L’Amérique rêve d’Europe

Tandis que certains farfelus rêvent de coloniser la planète Mars, la Nasa réclame au Congrès américain une enveloppe de 30 millions de dollars afin d’envoyer un robot vers Europe, le satellite glacé de la planète Jupiter. En 2013, l’agence spatiale américaine délivrait un rapport scientifique sur une possible future mission spatiale en direction de la Lune Jovienne. Entre défis techniques et contraintes budgétaires, le chemin s’apparente à un véritable parcours du combattant. Mais la cible fait rêver tous les exobiologistes. En ligne de mire : découvrir si la vie est apparue sur le satellite.

A imaginer Europe, tel que le décrivent les scientifiques, difficile de ne pas se représenter un monde aquatique peuplé de poissons et autres mollusques enfouis sous des dizaines de kilomètres de glace. Pas étonnant que la Nasa, toujours prompte à réveiller l’imaginaire collectif, se demande comment aller explorer les mondes inconnus du satellite de Jupiter. Son projet d’atterrisseur, dont la revue Astrobiology publie le détail(1), signifie-t-elle que l’agence spatiale américaine est déjà sur les starting-blocks ? Pas si sûr. Visiter Europe suppose d’abord de relever de sérieux défis tant techniques que budgétaires.

Pour autant, « du fait de son fort potentiel d’y trouver de la vie, l’exploration d’Europe a été définie comme une haute priorité par le Conseil national de la recherche des Etats-Unis », rappelle Robert Pappalardo, planétologue au Jet Propulsion Laboratory (JPL) et auteur principal du rapport sur la faisabilité d’un atterrisseur sur le satellite jovien. « Juste derrière une mission de retour d’un échantillon martien », précise J. D. Harrington, chargé des relations publiques de la Nasa.

Il faut dire que les données recueillies par plusieurs sondes depuis une quinzaine d’années ont permis de hisser Europe au premier rang des cibles propices à l’exobiologie. Parmi elles, les découvertes réalisées par Galileo, lancée à la fin des années 90 vers Jupiter. En survolant une douzaine de fois Europe, la sonde américaine a détecté très tôt un champ magnétique indiquant la présence d’un liquide conducteur à faible profondeur, dissimulé sous une couche glacée de plusieurs kilomètres d’épaisseur. Combiné à d’autres analyses de surface, tous les indices concordent : de l’eau liquide persiste à l’intérieur du satellite jovien… et en quantité deux fois plus grande que sur Terre ! Il n’en faut pas plus pour que les exobiologistes voient Europe comme un immense terrain de jeu. « L’eau liquide est le meilleur solvant que l’on connaisse qui permet de multiples réactions chimiques, explique Hervé Cottin, astrochimiste au Lisa(2). Ajoutez à cela de la matière organique, et vous avez les deux ingrédients nécessaires à l’apparition de la vie. »

Sur Terre, l’apparition de ces précieux composés à base de carbone, considérés comme les briques primitives de la vie, est une question centrale. La matière organique a pu trouver son origine dans l’atmosphère. Problème : Europe n’en a pas. Ces composés sont également déposés par des météorites. Sur Europe, privée d’atmosphère, de telles météorites ne sont pas ralenties et atteignent la surface à vitesse maximale : il y a de grandes probabilités que les molécules organiques soient pulvérisées par la violence de l’impact. Reste la dernière option : la synthèse au fond des océans. Sur Terre, le mouvement des plaques tectoniques sont responsables d’un volcanisme sous-marins à proximité des dorsales océaniques caractérisé par des « fumeurs noirs », sortes de cheminées desquels une partie de la chaleur interne de la Terre est évacuée. Les scientifiques y ont découvert un écosystème fait d’organismes extrêmophiles, capables de se développer dans le froid sans la moindre lumière. Or, la configuration d’Europe n’est pas si différente : son eau liquide est en contact avec un manteau rocheux de Silicate, dont l’interaction permet d’extraire des minéraux servant de source d’énergie. Surtout, sa rotation interne chaotique couplée à la puissance gravitationnelle de Jupiter produisent d’importants effets de marrée. « De telles marrées permettent à l’océan de rester liquide durablement et l’amènent à une température suffisante pour engendrer des fumeurs noirs, nécessaires à la synthèse de matière organique », estime Hervé Cottin.

