Illustration de Bennu sur lequel la sonde Osiris-Rex a prélevé des échantillons. © Nasa
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Patrick Michel, de la mission Osiris-Rex, nous décrypte les premières images et données de l'astéroïde Bennu

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Patrick Michel, directeur de recherche au CNRS à l'Observatoire de la Côte d'Azur et co-investigateur de la mission Osiris-Rex, décrypte pour nous les premières images et données de l'astéroïde Bennu. Une avancée dans la compréhension et la connaissance de ces petits mondes.

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Seulement trois jours après la récupération des échantillons de la surface de Bennu, Patrick Michel, directeur de recherche au CNRS à l'Observatoire de la Côte d'Azur et co-investigateur de la mission Osiris-Rex, nous donne ses premières impressions.

« Notre équipe a réussi quelque chose d'extraordinaire ! Rendez-vous compte, nous avons envoyé une sonde qui a découvert un petit monde inconnu avec des conditions très différentes de celles de la Terre et des hypothèses de scientifiques qui se sont révélées erronées ! Cela a obligé l'équipe en charge des opérations de revoir entièrement leur stratégie de descente sur l'astéroïde basé initialement sur des hypothèses erronées concernant Bennu, alors que nous sommes à des centaines de millions de kilomètres de la Terre. Il y avait donc plein de raisons pour que cela se passe mal ! Malgré ce lot d'incertitudes, Osiris-Rex a tout réussi ! Quel exploit ! »

Les premières images du « touchdown » d'Osiris-Rex sur Bennu semblent prometteuses. © Nasa

Ce que nous pouvons dire de ces premières images, c'est que « l'on remarque essentiellement la présence de gros cailloux en nombre et, étonnamment, pas de grains fins, en tout cas sur les premières images ». Une analyse plus poussée de ces images permettra une meilleure compréhension des propriétés de surface, « notamment comment le matériau se comporte, d'un point de vue mécanique, quand on le sollicite dans un environnement de si faible attraction ».

Un bond dans la connaissance de ces petits mondes

Ces données, qui de prime abord pourraient apparaître sans grand intérêt scientifique, sont au contraire « fondamentales pour la compréhension des petits corps, de l'origine et l'évolution du Système solaire et l'histoire géologique de Bennu ». Dans le cas de Bennu, ces nouvelles données ont cela d'intéressant, qu'elles nous renseignent sur la « cohésion de la surface et sa résistance mécanique », ce qui permet de mieux savoir « comment cette surface évolue, bouge et a réagi aux impacts tout au long de son histoire et quels sont les paramètres qui influencent le plus la formation des cratères. Selon le paramètre le plus influent (par exemple, la gravité, même faible, ou la cohésion si elle est présente), la taille du cratère pour un projectile de taille donnée sera très différente et cette connaissance est essentielle pour estimer l'âge de l'astéroïde à partir de l'abondance des cratères et de leurs tailles ». Or, Bennu n'a pas été choisi au hasard. Comme tous les astéroïdes, ce petit monde est le produit d'une histoire complexe. Il est un « objet primitif et carboné dont on suppose que sa composition a conservé la mémoire de la composition initiale du matériau présent lorsque s'est formé le Système solaire et à partir duquel se sont formées les planètes ».

Pour les scientifiques, dater précisément l'âge d'un astéroïde est d'une très grande importance car elle permet de déterminer quand le corps parent qui lui a donné naissance dans la ceinture des astéroïdes a été détruit, et donc remonter son histoire depuis sa formation, évaluer l'effet des différents processus qu'il a subi depuis, en tenant compte des bonnes échelles de temps. « Cette compréhension est importante et vient en soutien de l'analyse des échantillons auxquels on offre ainsi un contexte géologique documenté pour interpréter les résultats, ce que nous ne pouvons pas faire avec les météorites pour lesquelles on n'a pas visité le corps d'origine. »

Or, les modélisations numériques d'impacts permettant de simuler la physique des cratères et prédire leur nombre et leur taille sont couramment utilisées pour dater les surfaces et donc estimer l'âge de l'objet. Mais ces modélisations doivent tenir compte d'une multitude de paramètres, dont les « propriétés mécaniques des surfaces considérées, qui sont déterminantes pour calculer la taille et la profondeur d'un cratère ». Sans la connaissance de la nature du sol (fragile, poreux, cohésion, sableux et sans cohésion), les modèles donnent des âges très différents selon la nature du sol supposé. D'où cette importance de « toucher les astéroïdes » plutôt que de se contenter d'observations à distance qui « fournissent des tas d'informations mais ne permettent pas d'avoir une estimation fiable des propriétés mécaniques des surfaces, et de mesurer comment elles répondent à une sollicitation externe, telle qu'un impact ou l'interaction d'un instrument. »

