Prototype de pénétrateur en développement chez Astrium. L’appareil devrait être capable de creuser à trois mètres sous la glace d’Europe, un satellite de Jupiter. © Astrium

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Astrium envisage des pénétrateurs pour creuser la glace d'Europe

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Astrium développe un concept de pénétrateur capable de s'enfoncer de plusieurs mètres sous des surfaces durcies par de la glace ou du régolithe. Une première mission pourrait avoir lieu à la fin des années 2020. Europe, une des quatre lunes galiléennes de Jupiter, serait la première cible. Rencontre avec Élie Allouis, ingénieur système en mission et robotique chez Astrium.

Europe, un satellite de Jupiter, a cela de fascinant qu'il pourrait rassembler les conditions nécessaires à la vie. Aussi surprenant que cela paraisse (il se situe tout de même à plus de 780 millions de kilomètres du Soleil), de nombreux spécialistes en sont convaincus, et certains n'excluent pas que l'on trouve dans ses profondeurs des systèmes comparables à celui des sources hydrothermales terrestres. Partant de là, tous les scénarios sont possibles.

La surface d'Europe est recouverte d'une épaisse couche de glace qui n'est pas figée. Depuis les survols rapprochés de la sonde jovienne Galileo, on sait que cette glace est en mouvement. Et, à l'instar de ce qui se passe sur Terre, des éléments des profondeurs d'Europe sont susceptibles d'être transportés jusqu'à la surface. Mieux encore, cette sonde de la Nasa (1989-2003) a montré que les glaces de surface sont mélangées avec de la matière organique remontée du noyau rocheux vers la surface par le mouvement des glaces.

Détails de surface d'Europe, acquis lors de survols de la sonde Galileo de la Nasa. La nature des structures de surface fait encore débat. © Nasa, JPL, université de l'Arizona

Pour savoir s'il existe une chimie prébiotique, peut-être très avancée, les grandes agences spatiales planifient des missions à destination d'Europe. Si la sonde Juno de la Nasa est en route pour étudier Jupiter, l'Agence spatiale européenne a donné son feu vert à la construction de la sonde Juice. Cette mission à plusieurs destinations (Jupiter, Callisto, Ganymède) effectuera deux survols d'Europe, dont elle mesurera pour la première fois l'épaisseur de la croûte glacée, et où elle recensera des sites adaptés à une future exploration in situ.

Enjeux technologiques de l’étude d’Europe

Cette prochaine étape est d'ores et déjà à l'étude. Astrium travaille au développement de pénétrateurs qui iraient étudier le sous-sol de cette lune, jusqu'à une profondeur de trois mètres. Mieux qu'une mission de surface à la durée de vie forcément limitée, compte tenu de la proximité avec Jupiter et son fort champ magnétique, le retour scientifique devrait être très significatif.

Cela dit, des difficultés technologiques existent. Au nombre de trois, « elles concernent la mécanique, la thermique et l'aspect opérationnel », nous explique Élie Allouis, ingénieur système en mission et robotique chez Astrium. Le pénétrateur lui-même pèse 20 kg, et peut mesurer de 50 à 60 cm de long.

La mécanique pose problème parce que le pénétrateur, qui percutera la surface, doit résister à « un choc énorme et subir un impact d'à peu près 24.000 g », à comparer aux 12 à 14 g que doit subir un pilote de chasse lorsqu'il s'éjecte, et il faut que les instruments à l'intérieur survivent à la collision. « On souhaite pénétrer le plus verticalement possible », ce qui nécessite de déterminer précisément l'angle d'attaque.

Les vraies couleurs d'Europe. Concernant les points d’entrée dans la surface des futurs pénétrateurs, Astrium les souhaite aux pôles, parce que ces régions ont des surfaces relativement lisses. Des accidents de relief, en effet, risqueraient de modifier l’angle d’impact. En outre, ce choix facilitera les communications. © Nasa, JPL

Creuser dans de la glace ou du régolithe

La thermique est aussi passée au crible, parce qu'une fois enfoncée dans la glace d'Europe, la sonde doit survivre plusieurs semaines à quelque 70 K, soit -200 °C. Si les contraintes de conception sont fortes, les points durs se situent surtout « au niveau des batteries et du système de communication ».

Enfin, l'aspect opérationnel est « également très "challenging" »« On veut pouvoir atteindre une profondeur de trois mètres, que ce soit dans de la glace ou du régolithe. » L'idée est de « ne pas aller le plus profond possible », au risque de ne plus pouvoir communiquer, et de tenir compte des « capacités mécaniques de la sonde ».

Tel qu'il est conçu, « le pénétrateur embarque trois instruments ». Il s'agit d'un spectromètre, d'une suite d'outils pour mesurer différents paramètres comme le pH ou la conductivité du sol, ainsi qu'un microscope. Il emporte également une foreuse capable de récupérer des échantillons afin de les transmettre aux trois instruments pour analyse.

Après Europe, la Lune et Mars ?

À ce jour, il n'y a pas de mission programmée. Avant d'envisager qu'une mission puisse l'utiliser, Astrium a pour but de « démontrer qu'un concept de cette nature peut fonctionner » et de fournir à l'Esa un instrument avec « des conditions d'utilisation très prévisibles ».

L'été dernier, des essais réalisés à grande échelle ont « validé le concept mécanique » et permis de mieux « cerner les contraintes pour la survie des instruments » à l'impact et à la pénétration. Enfin, ce concept de pénétrateur est « très flexible ». Bien qu'il soit conçu pour une mission sur Europe, il est « facilement adaptable à d'autres cibles » et peut même être utilisé en petite constellation pour « déployer des sismomètres par exemple ». Il peut donc être utilisé pour pénétrer dans du régolithe et viser la planète Mars ou la Lune, par exemple.