sciences spatiales et préparation de l`avenir.

SCIENCES SPATIALES ET
PRÉPARATION DE L’AVENIR.
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A LA RECHERCHE
D’UNE FORME
DE VIE
dans l’Univers
L’année 2006 s’est terminée par un beau succès dans le domaine de l’étude et de
l’exploration de l’Univers avec le lancement réussi du satellite Corot le 27 décembre.
Corot va étudier pendant plus de 30 mois les pulsations des étoiles et rechercher
systématiquement des planètes autour de dizaines de milliers d’étoiles. Cette mission spatiale
ouvre la voie à de futurs projets très ambitieux visant à identifier des planètes extrasolaires
pouvant abriter une forme de vie.
Par ailleurs, le succès du lancement de Corot qualifie le modèle Soyouz 2-1B qui doit lancer les futures
missions scientifiques spatiales européennes : Gaia, ExoMars, Bépi Colombo, Solar Orbiter.
Dans le prolongement du séminaire de prospective scientifique de 2004 et des premières études entreprises
depuis, le CNES a poursuivi en 2006 une activité vigoureuse d’avant-projets, notamment : vol en formation
(Simbol X, en coopération avec l’Italie), petites plateformes (Svom, en coopération avec Chine) et microsatellites
(Taranis et Smese). De plus, des activités de consolidation ont été menées pour préparer les futures
contributions françaises à la composante sol de Gaia et à l’instrumentation embarquée sur la mission ExoMars.
Enfin, le CNES a apporté son support aux laboratoires scientifiques nationaux qui se préparent à répondre au
futur appel à propositions Cosmic Vision de l’ESA.
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ASTROPHYSIQUE.
Corot est parti à la recherche
l’origine de cette mission et travaillent aujourd’hui au traitement
de nouveaux mondes
scientifique des données : le Laboratoire d’études spatiales et
Le satellite Corot (COnvection, ROtation et Transits planétaires) a été
d’instrumentation en astrophysique (LESIA) de l’Observatoire de Paris,
lancé avec succès le mercredi 27 décembre 2006 par un lanceur
l’Institut d’astrophysique spatiale (IAS) à Orsay, le Laboratoire
Soyouz, depuis le cosmodrome de Baïkonour au Kazakhstan. Grande
d’astrophysique de Marseille (LAM) et l’Observatoire Midi-Pyrénées
première mondiale, cette mission du CNES étudiera pendant près de
(OMP) à Toulouse.
trois ans la sismologie stellaire et recherchera de possibles exoplanètes
(planètes gravitant autour d’étoiles autres que le Soleil). Ce satellite
Corot est la première mission spatiale de photométrie stellaire de très
utilise la plateforme multimission Protéus développée par le CNES.
haute précision. Un de ses atouts majeurs est l’observation
Après son lancement, Corot a été mis progressivement en
ininterrompue d’un même champ d’étoiles sur des périodes qui
configuration opérationnelle par les équipes techniques du CNES au
peuvent atteindre six mois. La communauté scientifique attend
Centre spatial de Toulouse. La première image a été réalisée dans la
beaucoup de cette mission :
nuit du 17 au 18 janvier 2007 et traitée au centre de mission Corot du
• La recherche de planètes extrasolaires en détectant leur transit
CNES. Trois mois après son lancement, la recette en vol a confirmé le
devant leur étoile. Depuis la découverte de la première exoplanète en
bon fonctionnement de la plateforme et du télescope.
1995, les détections se multiplient. On en connaît aujourd’hui plus
de 200. L’originalité de Corot est sa capacité à découvrir de
Du cœur des étoiles aux exoplanètes
nombreuses planètes de toutes tailles, jusqu’à quelques masses
Le projet Corot a été proposé en 1993 par la communauté scientifique
rocheuses, et à entreprendre l’inventaire systématique de ces objets.
française mais la phase de développement n’a démarré que début
• L’étude de la structure interne des étoiles grâce à l’observation des
2001. Il a fait l’objet d’une coopération internationale, organisée par la
micro-vibrations qui animent leur surface. Ces mouvements sont en
France, à laquelle ont participé l’Allemagne, l’Autriche, la Belgique,
effet caractéristiques des modes propres d’oscillation des étoiles, qui
l’Espagne, l’Esa et le Brésil. D’éminents laboratoires français sont à
sont eux-mêmes caractéristiques de leur structure interne.
