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Le projet Cassini-Huygens : une collaboration entre Nasa et Esa

Dossier - Mission Cassini-Huygens : vers Saturne et Titan
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Futura-Sciences, CNES et PGJ

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La mission spatiale Cassini-Huygens a été lancée en 1997 pour explorer la planète Saturne, ses anneaux et ses nombreux satellites, dont la lune géante Titan et la surprenante Encelade. La mission s'est achevée vingt ans plus tard, le 13 septembre 2017, sur un bilan scientifique considérable, qui occupera les scientifiques durant plusieurs décennies.

  
DossiersMission Cassini-Huygens : vers Saturne et Titan
 

La planète Saturne et ses célèbres anneaux recèle bien des mystères. La mission Cassini-Huygens avait pour but de mieux la connaître. Retour sur la mise en place de ce projet complexe et sur les réussite de la mission.

Petite histoire de l'exploration de Saturne

En 1979, la sonde Pioneer 11 survole Saturne pour la première fois. Elle découvre de nouvelles lunes autour du géant gazeux et effectue des analyses de son champ magnétique.

Elle est suivie en 1980 par Voyager 1, puis en 1981 par Voyager 2. Ces missions de reconnaissance livrent de nombreux secrets. Le plus spectaculaire : la détection de molécules organiques dans l'atmosphère de la lune Titan similaires à celles qui auraient permis la vie sur Terre.

Saturne vue par la sonde Pioneer 11. © Nasa

Les sondes Voyager confirment également que Saturne est entourée de milliers d'anneaux aux structures extrêmement complexes, et non pas 4 ou 5 comme les scientifiques le pensaient auparavant.

Cassini-Huygens : une collaboration internationale

Fort de ces premières découvertes, l'exploration approfondie du système saturnien devient dans les années 1980 une priorité pour la communauté internationale. Aux États-Unis, la mission Cassini est au départ associée au projet CRAF (Comet Rendezvous Asteroides Flyby) d'étude des comètes et des astéroïdes.

La Nasa propose à l'Esa de contribuer à la mission Cassini par la fourniture de la sonde de rentrée dans l'atmosphère de Titan. Le projet Huygens est ainsi sélectionné par l'Esa en 1988 dans le cadre de son programme scientifique « Horizon 2000 ».

L'orbiteur Cassini et la sonde Huygens (à gauche) lors de la séparation. © Nasa/JPL/Caltech

En 1992, des difficultés budgétaires contraignent la Nasa à abandonner le projet CRAF et à simplifier l'orbiteur Cassini par la suppression des 2 plateformes de pointage des instruments.

La France participe au projet à double titre : via sa contribution aux programmes obligatoires de l'Esa et en réalisant, au titre de son programme national, la moitié des expériences embarquées. Une dizaine de laboratoires et plus de 50 scientifiques français sont impliqués dans cette mission.

Un plan de vol très précis vers Saturne

Pour atteindre Saturne en 2004, Cassini-Huygens utilise l'assistance gravitationnelle des planètes rencontrées qui lui confèrent à chaque passage un nouvel élan. Elle a ainsi survolé 2 fois Vénus, est revenue au voisinage de la Terre en août 1999, avant de parvenir aux abords de Jupiter en décembre 2000. L'impulsion délivrée par ces planètes permet d'économiser l'équivalent de 75 t de carburant et plusieurs dizaines d'années de voyage.

La sonde Cassini-Huygens, avant de se mettre en orbite autour de Saturne en 2004, a effectué 2 survols de Vénus en 1998 et 1999 et un survol de la Terre en 1999. La vitesse ainsi acquise lui a permis d'atteindre le Système solaire externe. Enfin, une dernière assistance gravitationnelle autour de Jupiter en 2000 lui a fourni l'énergie nécessaire pour rejoindre Saturne. © Esa

Le module orbital Cassini s'est inséré sur l'orbite de Saturne le 1er juillet 2004. Son passager, la sonde Huygens, plongea en janvier 2005 dans l'atmosphère du satellite Titan.

Cassini-Huygens : une collaboration internationale

Séparé de la sonde Cassini le 24 décembre 2004, le module Huygens a été dirigé vers Titan. Le 14 janvier 2005, il touchait l'atmosphère de cette lune énigmatique, protégé par son bouclier thermique de 2,70 m de diamètre. Après le choc sur l'atmosphère très dense (provoquant une décélération de 47 g), un extracteur (minuscule parachute) arraché le couvercle dorsal. Un grand parachute a été déployé ensuite pour réduire encore la vitesse. Largué, il a été remplacé par un plus petit, afin d'accélérer la descente. Il fallait qu'elle ne dure pas de deux heures et demie, pour que les batteries tiennent jusqu'au bout et parce que Cassini, qui assurait la retransmission des données, s'éloignait à grande vitesse.

Le module européen, réalisé par l'ESA (l'agence spatiale européenne), a rempli sa mission presque parfaitement. Durant la descente sous parachute, il a photographié la surface grâce à trois caméras (une vue horizontale, une vue à 45° et une vue verticale). Le mouvement de rotation du module accroché à son grand parachute a permis des vues à 360°. Sous la couche de nuages, Huygens a ainsi montré une réseau fluvial, des montagnes et des lacs, très grands pour certains.

Un four à pyrolyse, un chromatographe en phase gazeuse et un spectromètre de masse ont permis d'analyser l'atmosphère, composée essentiellement d'azote. Ces instruments ont montré la présence de méthane : c'est cette molécule, à environ -180 °C (la température ambiante sur Titan), qui constitue la vapeur des nuages et les gouttes de pluie. C'est donc du méthane liquide qui coule dans les rivières et emplit les lacs. La présence de molécules organiques (c'est-à-dire à base de carbone) plus complexes a été mise en évidence, par ces analyses et aussi par celles de Cassini, qui aura survolé 127 fois Titan. La complexité de cette chimie organique atmosphérique était inattendue.

Un dysfonctionnement informatique a empêché l'activation d'un des deux canaux radio chargés d'envoyer les données vers Cassini, qui les retransmettait ensuite vers la Terre. Les images étaient, par sécurité, envoyées alternativement sur l'un et l'autre des deux canaux, si bien que seulement la moitié (350 sur les 700 clichés pris par la sonde) ont été reçus. L'expérience pour mesurer les vents et turbulences dans l'atmosphère n'a, elle, pas fonctionné, ses résultats ayant été envoyés sur un seul canal. Le mauvais. Toutefois, le faible signal émis par Huygens et reçu directement sur Terre (par le télescope de Green Bank) a pu servir à extraire des données sur les variations de vitesse du module, grâce à l'effet Doppler-Fizeau.

L'atterrissage s'est passé en douceur, sur un sol meuble. Des images de la surface ont pu être transmises. Malgré la perte du canal A, la mission Huygens est une grande réussite et reste l'atterrissage le plus lointain jamais effectué. L'exploit n'est pas mince car les couches nuageuses épaisses n'avaient jamais permis de cartographier la surface.