Quand Osiris-Rex touche la surface de Bennu ! © Nasa

Une mission utile pour protéger la Terre 

Ces données sont donc aussi très importantes pour les futures missions d'exploration. Mieux comprendre le comportement de la matière dans cet environnement de très faible gravité, « dont les conditions sont impossibles à reproduire sur Terre », est d'une très grande utilité pour la « conception des futurs outils d'interaction avec la surface d'un astéroïde, que ce soit pour en récolter des échantillons ou en exploiter les ressources, comme quelques pays l'envisagent ».

Enfin, dans le cadre de missions visant à se protéger d'un impact d’astéroïde, la plupart des « méthodes de déviation nécessitent l'interaction avec la surface ». Sans connaissances détaillées des propriétés de surface, et donc de la réponse à un impact (dans le cas d'une déviation par impact), la réussite de telles missions est incertaine. C'est pour cela qu'il nous faut un « test documenté pour avancer dans notre compréhension de ce processus dans les conditions réelles, comme vont le faire la mission Dart de la Nasa et Hera de l’ESA, l'une fournissant les conditions de l'impact et l'effectuant, l'autre fournissant le résultat détaillé de l'impact et les propriétés physiques de la cible ». Les modèles numériques auront ainsi une « véritable expérience à l'échelle réelle pour validation ».

Départ de Bennu au printemps 2021

Avant son départ pour la Terre, la sonde Osiris-Rex doit encore mesurer l'effet Yarkovsky. Cet effet thermique agit sur la trajectoire de l'astéroïde, « mais de façon beaucoup plus faible que les perturbations des planètes ». Le principe est le suivant : quand un astéroïde reçoit la chaleur du Soleil, le temps qu'il la réémette, il a tourné un peu sur lui-même, et donc cette chaleur est réémise dans une direction différente produisant une force de recul et donc une poussée très légère.

« C'est cet effet que nous souhaitons mesurer in situ car il dépend des propriétés thermiques de l'objet, bien difficiles à mesurer depuis la Terre. » Mesurer précisément cet effet permettra d'affiner les trajectoires des astéroïdes, en particulier celle de Bennu, qui l'amène à proximité de la Terre tous les six ans et qui coupe celle de notre Planète.

Cette mesure a son importance. Les modèles de trajectoire « montrent une probabilité de collision de Bennu avec la Terre non nulle (mais de seulement 0,037 %) à la fin du XXIIe siècle » ! Or, ces modèles ne prennent pas en compte l'effet Yarkovsky de sorte que l'incertitude est grande sur ce risque de collision avec notre Planète.

D'ici quelques jours, une mesure de la masse de la sonde est également prévue et devrait confirmer, à plusieurs grammes près, quelle quantité de matière de Bennu est à bord d'Osiris-Rex, « sachant que l'objectif est d'avoir au moins 60 grammes ». Si la sonde confirme que des échantillons sont bien présents à bord et en quantité suffisante, elle stationnera « tranquillement » au-dessus de Bennu jusqu'au mois de mars ou avril 2021, le « temps qu'une fenêtre de tir s'ouvre pour rejoindre la Terre qu'elle devrait atteindre le 24 septembre 2023 ». À l'issue de ce retour, si la sonde est toujours fonctionnelle, la « Nasa pourrait décider d'étendre sa mission à destination d'un autre astéroïde qui n'a pas encore été choisi ».

Pour en savoir plus

Osiris-Rex : la Nasa dévoile les images spectaculaires de la collecte d’échantillons sur l’astéroïde Bennu

Article de Rémy Decourt publié le 21/10/20

La Nasa a rendu publiques les premières images de l'opération d'échantillonnage du sol de l'astéroïde Bennu par la sonde Osiris-Rex. Ces images montrent que le mécanisme de collecte a bien fonctionné et qu'il a sans doute réussi à récupérer des grains ou des cailloux de la surface de Bennu.

Hier soir, lors d'une conférence de presse en ligne, la Nasa a confirmé qu'Osiris-Rex a très vraisemblablement récupéré des échantillons de la surface. Toutes les images acquises par la sonde pendant la manœuvre ne semblent pas dire autre chose. La sonde est ensuite repartie sur son orbite, sans que les capteurs de bord n'indiquent un quelconque dommage.