Des enjeux importants pour l’astronomie
Il s’agit d’un enjeu fondamental pour l’astronomie : c’est dans les
étoiles, à différents stades de leur évolution, que se forment les
Pour beaucoup de chercheurs français et d’ingénieurs du CNES, le
éléments chimiques de l’Univers.
lancement réussi de Corot représente l’aboutissement d’une
En se lançant également à la découverte de nouvelles planètes,
douzaine d’années de travail intensif. Corot est placé à 900 km de
Corot devrait confirmer l’existence de corps célestes telluriques
la Terre sur une orbite circulaire inclinée de 90° par rapport à
comparables, par leurs propriétés physiques, aux planètes
l'équateur. Cette position lui permet d’observer une même zone du
rocheuses du système solaire. Pour cela, le satellite utilisera la
ciel pendant 150 jours d’affilée sans jamais être gêné ni par la
méthode des transits, c’est-à-dire qu’il détectera les planètes
Terre ni par le Soleil.
lorsqu’elles passeront devant leur étoile mère en occultant une
Le satellite Corot étudiera le comportement vibratoire d'une
partie de la lumière reçue par le télescope.
centaine d'étoiles afin de déterminer leur âge et leur composition.
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Simbol X, précurseur des vols en formation
européenne, représente un défi scientifique et technique d’envergure.
Simbol X, observatoire astrophysique dans le domaine des rayons X de
Les scientifiques français sont très fortement engagés dans ce projet.
haute énergie, met en œuvre la technique innovante du vol en formation.
Le CNES apportera une contribution essentielle au développement ainsi
La charge utile est un télescope spatial dont les miroirs réflecteurs sont
qu’à l'exploitation du système de traitement et d'analyse des données.
portés par un satellite, fourni par l’Agence spatiale italienne, et dont les
La phase A, conduite par le CNES, a permis de dimensionner cette
détecteurs sont placés sur un second satellite situé à une trentaine de
contribution. Le CNES a développé les simulateurs de données. Il
mètres, fourni par le CNES.
est convenu qu’il hébergera le centre de traitement des données
Suite aux études de phase 0 conduites par le CNES en 2005-2006, les
spectroscopiques et des paramètres astrophysiques.
deux partenaires ont décidé de réaliser une étude de phase A commune
qui se terminera à l’automne 2007. Simbol X, qui opère dans la gamme
de 0,5 à 70 keV, met en œuvre pour la première fois une optique
focalisatrice au-delà de 10 keV. Cette caractéristique lui confère une
sensibilité et une résolution angulaire deux fois meilleures que celles des
dispositifs utilisés jusqu’à présent dans le domaine des rayons X durs.
Traiter les données de la mission Gaia, un défi
d’envergure
C’est un véritable flot d’informations que déversera le satellite Gaia
quand il commencera à remplir sa mission vers fin 2011 : permettre
de créer une carte tridimensionnelle de la voie lactée identifiant plus
d’un milliard d’étoiles. Le traitement scientifique au sol de ces grands
volumes de données, à la charge de la communauté scientifique
Préparation du futur : le vol en formation
Le CNES s’engage dans le programme suédois Prisma
Simbol X est la première mission scientifique dont l’instrumentation
Pour conforter sa maîtrise des technologies nécessaires aux vols en
sera distribuée sur deux satellites volant en formation, c’est-à-dire dont
formation, le CNES a saisi l’opportunité offerte par le projet Prisma
les positions et les orientations relatives sont mutuellement asservies.
