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Stardust : de l'aérogel double face pour une double mission

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« Dix ans de travaux et sept ans de voyage ont enfin abouti, tôt ce matin (NDLA : tôt hier matin), quand nous avons récupéré avec succès la capsule de retour, dans le désert de l'Utah. Le projet Stardust a délivré à la communauté scientifique internationale un matériau qui n'a jamais été altéré depuis la formation de notre système solaire. ».

Le collecteur rétractable de Stardust (Crédits : JPL/NASA)

Toutes les images de l'aventure Stardust... 

C'est en ces termes que Tom Duxbury, directeur de projet de Stardust au JPL, a accueilli l'atterrissage de la sonde américaine. A l'issue d'une mission de 7 ans à travers notre système solaire, la capsule est enfin de retour à la maison et ouvre la voie à une quête d'une importance encore plus déterminante : l'analyse de sa précieuse cargaison cosmique...

Mais comment ces poussières de comète ont-elles été collectées par Stardust au cours de son long pèlerinage dans notre système solaire ? L'ingrédient essentiel de la recette utilisée par la NASA s'appelle l'aérogel...

L'aérogel conçu et qualifié au Jet Propulsion Laboratory ; 3000 fois moins dense que le verre, il est composé à 99.8% de vide... (Crédits : NASA/JPL)

Un retour des plus attendus

Après l'atterrissage de la SRC (Sample Return Capsule) de Stardust, et sa localisation par des hélicoptères de l'armée américaine, la capsule a rejoint hier un bâtiment de la base d'entraînement. Le compartiment étanche contenant les poussières de la comète Wild 2 et les poussières interstellaires sera transporté dans les prochains jours à un laboratoire de la NASA, situé à Houston. Les particules contenues dans l'aérogel seront récupérées, avant d'être distribuées à différents laboratoires dans le monde pour analyses (dont, en France, le Muséum national d'Histoire naturelle et l'Institut d'Astrophysique d'Orsay).

La capsule SRC (Sample Return Capsule) de Stardust de retour sur Terre (Crédits : NASA/JPL)

Capturer des poussières interstellaires : pas si simple que cela en a l'air !

L'objectif de la mission Stardust était double : capturer des échantillons de la comète Wild-2 ainsi que des poussières interstellaires. Le premier défi à surmonter pour mener à bien la collecte de Stardust était de ralentir suffisamment les particules, afin d'éviter leur échauffement et l'altération de leurs propriétés physiques. En effet, au moment de la rencontre de Stardust avec les poussières de la comète Wild-2, la vitesse d'impact des particules était six fois supérieure à celle d'une balle de fusil. Etant données leur vitesse et leur taille - proche de celle d'un grain de sable - éviter leur altération physique et chimique tenait de l'exploit.

Mais les ingénieurs de la NASA ont réalisé cet exploit, en utilisant un matériau révolutionnaire nommé aérogel. Formé à base de silicone, l'aérogel a une structure poreuse, et son volume est composé à 99.8 % de vide. A titre de comparaison, sa densité est mille fois inférieure à celle du verre.

Quand une particule à haute vélocité entre en contact avec l'aérogel, il y creuse un cône de 200 fois sa propre longueur - ce qui le ralentit considérablement - avant de s'y trouver emprisonné. La section de ces cônes est maximale à la surface de contact vide/aérogel, tandis que les particules, théoriquement intactes, se trouvent à leur extrémité.

Une fois Stardust de retour sur Terre, les chercheurs n'ont « plus qu'à » suivre les sillons à la recherche des particules. En effet, la transparence de l'aérogel permet de les détecter aisément au microscope, et la forme des cônes de déterminer leur direction incidente.

Test de l'aérogel Capture de poussières terriennes... en attendant celle de poussières interstellaires ! (Crédits : NASA/JPL)

Les propriétés physiques surprenantes de l'aérogel

S'il en adopte globalement la structure, l'aérogel est à mille lieues d'une mousse ou d'une éponge traditionnelle. En effet, il s'agit d'un matériau à très grande microporosité, formé de multiples cellules d'une grandeur caractéristique de quelques nanomètres, reliées entre elles en un ensemble héritant de leurs propriétés physiques intrinsèques.

L'aérogel est fabriqué par assèchement en autoclave d'un gel composé de silice et de solvants, par élévation de la température et de la pression, permettant le dépassement du point critique du liquide. Sa mise au point et sa qualification en vol ont été réalisées dans les laboratoires du JPL.

Hormis sa capacité à capturer des particules à haute vélocité, les autres propriétés physiques de l'aérogel sont des plus singulières : faible conductivité thermique, faible indice de réfraction (peu de modification de la direction de propagation des ondes à la traversée de la surface de séparation vide/aérogel) et faible vitesse du son.

Une raquette de tennis « double face » pour capturer des poussières cométaires et interstellaires

Le collecteur mis au point par la NASA présentait la forme d'une « raquette double face » et avait la faculté de se déployer puis de se rétracter dans la SRC (Sample Return Capsule), la capsule qui vient justement d'être récupérée par la NASA. Une face de cette raquette était dévolue à la capture de particules de la comète Wild 2, l'autre au prélèvement d'échantillons de poussière interstellaire.

A l'issue de son travail, le collecteur a été rétracté dans la capsule SRC, puis la sonde Stardust a commencé son retour sur Terre, pour finalement atterrir avec succès dans le Désert de l'Utah.

Si les méthodes utilisées par Stardust pour mener à bien sa mission étaient révolutionnaires, les résultats des analyses des poussières qu'elle a récoltées le seront probablement bien plus. En effet, comme vous le découvrirez en détails demain sur Futura-Sciences, l'étude de ces particules nous éclairera probablement sur la genèse de notre système solaire...

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