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De l’eau, des minéraux… La vie ?

De l’eau liquide, des minéraux issus de son contact avec un manteau rocheux, de la matière organique : tous les éléments sont réunis pour faire d’Europe un habitat douillet pour des bactéries venant nourrir crevettes, méduses et autres organismes. Sur Terre, la vie serait apparue en moins d’un milliard d’années. Or, les chercheurs ont toutes les raison de croire qu’une telle « soupe organique » mijote sous la surface glacée d’Europe depuis environ 4.5 milliards d’années…

Sommes-nous pour autant prêts à partir à la pêche à la crevette extraterrestre ? Pas tout de suite, tant les obstacles à surmonter sont nombreux. L’éloignement d’Europe, tout d’abord. Une sonde prendra un temps fou pour l’atteindre et sera rapidement privée d’énergie solaire dans ces régions reculées du Système Solaire. Par ailleurs, « plongée dans le puits gravitationnel de Jupiter, il serait difficile de faire varier la vitesse de la sonde pour l’insérer dans l’orbite d’Europe ou la poser sur sa surface », souligne Fran Bagenal, professeur d’astrophysique et des sciences planétaires de l’Université du Colorado, qui a participé à l’étude d’un atterrisseur. Et si par bonheur une sonde parvenait aux abords du satellite, où se poserait-elle ?« Notre connaissance actuelle de la surface d’Europe est loin d’être suffisante pour songer à y atterrir, prévient Fran Bagenal. La quantité d’informations à obtenir en amont, tant sur la topologie du satellite que son potentiel scientifique, est énorme ! »

Car l’ensemble des conclusions concernant Europe provient de données indirectes, aucune sonde n’ayant détecté les ingrédients nécessaires à la vie sans ambigüité : ni l’océan sous la glace, ni la présence de molécules organiques. C’est pourquoi l’idée d’envoyer un orbiteur en éclaireur fait l’unanimité au sein de la communauté scientifique. L’engin pointerait une pléthore d’instruments vers le satellite jovien, afin d’en mesurer la composition à distance. Mais là encore, les scientifiques sont confrontés à ce qu’ils considèrent comme le plus grand obstacle lié à la conquête d’Europe : ses radiations extrêmes. Le champ magnétique de Jupiter est en effet si puissant qu’il piège les particules chargées lui parvenant, pour les accélérer à grandes vitesses, menaçant ainsi tout vaisseau spatial.

« Pour que l’électronique fonctionne dans cet environnement radiatif extrême, il faut utiliser un système de bouclier puissant, qui pèse lourd, ainsi que des composants hautement tolérants », précise J. D. Harrington. Et plus la sonde est lourde, plus elle nécessite un gros lanceur, plus elle coûte cher ! A cet inconvénient financier de taille, les chercheurs du JPL pensent avoir trouvé une parade en proposant une mission intermédiaire. Une sonde serait insérée dans une orbite sécurisée autour de Jupiter et effectuerait plusieurs survols rapprochés d’Europe.