(Prototype Research Instruments and Space Mission technology
Le vol en formation nécessite, en particulier, la maîtrise de la métrologie
Advancement) de l’agence spatiale suédoise. Ce projet purement
relative par radiofréquence.
technologique, dont le lancement est prévu en 2009, a pour objectif
Celle-ci est indispensable pour l’acquisition de la formation, la
principal la démonstration en orbite de techniques avancées de rendez-
modification de sa géométrie, l’évitement de collisions, la navigation
vous et de vol en formation. Le CNES participera à ce projet en
dans la phase de déploiement et le positionnement dans la phase
fournissant les équipements de métrologie radiofréquence et les
opérationnelle.
algorithmes de calcul qui seront intégrés au logiciel de vol de Prisma.
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Système
SOLAIRE.
Les observations de la sonde européenne Mars
totalement noirs sur les images radar, dont le plus grand atteint
Express
environ 100 km de long.
Les observations minéralogiques du spectro-imageur français
Oméga, réalisé par l’IAS et le Lesia, ont permis de confirmer les
Sur l’initiative de l’équipe européenne du magnétomètre, des
variations dans le temps de l’état de la planète Mars. Elle a connu une
observations spécifiques ont été menées sur le satellite de Saturne
période chaude et humide dans ses premiers 500 millions d’années,
« Encelade », révélant une surprenante émission de vapeur d’eau.
révélée par la présence de phyllosilicates (argiles). Par la suite, le
Les analyses suggèrent la présence de poches d’eau liquide à faible
volcanisme a généré un environnement acide qui a produit des
profondeur sous la surface.
sulfates. Après la perte de son atmosphère, peut-être sous l’action du
vent solaire dont l’arrêt du champ magnétique interne ne protégeait
Vénus Express : la voisine de la Terre se dévoile
plus la planète, Mars est devenue une planète froide et sèche avec
Vénus Express s’est insérée en orbite vénusienne le 11 avril 2006
quelques périodes humides de courte durée (résultats publiés dans
pour atteindre son orbite de travail début juin. Le spectromètre-
la revue « Science »).
imageur franco-italien Virtis (réalisé par le LESIA) a observé le pôle
sud de Vénus à haute altitude. Un double vortex nuageux au-dessus
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Cassini et Huygens poursuivent leur mission…
du pôle a été détecté pour la première fois. Alors qu’un vortex avait
titanesque
déjà été identifié au-dessus du pôle nord, ce système double au sud
La seconde phase d’analyse des données scientifiques et techniques
n’avait jamais été observé. L’interprétation de l’existence de cette
de la sonde Huygens a débuté en mai 2006 et doit durer une année.
structure devrait permettre de mieux comprendre le comportement
Le 22 juillet, Cassini a effectué une cartographie radar de la région
particulier de l’atmosphère de Vénus et, notamment, le phénomène
proche du pôle nord de Titan et découvert un grand nombre de lacs
de super-rotation qui fait évoluer l’atmosphère autour de la planète en
de tailles variées, constituées probablement d’un mélange de
quatre jours. Virtis a observé pour la première fois la surface de Vénus
méthane et d’éthane liquide. Plusieurs dizaines de lacs apparaissent
dans des fenêtres atmosphériques situées dans l’infrarouge.
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Objectif Mercure pour la mission Bépi Colombo
Mars Science Laboratory : succès des revues
(lancement 2013)
Le développement des contributions françaises à la mission Mars
Le Science Programme Committee de l’Agence spatiale européenne
Science Laboratory de la Nasa s’est poursuivi activement en 2006.
a approuvé en février 2006 le scénario de la mission Bépi Colombo
L’instrument ChemCam (Laser-Induced Remote Sensing for
et autorisé le lancement de la consultation industrielle en vue de sa
Chemistry and Micro-Imaging), pour lequel le Centre d’études
réalisation. Le lancement est prévu en août 2013 par un lanceur
spatiales des rayonnements (CESR) fournit le laser de puissance et la
Soyouz 2-1B depuis Kourou.
