Mission de retour d'échantillons

Type de mission spatiale

Une mission de retour d'échantillons est une mission spatiale dont l'objectif est de ramener sur Terre à des fins d'analyses des échantillons d'un autre corps céleste — planète, comète, astéroïde — ou des particules interplanétaires ou interstellaires. Ce type de mission peut être réalisé par un robot (sonde spatiale) ou dans le cadre d'une mission avec équipage. Comparé à une étude réalisée sur place par les instruments d'un robot comme le rover martien Curiosity, le retour d'un échantillon de sol sur Terre permet d'effectuer des analyses avec une précision beaucoup plus importante, de manipuler l'échantillon et de modifier les conditions expérimentales au fur et à mesure des progrès de la technologie et de la connaissance.

Vue d'artiste du décollage depuis la surface de Mars du lanceur ramenant des échantillons martiens.

Plusieurs missions de retour d'échantillons ont été menées à bien. Elles ont permis de ramener sur Terre des roches lunaires (missions spatiales avec équipage du programme Apollo, sondes spatiales du programme Luna, Chang'e 5), des échantillons du vent solaire (mission Genesis), de la queue d'une comète (Stardust) et d'un astéroïde (Hayabusa, Hayabusa 2). Plusieurs missions à destination de la Lune et d'astéroïdes sont en cours ou programmées dans le deuxième moitié de la décennie 2010 : OSIRIS-REx, Martian Moons Exploration, Mission de retour d'échantillons martiens, Zheng He, etc.. . Toutes ces missions comportent des difficultés : il faut selon la cible capturer des particules circulant à plusieurs km/s, réaliser un atterrissage automatique sur un corps pratiquement dépourvu de gravité ou au contraire pouvoir atterrir et redécoller depuis un puits de gravité important, mettre en oeuvre un système de prélèvement fonctionnant dans un champ de gravité faible, enchainer des opérations complexes de manière automatique à cause de la distance qui ne permet à un opérateur de télécommander celles-ci, disposer d'un système de stockage sans contaminants pouvant préserver les caractéristiques des échantillons et dans tous les cas effectuer une rentrée dans l'atmosphère terrestre à grande vitesse et avec une grande précision. Le retour sur Terre d'échantillons martiens qui constitue en 2014 l'un des objectifs les plus importants pour l'étude du Système solaire, n'a toujours pas été concrétisé pour des raisons à la fois financières et technologiques.

ContexteModifier

L'étude du système solaire constitue un objectif scientifique majeur. Il s'agit de comprendre comment notre système solaire s'est formé et d'en extrapoler des informations sur la structure de notre univers. Elle peut également nous fournir des indices précieux sur le processus d'apparition de la vie sur Terre et sur l'évolution future de notre planète par exemple en permettant de préciser les mécanismes d'évolution du climat de la Terre. Enfin cette étude pourrait également déboucher sur la découverte de nouvelles formes de vie, qui donnerait un éclairage complètement nouveau dans le domaine de la biologie.

Jusqu'au début de l'exploration spatiale du système solaire (1958), nos connaissances sur les différents corps du système solaire reposent sur les observations effectuées à l'aide des télescopes terrestres et sur les études des météorites collectés à la surface de la Terre, fragments des corps célestes (comètes, astéroïdes, planètes) expulsés dans l'espace par différents types d'événements (débris d'impact d'un météorite sur un corps de plus grande taille, volcanisme, destruction du corps d'origine à la suite d'un impact, éjection depuis un corps céleste en rotation à gravité faible, composant de la queue d'une comète, débris d'une comète broyée par le champ de gravité du Soleil, ....). L'information obtenue est fragmentaire même si les débuts de la spectroscopie permettent de déterminer de manière partielle et grossière les principaux éléments chimiques présents à la surface de ces corps ou dans leur atmosphère. Les objets éloignés ou de petite taille sont hors de portée des télescopes les plus puissants tout comme la face cachée de la Lune.