Osiris-Rex a bien touché la surface de Bennu pendant environ six secondes, un temps nécessaire mais amplement suffisant pour récupérer plusieurs dizaines de grammes d'échantillons de la surface de l'astéroïde. Les images montrent des grains de sable et de poussières du sol de Bennu, soulevés de la surface par un souffle de gaz comprimé. La tâche aurait été grandement facilitée par une pierre qui se serait facilement brisée au moment du contact, projetant de grandes quantités d’éjectas, facilement récupérables par le mécanisme.

Quelle quantité de matière de Bennu se trouve à bord de la sonde ?

S'appuyant sur ces images, Dante Lauretta, responsable de la mission, a indiqué que « l'opération d'échantillonnage s'est très bien passée, aussi bien qu'on l'espérait ». D'ici quelques jours, la Nasa devrait recevoir des photographies des échantillons à l'intérieur de la sonde. Une mesure de la masse de la sonde est également prévue et devrait confirmer, au gramme près, quelle quantité de matière de Bennu est à bord d'Osirs-Rex.

« De telles opérations ont un niveau de complexité, et donc de préparation, qui est difficile à véritablement exprimer. Ce sont donc des moments historiques et des succès qui démontrent que l'intelligence humaine et le travail d'équipe sont des atouts énormes, qu'il faut vraiment exploiter au maximum car ils permettent de relever les plus gros défis », souligne Patrick Michel responsable de la mission Hera de l'Agence spatiale européenne et également co-investigateur de la mission Osiris-Rex, deux missions complémentaires dans l'optique d'une stratégie de défense planétaire contre des astéroïdes.

Dès demain, le scientifique français nous livrera son analyse de ces images et de ces données ; il nous expliquera la suite des opérations avant le retour sur Terre de ces échantillons en septembre 2023.


Osiris-Rex : « touchdown » réussi à 300 millions de km de la Terre

Article de Céline Deluzarche publié le 21/10/20

La sonde de la Nasa Osiris-Rex a recueilli comme prévu des échantillons rocheux de l'astéroïde Bennu mardi dans la nuit. Si tout s'est bien passé, son retour est attendu en 2023.

L'exploit n'a duré que quelques secondes. La sonde américaine Osiris-Rex est brièvement entrée en contact avec l’astéroïde Bennu ce mardi 20 octobre à 0 h 12 heure de Paris. « Tout s'est passé parfaitement, a annoncé quelques minutes plus tard Dante Lauretta, le chef de la mission, submergé par l'émotion. Nous avons écrit une page d'histoire ce soir ».

La manœuvre était particulièrement délicate et devait être réalisée de façon entièrement autonome, la Nasa ne disposant que d'une vitesse de transmission maximale de 940 kilo-octets par seconde, bien en deçà de ce que peut accomplir un téléphone relié au réseau 4G, par exemple.
 

La teneur de l’échantillon reste à confirmer

Cela fait quatre ans qu'Osiris-Rex tourne autour de l'astéroïde, rassemblant autant d’informations que possible. La sonde a dû se poser sur un espace équivalent à quelques cases de stationnement ; elle a déployé un bras robotisé qui a injecté un jet d'azote comprimé sur la surface rocheuse afin de faire voler les morceaux de roche et de les recueillir dans un récipient spécialement conçu. Elle s'est ensuite rapidement éloignée de l'astéroïde pour ne pas risquer une collision.

Il faudra attendre quelques jours pour savoir si l'échantillon contient bien les 60 grammes de régolithe prévus, soit le plus grand échantillon extraterrestre prélevé depuis les missions lunaires Apollo. Si tel n'est pas le cas, une autre tentative sera programmée en janvier. Osiris-Rex dispose au total de trois bouteilles d'azote, soit trois tentatives possibles. Une autre sonde japonaise, Hayabusa 2, devrait revenir sur Terre en décembre prochain après avoir recueilli un échantillon de l'astéroïde Ryugu.


C'est le grand jour pour Osiris-Rex ! Suivez en direct la prise d'échantillons sur l'astéroïde Bennu

Article de Rémy Decourt publié le 20/10/2020

Cette nuit, la sonde Osiris-Rex de la Nasa va essayer de récupérer des échantillons de l'astéroïde Bennu. Si la sonde y parvient, les échantillons arriveront sur Terre en septembre 2023. Patrick Michel, directeur de recherche au CNRS à l'Observatoire de la Côte d'Azur et membre de l'équipe scientifique de la mission, nous explique ses attentes et ses craintes.

Cette nuit, la Nasa vous propose de suivre quasiment en  direct la manœuvre Touch-and-go d'Osiris-Rex qui doit ramasser des échantillons de la surface de l'astéroïde Bennu. Dès 23 h (heure française), vous pourrez suivre l'approche de la sonde sur l'astéroïde au plus près du site de collecte jusqu'aux manœuvres pour prélever des échantillons. Étant donné que Bennu et Osiris-Rex se situent à quelque 300 millions de kilomètres de la Terre, 16 minutes seront nécessaires pour que les signaux radio nous parviennent !