caméra, a passé avec succès la revue de spécifications. Le premier
L’arrivée au voisinage de Mercure, la planète la plus proche du soleil
laser a été livré par Thales. Ses performances sont conformes aux
et encore peu explorée, aura lieu en août 2019 après une croisière
spécifications.
utilisant la propulsion ionique. L’insertion en orbite sera réalisée par
L’instrument Sam (Sample Analysis at Mars) est destiné à l’analyse
propulsion chimique.
des échantillons de Mars par spectrométrie de masse et
La mission est constituée de deux sondes :
chromatographie en phase gazeuse. La contribution française du
• l‘orbiteur MPO (Mercury Planetary Orbiter), sous la responsabilité de
Service d’aéronomie concerne les colonnes de chromatographie. La
l’ESA, dédié à l’étude de la surface et de la composition de Mercure ;
revue critique de définition a eu lieu en décembre.
• l’orbiteur MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter), sous la
responsabilité de l’agence spatiale japonaise Jaxa, dédié à l’étude
du champ magnétique et de la magnétosphère de la planète.
Soutenus par le CNES, des laboratoires français participent à la
conception et à la réalisation des instruments des orbiteurs. Le
Service d’aéronomie du CNRS fournit notamment le spectromètre
ultraviolet « Phébus » du MPO.
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SOLEIL,
héliosphère,
magnétosphère.
Le soleil étudié en Stéréo
Picard en phase de réalisation
La mission Stéréo (Solar Terrestrial Relations Observatory) de la Nasa a été
Le microsatellite Picard, consacré à l’étude de l’influence de l’activité
lancée avec succès depuis Cap Canaveral le 25 octobre 2006. Elle comporte
solaire sur le climat, est actuellement en phase de réalisation. Les trois
deux satellites qui observeront le soleil sous deux angles différents pour
instruments doivent être livrés au CNES fin 2007 pour un lancement en
obtenir des images stéréoscopiques des éruptions solaires et mieux
mars 2009, avant le prochain maximum solaire :
comprendre leurs effets sur l’environnement terrestre. L'implication de la
• Sodism (SOlar Diameter Imager and Surface Mapper), contribution
communauté scientifique française, soutenue par le CNES, est importante :
française, est un télescope imageur qui permet de mesurer le
• responsabilité scientifique du détecteur d’ondes radio Swaves ;
diamètre et la forme du soleil à quelques milliarcsecondes près, et
• réalisation, par plusieurs laboratoires, des instruments de télédétection
Secchi (imageurs et coronographes) qui vont permettre d’étudier
l’évolution en trois dimensions des éjections de masse coronales ;
de trois photomètres conçus pour étudier la variabilité de l'ozone et
• co-responsabilité scientifique de l'instrument Impact qui mesurera
observer les oscillations solaires, et d'un radiomètre différentiel pour
les électrons du vent solaire et les particules énergétiques.
Un réseau de stations terrestres, mis en place par la NOAA, recevra en
permanence des données de Stéréo et permettra de surveiller l’activité
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d'effectuer un sondage de l'intérieur solaire ;
• Prémos (PREcision MOnitor Sensor), contribution suisse, est un ensemble
mesurer l'irradiance solaire totale ;
• Sovap (SOlar VAriability PICARD), contribution belge, est un radiomètre
différentiel pour mesurer l'irradiance solaire totale.
du Soleil. Une antenne du CNES, située à Aussaguel (Haute-Garonne),
Le centre de mission scientifique sera financé par la Belgique et se situera
viendra compléter ce premier réseau mondial de « météo de l’espace ».
dans ce pays.
1 Soho joue les prolongations. Compte tenu de son état opérationnel
satisfaisant et de l’excellence de sa moisson de résultats scientifiques, la
mission Soho d’étude du soleil a été à nouveau prolongée jusqu’à décembre
2009. Cette durée de vie de quatorze ans, au lieu des deux prévus
initialement, permettra de couvrir la totalité du cycle solaire 23 (1996-2007).
