radar donnera à tout moment non seulement l'altitude mais une indication de l'état de surface. De quoi se faire une idée de ce que trouvera Huygens quelques instants plus tard, à son arrivée. L'accéléromètre de bord enregistrera l'allure du freinage tandis qu'un capteur acoustique sera fin prêt pour trancher la grande question : flop pour un océan, bang pour un sol dur. Si le flop l'emporte, un appareil mesurera le niveau de flottaison, histoire d'avoir une idée de la densité du fluide... La fin sera alors imminente pour Huygens. Les résultats, confiés à l'orbiteur Cassini, seront aussitôt relayés vers la Terre et les équipes scientifiques concernées. Commenceront alors de longues années de dépouillement, sur l'issue desquelles Daniel Gautier est déjà confiant : "On ne sait pas forcément lesquelles... mais il y aura de toutes les façons des découvertes formidables !" Tant, une fois n'est pas coutume, la mission est restée fidèle à l'ambition de ses débuts.