Francis Rocard du CNES

Le monde entier a suivi l’atterrissage historique de Philae sur la comète 67P le 12 novembre 2014 ; cet engouement exceptionnel montre à quel point la passion du public pour l’exploration spatiale est intacte et fait toujours rêver les générations.

Francis Rocard, Responsable du programme Rosetta au CNES, nous livre quelques éléments sur ce que les instruments embarqués à bord de Rosetta ont mesuré et quelques-uns des résultats déjà obtenus, sachant que les données collectées feront encore l’objet de plusieurs années d’analyses scientifiques.[1]

Sophie Videment : L’atterrissage de Philae sur la comète Churyumov-Gerasimenko en novembre 2014 a suscité un engouement exceptionnel de la part du public et des  médias ;  vous attendiez-vous à un tel succès ?

Francis Rocard : Cela a été un évènement tout à fait exceptionnel en effet ;  nous imaginions un moment fort qui susciterait l’intérêt du public mais cette curiosité a dépassé nos prévisions. Lorsque l’on se pose sur un corps planétaire, quel qu’il soit, cela correspond à la découverte d’un « nouveau monde », un nouveau paysage comme on le formulait pendant les siècles passés, et cela suscite une énorme curiosité.

SV: Pouvez-vous nous rappeler pourquoi le fait d’étudier une comète permet d’apprendre autant d’éléments sur notre système solaire et sur les origines de la vie ?

FR: Les comètes sont des corps très riches en eau - sous forme de glace d’eau- et très riches en matières organiques.

Le fait que les comètes soient riches en glaces diverses est la preuve que ces objets n’ont pas chauffé depuis leur formation il y a 4,6 milliards d’années, et que leur composition a été conservée intacte, comme « congelée ». Les rares moments où une comète passe près d’un corps chaud, le soleil, elle devient active et après quelques passages elle décline pour finir par s’éteindre. De même,  les petites comètes ne chauffent pas du tout « par elles-mêmes » comme cela peut être le cas pour les astéroïdes de grande taille dont l’intérieur a fondu et sont devenus sphériques. Nous savons donc que la matière agglomérée dans les comètes au moment de la formation du système solaire n’a pas évolué et que nous avons ainsi accès aux matériaux les plus primitifs de notre système solaire. 

Concernant les aspects liés à la vie, il n’y a évidemment pas de vie dans les comètes. Mais ce qui nous intéresse dans cette recherche est de trouver une piste concernant l’origine de l’eau de la Terre. En effet, les modèles scientifiques les plus récents suggèrent que l’eau a dû arriver sur Terre par un apport exogène ;  soit par un corps de type comète, soit par un corps de type astéroïde.  On distingue les deux types de corps par quelques grandes différences ; en particulier la quantité de glace et de carbone présente dans le corps, ainsi que par leurs orbites (très elliptiques pour les comètes, plus circulaires pour les astéroïdes).

C’est ainsi que l’instrument ROSINA (sur Rosetta) a mesuré le rapport Deutérium sur Hydrogène (D/H) de la molécule d’eau.  Pour les astéroïdes, on mesure le D / H dans les météorites - dont les corps parents sont les astéroïdes – et ces rapports D/H sont proches des valeurs terrestres. Quant aux comètes, la valeur D/H varie d’une comète à l’autre, mais elle est en général nettement supérieure à la valeur terrestre. Nous avons pensé initialement  que les comètes de la famille de Jupiter, dont fait partie Churyumov-Gerasimenko, avaient un rapport D/H voisin de celui de la Terre et que l’eau terrestre aurait donc pu provenir de ce type de comète. Or l’instrument Rosina a trouvé un rapport D/H très élevé, très éloigné de celui de la Terre. Cela prouve que l’eau de la Terre ne provient pas d’une comète du type de Churyumov-Gerasimenko.

Concernant le carbone, nous savons par ailleurs que, s’il n’y a pas de vie sur les comètes, on y trouve néanmoins du carbone solide sous une forme inconnue. Deux éléments nous intéressent dans le carbone. D’une part, et sur un plan de recherche fondamentale, nous cherchons à mesurer la composition chimique de ce carbone solide. Il se situe à la surface de la comète et dans les grains qui sont expulsés dans les jets. C’est la première fois que cette matière organique va être mesurée. Ensuite, nous nous intéressons à la chiralité de ce carbone pour rejoindre la problématique de l’origine du carbone terrestre. En effet, certaines molécules sont chirales (c’est à dire symétriques droite et gauche dans un miroir). Sur Terre, une majorité de molécules du vivant ont une chiralité gauche, alors que les molécules minérales sont non chirales (les réactions chimiques produisent des molécules autant orientées vers la droite que vers la gauche). Nous ne connaissons pas encore la raison de cette chiralité des molécules du vivant sur Terre.

Si nous mesurons des molécules organiques chirales dans la comète et en particulier si la chiralité gauche est favorisée par rapport à la chiralité droite, nous pourrons émettre l’hypothèse que cette chiralité provient d’un rayonnement ultraviolet polarisé existant dans le milieu interstellaire  et émis par certaines étoiles. En effet, des études ont montré que de tels rayonnements pouvaient favoriser la chiralité gauche. Nous aurions donc un argument permettant de penser que la chiralité gauche des molécules organiques terrestres pourrait provenir  d’un phénomène lié au rayonnement polarisé dans le milieu interstellaire. 