2 Cluster et Double Star : les données sont disponibles. Le cap de la
millième orbite autour de la Terre a été franchi, le 29 décembre 2006, par
les quatre satellites européens Cluster. Toutes les données scientifiques
acquises sur la magnétosphère terrestre sont accessibles en ligne sur la
banque de données Cluster Active Archive. Les deux satellites chinois Double
Star, sur lesquels ont été montés des copies de certains instruments de
Cluster, enrichissent la base de données de mesures acquises sur des orbites
plus proches de la Terre. La mission Double Star doit se terminer fin 2007.
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EXOBIOLOGIE.
PHYSIQUE
fondamentale.
ExoMars : décisions attendues courant 2007
La théorie de la relativité générale est un outil de référence quotidien, non
En 2006, les équipes sélectionnées lors de l’appel à idées de mai 2003
seulement pour les observatoires astrophysiques qui scrutent l’Univers à
de l’ESA ont affiné leurs propositions instrumentales en prenant en compte
grande échelle, mais aussi pour les systèmes de navigation GPS ou
les évolutions de la mission ExoMars. Plusieurs participations françaises
Galiléo. Si elle n’a jamais été mise en défaut jusqu’à présent, les physiciens
sont prévues sur le véhicule martien (charge utile Pasteur). L’objectif :
considèrent toutefois qu’elle ne peut être la théorie ultime des lois de la
rechercher des traces de vie, passées ou présentes, sur la planète rouge.
nature car elle est inconciliable avec l’autre grande construction théorique
La station fixe de géophysique martienne GEP (Geological and
du 20e siècle : la physique quantique.
Environment Package) dont l’existence même a été remise en question, a
Ils recherchent donc une théorie unifiée qui décrirait toutes les interactions
fait l’objet de nombreuses itérations. Les décisions finales concernant les
connues y compris la gravitation. De minuscules effets violant la relativité
différentes charges utiles seront prises dans le courant de l’année 2007.
générale pourraient être bientôt observables. Le CNES prépare plusieurs
expériences spatiales reposant sur des technologies particulièrement
Expose et Biopan
innovantes de mesure du temps, des longueurs et des accélérations,
En 2007, trois instruments d’exposition d’échantillons de molécules et
proposées par des équipes scientifiques françaises.
microorganismes aux conditions spatiales et au flux radiatif solaire doivent
être lancés par l’ESA. Différentes équipes scientifiques participent à ces
Pharao mesurera le temps
missions. La mise au point des expériences et du matériel consommable
Le projet Pharao d’horloge atomique spatiale utilisant des atomes de
est en cours de finalisation. L’instrument Biopan de l’ESA sera placé à
césium refroidis par laser a été proposé par des laboratoires français dans
l’extérieur d’une capsule récupérable Photon et restera en orbite pendant
le cadre du projet Aces (Atomic Clock Ensemble in Space). Aces doit être
deux semaines. Deux instruments, Expose-R et Expose-E, seront
installé à l’extérieur du module européen Columbus de la Station spatiale
emportés respectivement à bord d’un vaisseau Progress et du module
internationale.
Columbus, pour être installés à l’extérieur de la Station spatiale
Aces permettra d’effectuer des tests de relativité tels que la mesure du
internationale. Les lancements sont prévus courant 2007.
décalage de fréquence dû au potentiel gravitationnel ou la recherche
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d'une éventuelle dérive avec le temps de constantes fondamentales.
scientifique. L’ESA fournit le système de micropropulseurs ioniques FEEP.
Le projet a bien progressé en 2006 : les éléments du modèle
La revue de définition préliminaire du satellite et de la mission s’est
d’ingénierie ont été livrés et assemblés au CNES. En avril, les premiers
conclue favorablement en avril 2006.
atomes refroidis à une température de quelques microKelvin étaient
obtenus puis les premiers signaux d’horloge, appelés « franges de
T2L2 embarquera sur Jason 2
Ramsey », sont apparus.