Les premières sondes spatiales, qui ne font que survoler la Lune, Mars et Vénus, effectuent d'emblée une moisson de découvertes : image de la face cachée de la Lune montrant une dysmétrie étonnante, stérilité de Mars, enfer vénusien. L'amélioration des technologies spatiales permet de placer les premières sondes spatiales en orbite autour de la Lune, de Mars et de Vénus puis de lancer des sondes spatiales vers des destinations plus lointaines (planètes externes) ou plus difficiles d'accès (Mercure). Ces sondes spatiales emportent des caméras, des spectromètres observant dans différentes longueurs d'ondes et d'autres instruments qui permettent d'obtenir à distance des informations sur la topographie et la structure (densité, répartition de la masse) de ces corps, la composition élémentaire, isotopique et moléculaire de leur surface et de leur atmosphère. Ces sondes spatiales découvrent une grande diversité de corps célestes : océans souterrains d'Europe et de Ganymède, chimie complexe de Titan, volcanisme de Io, etc... Les engins spatiaux robotisés se raffinent et se posent à la surface de la Lune (programme Surveyor) puis de Mars (programme Viking, Mars 3) et de Vénus (programme Venera), permettant une étude in situ de la surface de ces corps. Les atterrisseurs Viking sont les premières sondes spatiales qui tentent une étude poussée d'échantillons du sol martien dans le but de détecter la présence d'organismes vivants mais l'instrument utilisé ne parvient pas à donner des informations exploitables. Les premiers engins se déplaçant à la surface sont les Lunakhod soviétiques au début des années 1970. Elles sont suivies des deux Mars Exploration Rover (2004) mais surtout de Mars Science Laboratory (2011).

Apports d'une mission de retour d'échantillonsModifier

Une mission de retour d'échantillons permet de répondre à de nombreux besoins scientifiques qui ne peuvent être pris en charge par une étude effectuée sur place[1]  :

  • Les capacités limitées d'une sonde spatiale (masse des instruments, énergie disponible, ...) ne lui permettent d'emporter qu'un nombre restreint d'instruments de taille réduite, conçus pour une stratégie d'observation précise et dotés d'une résolution relativement faible.
  • En disposant d'échantillons sur Terre, on peut effectuer de nouvelles investigations pour bénéficier des progrès instrumentaux. Depuis que les échantillons du sol lunaire ont été ramenés dans le cadre du programme Apollo, des progrès considérables ont été fait dans la datation par l'analyse des isotopes ce qui permit de préciser l'âge de la Lune, comment et quand la croûte lunaire s'est formée, comment la Lune est liée au processus de formation de la Terre et quelle a été la durée de formation des planètes.
  • De nouvelles théories scientifiques dans le domaine de la planétologie peuvent peuvent être testées en examinant les échantillons disponibles.