Depuis son arrivée autour de l'astéroïde Bennu, en décembre 2018, la sonde a renvoyé des images qui décrivèrent un « véritable "univers" géologique totalement incroyable et inattendu, du fait de la diversité géologique des roches et du terrain qui constituent sa surface », nous explique Patrick Michel, directeur de recherche au CNRS à l'Observatoire de la Côte d'Azur et membre de l'équipe scientifique de la mission.

Ces deux ans d'efforts « pour interpréter ce que les images et autres données nous disent, et pour choisir le meilleur site de récolte, tant du point de vue des risques que du point de vue scientifique, ont abouti à ce moment historique qui va se produire demain et que nous attendons avec impatience, mais aussi avec un peu d'appréhension, comme toujours avant des opérations qui comportent toujours un niveau non nul de risques ». 

L'instant du contact sera le moment le plus préoccupant

Au terme de cette minutieuse, l'équipe scientifique de la mission a choisi comme site d'atterrissage, le site de Nightingale, une zone rocheuse de 16 mètres de diamètre dans l'hémisphère nord de Bennu. Son intérêt s'explique par la contenance en très grande quantité de matériaux à grains fins non obstrués. Malheureusement, il est aussi entouré de rochers de la taille d'un bâtiment. Initialement, l'équipe de la mission souhaitait effectuer le prélèvement sur une région relativement plane de 50 mètres. Or, la zone de Nightingale visée mesure seulement huit mètres, parsemée de blocs rocheux de plus de 30 mètres de large.

C’est fascinant car quoi qu’il arrive, on va donc franchir encore un pas énorme 

Les opérations de ce soir ont été préparées par l'équipe de la mission afin « d'avoir la meilleure de stratégie de descente à la surface de façon à augmenter la précision à l'atterrissage de 50 mètres à 10 mètres ! » Les exercices de descente, jusqu'à quelques dizaines de mètres de la surface, effectués ces derniers mois, ont permis de vérifier que « la stratégie est bien implémentée, souligne Patrick Michel qui se dit « donc totalement confiant que tout se passera bien jusque-là. Ma seule source d'inquiétude est la proximité d'un gros rocher (Mont Doom) et surtout ce qui va se passer lors du contact du cylindre utilisé pour la récolte avec la surface ».

Cette anxiété s'explique car, « n'ayant jamais touché celle-ci, nous n'avons aucune idée de sa réponse au contact du mécanisme de récolte ». Plusieurs questions se posent à propos de cette surface : « est-elle molle ? risque-t-elle de faire s'enfoncer la sonde ? ou est-elle trop dure ? » À ces incertitudes physiques s'ajoutent des risques de toucher « une pierre qui n'est pas bien orientée, risquant de casser les articulations par exemple ».

Enfin, les scientifiques ne savent pas comment la surface va réagir quand l'azote sous pression va être libéré pour créer un « vent » qui soulèvera les matériaux de la surface qui seront alors pris dans la tête du collecteur d'échantillons de la sonde.

Pour Patrick Michel, le moment du contact est la plus grosse source de suspens, et donc d'inquiétude : « Tant qu'on ne touche pas, on ne sait pas comment une surface réagit du point de vue mécanique, d'autant plus dans cet environnement de très faible gravité, compte tenu de la petite taille de Bennu », précise-t-il.

De 60 à plusieurs centaines de grammes d'échantillons attendus  

Cela dit, ce risque bien réel est un risque à prendre pour faire progresser notre connaissance de la surface de ces petits mondes. « C'est fascinant car quoi qu'il arrive, on va donc franchir encore un pas énorme dans notre compréhension des propriétés de surface et de la réponse d'un tel milieu à une sollicitation externe dans un environnement de si faible attraction ».

Concernant la récupération des échantillons, la manœuvre devrait permettre de récolter entre 60 grammes et 2 kilos d'échantillons. Elle viendra récompenser « les efforts d'une équipe qui a travaillé à fond pour ça pendant de nombreuses années. Si on compte le temps depuis la première proposition de la mission jusqu'à aujourd'hui, ça fait au moins 15 ans ! », calcule Patrick Michel.

Si l'opération échoue sans endommager la sonde, Osiris-Rex pourra procéder, dans la foulée, à une deuxième tentative sur le même site et éventuellement, à une troisième en janvier 2021, sur un autre site baptisé Osprey.

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