L’expérience de Transfert de Temps par Lien Laser (T2LE) proposée par
l’Observatoire de la Côte d’Azur est destinée à comparer les signaux
Tester le principe d’équivalence avec Microscope
d’horloges terrestres ou spatiales éloignées l’une de l’autre, en utilisant la
Proposé par l’Onéra et l’Observatoire de la Côte d’Azur, et réalisé en
propagation d’impulsions laser entre les deux.
coopération avec l’ESA et l’agence spatiale allemande DLR, Microscope
Le système repose, d’une part, sur un réseau de stations de télémétrie
est dédié au test du principe d’équivalence entre masse gravitationnelle
laser au sol datant les impulsions lumineuses avec une précision de
et masse inerte. Ce principe a été érigé en postulat par Einstein pour bâtir
quelques picosecondes et, d’autre part, sur l’instrument spatial constitué
la théorie de la relativité générale. Des résultats théoriques récents
d’une horloge, d’un dateur, d’une détection optique et d’un dispositif de
suggèrent une violation possible à un niveau de précision que
rétro réflexion.
Microscope pourrait atteindre.
Le modèle de vol de l’instrument T2L2 a été réalisé en un temps record,
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Il s’agit d’un microsatellite de la filière Myriade du CNES, d’environ
depuis la revue de définition préliminaire tenue en décembre 2005.
200 kg, qui testera le principe d’équivalence avec une précision de 10-15.
Cette version simplifiée sera embarquée sur la mission d’océanographie
L’expérience étudiera la chute libre de deux corps de composition
Jason 2 en l’associant à Doris et à la cible laser LRA (Laser Reflector
différente en orbite basse autour de la Terre.
Array) fourni par la Nasa. La fin de qualification de l’instrument et les
Le CNES est maître d’œuvre du satellite. L’Onéra réalise les équipements
essais métrologiques devraient avoir lieu début 2007, pour une livraison
de mesure accélérométriques et organise le centre de mission
prévue en mars.
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Sciences de la
Sciences de la
VIE.
MATIÈRE.
Cardiomed : le suivi cardiovasculaire
Déclic : l’étude des fluides en micropesanteur
des spationautes
Les conditions de micropesanteur modifient radicalement le
L’exposition à l’impesanteur (ou micropesanteur) induit des troubles
comportement des fluides, habituellement conditionné par la
multiples qui se traduisent par une désadaptation à la gravité dont une
pesanteur. L’instrument Déclic (Dispositif pour l'Etude de la Croissance
des manifestations est le déconditionnement cardiovasculaire. Il s’agit
et des Liquides Critiques) est dédié à cette étude dans le cadre d’une
d’un problème médical présenté par les cosmonautes qui peut
coopération CNES/Nasa.
compromettre une sortie extravéhiculaire et la phase de retour sur Terre.
Le modèle d'ingénierie de l’instrument et les trois inserts contenant
• Le système Cardiomed, fruit d’une coopération entre le CNES et
différentes expériences scientifiques ont été acceptés par le CNES en
l’IMBP (Institute for Biomedical Problems) de Moscou, permettra de
2006. Les essais permettant de statuer sur la sécurité à bord de la
surveiller de façon non invasive l’électrocardiogramme, la pression
Station spatiale internationale où sera installé Déclic, ont été réalisés
artérielle et les flux vasculaires dans différentes situations au cours du
avec succès. Le lancement pourrait avoir lieu en juin 2008.
vol. Validé au sol, il doit faire maintenant l’objet de tests en situation de
micropesanteur/hyperpesanteur lors de vols paraboliques. Le planning
actuel prévoit un emport vers la Station spatiale internationale fin 2007.
• Cardiolab est un appareil de mesure de paramètres cardiovasculaires
conçu à des fins scientifiques par le CNES et le DLR Il fera partie de
l’EPM (European Physiology Module), un des quatre laboratoires de
Columbus devant être installés à bord de la Station spatiale.
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