Les analyses du carbone sont effectuées par deux instruments :

  • L’instrument COSIMA de Rosetta, qui effectue la collecte et l’analyse des grains par spectrométrie de masse ; COSIMA a collecté plus de 3000 grains et a obtenu des spectres de ces grains, mais nous avons pour le moment encore peu de résultats sur ce point de l’analyse.
  • La foreuse de Philae ; si l’instrument a fonctionné, nous avons comme vous le savez, foré dans le vide et nous ne disposons donc pas de cette matière organique. Néanmoins, au moment du rebond, nous avons peut être récupéré des poussières qui ont été analysées lors des prélèvements du gaz cométaire. Nous disposons donc peut être de mesures de grains cométaires mais en très petite quantité que ces mesures nécessitent d’être bien analysées avant d’être publiées.

 

SV : Que pouvez-vous nous dire pour le moment des premiers résultats d‘analyse, des premiers constats ?

FR: Concernant Philae, l’essentiel des analyses n’est pas encore publié. Pour Rosetta, un premier lot d’articles vient d’être publié dans Science et Nature. Voici quelques-uns des éléments mesurés et découverts :

  • ROSINA, le spectromètre de Rosetta, a analysé les gaz composant la chevelure de la comète et a fourni une liste de molécules très abondantes présentes dans ces gaz, dont de nombreuses molécules odoriférantes aux parfums désagréables… Outre l’eau, qui compose l’essentiel de la comète, ces gaz sont composés de monoxyde et dioxyde de carbone, d’ammoniaque (parfum d’écurie), de méthane et de méthanol (parfum de solvant), de formaldéhyde (odeur âcre et piquante), de sulfure d’hydrogène (œuf pourri), de cyanure d’hydrogène (amande amère), de dioxyde de soufre (parfum vinaigré),…
  • Le radar CONSERT de Philae a bien fonctionné, il nous permettra de connaître la structure interne du noyau de la comète. Les mesures de CONSERT nous donneront des indications sur la formation des comètes. Si la structure de la comète est homogène, constituée d’un collage de grains régulier, cela nous indiquera qu’elle s’est constituée de façon calme et non chaotique. Au contraire, si elle est constituée de gros blocs empilés, cela démontrera une formation violente, issue de la collision de blocs importants.
  • La surface de la comète est composée d’une matière très dure, probablement de la glace, à la surface de laquelle s’accumulent des dépôts, d’une épaisseur de 15 à 20 cm. La comète étant active, elle émet des jets de gaz. Ces gaz s’échappent, forment la coma puis la queue. Ces gaz entrainent la poussière  plus lourde. Les plus gros grains retombent sur la comète et forment des dépôts. Ce dépôt se délite dans certaines zones, il forme des fractures par endroit, forme des blocs, certains blocs roulent. Les endroits où il n’y a pas de dépôt à la surface de la comète sont très certainement, ou ont été, des régions actives, l’activité des jets ayant expulsé les dépôts. Nous observons des dépressions sphériques qui font peut être suite à des explosions internes et locales de la comète, mais l’interprétation de ces explosions n’est pas encore définitive.
  • Une comète est un peu comme une cocotte-minute ou les glaces passent en phase vapeur créant localement une surpression interne. A travers les fractures le gaz s’échappe constituant les jets. Si la surpression de gaz ne s’échappe pas, cela peut produire une explosion plus ou moins localisée et qui est susceptible de briser la comète. Les comètes sont donc des corps fragiles.
  • ROMAP sur Philae, qui mesure le champ magnétique et est une sorte de boussole à 3 dimensions. ROMAP nous a d’ores et déjà appris deux faits importants. D’une part, il nous a permis de comprendre le parcours de Philae entre son contact avec la comète, son rebond d’un km et son immobilisation. D’autre part, la mesure du champ magnétique n’a relevé aucune magnétisation de la comète. Ce résultat est nouveau et intéressant et prouve que les phénomènes magnétiques ne sont pas intervenus dans la formation de la comète il y a 4,6 milliards d’années.
  • MUPUS PEN. Le pénétrateur de MUPUS a percé d’abord cette couche molle d’environ 15 cm mais il semble qu’il n’ait pas réussi à percer la couche « dure », probablement constituée de glace d’eau.
  • La température sous Philae, dans l’ombre, a été mesurée à – 165 °C. Cette température très basse nous préoccupe car elle peut endommager Philae et rendra plus difficile sa sortie d’hibernation.
  • COSIMA a collecté à bord de Rosetta jusqu’à 3000 grains éjectés par la comète. Des caméras nous ont permis de mesurer ces grains qui vont de 10 µm à 400 µm (= 0,4 mm). Ils se déposent à une vitesse très lente, de l’ordre de moins 1 m/s et sont très fragiles.
  • MIDAS est un microscope à force atomique qui produit des profils des grains ; il observe le 100ème de micromètre, et est donc très précis. Nous savons qu’il a des difficultés à réaliser des coupes sur les grains les plus gros, mais il est parvenu à effectuer un profil qui nous donne la morphologie des grains.
  • VIRTIS est un spectromètre à infrarouge qui a permis de prouver que le dépôt recouvrant la majorité du noyau est bien un matériau organique, constitué de liaisons C-H, qui absorbe à 3 µm de longueur d’ondes.
  • MIRO est quant à lui un spectromètre dans le submillimétrique, c'est-à-dire dans l’infrarouge très lointain. On a pu déterminer que le matériau organique à la surface, à l’échelle de 10/ 15 cm, est un matériau très isolant. Nous observons ainsi un gradient de température de l’ordre de 50°C sur une épaisseur de quelques centimètres. Cela peut expliquer pourquoi la glace est préservée. Dès que la glace n’est plus isolée derrière la couche de matériaux mais en contact avec les rayons du soleil, elle se sublime.

 

Photographie © CNES/PIRAUD Hervé, 2013

 

 

 

 

 

 

[1] NDLR : cet entretien a été effectué  le 12 janvier, soit avant que les résultats n’aient été publiés dans la revue Science du 23 janvier 2015.

 

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