Enjeux et objectifsModifier

Lune

Aspects techniquesModifier

Risques de contamination terrestreModifier

HistoriqueModifier

Liste des missions de retour d'échantillonModifier

Missions passées ou en coursModifier

Date de lancement Mission Pays / agence spatiale Type échantillon Mode de prélèvement Échantillon ramené Date retour sur Terre Statut
Luna 15B Union soviétique Régolithe lunaire Atterrisseur muni d'une pelle Échec (au lancement)
Luna 15 Union soviétique Régolithe lunaire Atterrisseur muni d'une pelle Échec (à l'atterrissage sur la Lune)
Apollo 11 NASA Roche lunaire / régolithe Collecte par l'équipage 21,55 kg Succès
Cosmos 300 (en) Union soviétique Régolithe lunaire Atterrisseur muni d'une pelle Échec (bloqué en orbite terrestre)
Cosmos 305 (en) Union soviétique Régolithe lunaire Atterrisseur muni d'une pelle Échec (bloqué en orbite terrestre)
Apollo 12 NASA Roche lunaire / régolithe Collecte par l'équipage 34,4 kg Succès
Luna 16A Union soviétique Régolithe lunaire Atterrisseur muni d'une pelle Échec (à l'atterrissage sur la Lune)
Apollo 13 NASA Roche lunaire / régolithe Collecte par l'équipage Échec (pas d'atterrissage sur la Lune mais survie de l'équipage)
Luna 16 Union soviétique Régolithe lunaire Atterrisseur muni d'une pelle 101 g Succès
Apollo 14 NASA Roche lunaire / régolithe Collecte par l'équipage 43 kg Succès
Apollo 15 NASA Roche lunaire / régolithe Collecte par l'équipage 77 kg Succès
Luna 18 Union soviétique Régolithe lunaire Atterrisseur muni d'une pelle Échec (à l'atterrissage sur la Lune)
Apollo 16 NASA Roche lunaire / régolithe Collecte par l'équipage 95,8 kg Succès
Luna 20 Union soviétique régolithe lunaire Atterrisseur muni d'une pelle 55 g Succès
Apollo 17 NASA Roche lunaire / régolithe Collecte par l'équipage 110 kg Succès
Luna 23 Union soviétique Régolithe lunaire Atterrisseur muni d'une pelle Échec (la foreuse est endommagée)
Luna 24A Union soviétique Régolithe lunaire Atterrisseur muni d'une pelle Échec (au lancement)
Luna 24 Union soviétique régolithe lunaire Atterrisseur muni d'une pelle 170 g Succès
Stardust NASA Queue de la comète 81P/Wild Collecteur avec aérogel Succès
Genesis NASA Particules de vent solaire Collecteurs composés de galettes en matériaux purifiés Plus d'un million de particules Succès partiel (capsule de retour éventrée à l'atterrissage sur Terre)
Hayabusa JAXA Astéroïde (25143) Itokawa Tir d'un projectile à faible distance et récupération des débris 1500 grains du sol de l'astéroïde Succès partiel (échantillon collecté moins important que prévu)
Phobos-Grunt Roscosmos Sol de Phobos (lune de Mars) Atterrisseur avec bras manipulateurs Échec (au lancement)
Hayabusa 2 JAXA Astéroïde (162173) Ryugu Tir d'un projectile à faible distance et récupération des débris 5,4 g Succès
Chang'e 5 CNSA Régolithe lunaire Atterrisseur muni d'une pelle et d'une foreuse 1 731 g Succès
OSIRIS-REx NASA Astéroïde (101955) Bénou jet d'azote pour soulever le régolithe > 60 g de régolithe En cours

Missions programméesModifier

Date lancement Mission Pays / agence spatiale Type échantillon Modalité collecte Échantillon ramené Date retour sur Terre Remarque
Chang'e 6 CNSA Régolithe lunaire Atterrisseur muni d'une pelle et d'une foreuse ~ 2 kg En développement
Martian Moons Exploration JAXA Sol de Phobos Atterrisseur > 10 g En développement
Mission de retour d'échantillons martiens NASA/ESA Sol martien, carottes de diverses roches Carottages opérés par l'astromobile Perseverance En développement

Missions étudiéesModifier

Date de lancement Mission Agence spatiale Type échantillon Mode de prélèvement Échantillon ramené (objectif) Date de retour sur Terre Statut
2022-2024 Zheng He CNSA Astéroïde (469219) Kamoʻoalewa Atterrisseur avec bras manipulateurs et foreuse > 200 g À l'étude
~ 2028 Luna 28 Roscosmos Régolite lunaire Atterrisseur kg À l'étude
Décennie 2020 HERACLES ESA Astromobile ~ 15 g (au moins 10 échantillons) À l'étude

Notes et référencesModifier

  1. (en) Allan H. Treiman et al., « Sample Return from the Earth’s Moon », Lunar and Planetary Institute,‎ , p. 1-8 (lire en ligne)

Voir aussiModifier

Articles connexesModifier

Liens externesModifier