La technique présente l’avantage que l’engin spatial ne plonge que brièvement dans la région hautement radiative d’Europe, pour y récolter un maximum de données et les envoyer sur Terre une fois revenu à une distance plus sûre. Dotée de caméras stéréo, la sonde immortaliserait un décor en 3D avec une résolution de 50 m par pixel. En zoomant sur la surface, l’engin serait même capable de prendre des clichés de 50 cm par pixel, une résolution suffisante pour distinguer les rochers et autres reliefs, indispensable pour définir les plans d’un futur atterrissage. Mais l’objectif premier consistera à prouver l’existence d’un océan en profondeur. Pour cela, les chercheurs envisagent un sondage radar à travers la glace. Avantage : la glace est transparente aux ondes radar, qui la traverseraient comme une lame dans du beurre pour rebondir sur la surface d’eau liquide. Le signal de retour rendrait compte de la distance parcourue à travers la croûte glacée, permettant de dresser une carte de l’océan et d’identifier les régions où la croûte est plus mince. En particulier, les scientifiques veulent s’assurer qu’il existe sur Europe des remontées d’eau liquide auprès de certaines zones où la croûte s’est fissurée suite aux intenses effets de marées, responsables de l’aspect veineux du satellite vu depuis l’espace.

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L’enjeu est de taille : c’est à proximité de ces fis­sures, portes ouvertes sur l’océan sans avoir à traverser des kilomètres de glace, que devrait se poser un futur atterrisseur. “Nous pourrions détecter des impuretés dans la glace provenant de ces remontées océaniques”, indique Fran Bagenal. Et, pourquoi pas, déceler des traces de sels et des composés organiques… Pourrait-on alors envisa­ger un sous-marin pour prospecter l’océan caché d’Europe ? “Nous préconisons d’envoyer d’abord un atterrisseur récolter des échantillons sous 1 à 10 cm de la surface afin d’analyser la glace non altérée par les radiations”, tempère Robert Pappalardo. À ce titre, le planétologue compte profiter des mou­vements rotationnels complexes d’Europe par rap­port à Jupiter pour faire atterrir le robot sur des zones relativement protégées des radiations.

Stérilisation indispensable

Mais tous les chercheurs n’attendent pas que l’ensemble des indicateurs d’habitabilité soit au vert pour imaginer les projets d’exploration les plus fous. Comme d’envoyer une torpille chauffée depuis un vaisseau sur orbite, afin de fondre sur son passage les dizaines de kilomètres de glace, puis libérer un sous-marin équipé d’instruments scien­tifiques, une idée suggérée par l’équipe de Leigh McCue, du Virginia Tech. “Il faut garder en tête que la croûte glacée fait envi­ron 20 km, rappelle Robert Pappalardo. Pénétrer une telle épaisseur n’est pas une tâche facile !” Un argument partagé par Fran Bagenal, pour qui il est par ailleurs “peu probable que l’on puisse nettoyer la torpille et le sous-marin de tous les microbes terrestres susceptibles de contaminer l’océan, rendant l’exercice inutile”. Cette ques­tion de la préservation des astres explorés, qui fait l’objet de débats au sujet de Mars, soulève une question centrale sur Europe. “Ces mesures de protection nécessitent de surcroît l’utilisation d’une électronique tolé­rante aux températures extrêmes, afin de stéri­liser intégralement la sonde spatiale”, souligne J. D. Harrington.

Finalement, l’argent semble être, plus que dans toute autre mission, l’acteur principal dans l’exploration du satellite de Jupiter, tant celle-ci nécessite une technologie coûteuse. “La grande question a toujours été de savoir comment rendre une mission sur Europe financièrement abordable, explique Fran Bagenal. Aujourd’hui, nous avons quelque chose de raisonnable avec la mission de survol, estimée à 2 milliards de dollars [soit 1,5 Md€] hors frais de lancement, soit la moitié du coût de la sonde Cassini.” (3) En revanche, une mission avec un atterrisseur tel que celui proposé par Robert Pappalardo coûte­rait plus du double, soit “la mission d’exploration planétaire la plus chère jamais proposée”, selon J. D. Harrington. On comprend mieux pourquoi aucune mission vers Europe n’a été prévue au budget. La Nasa ferait-elle perdre leur temps aux scientifiques affairés à imaginer les plans d’un futur atterris­seur ? “Ce n’est pas la première fois que nous discutons la faisabilité d’une telle mission, répond Chris McKay, exobiologiste à la Nasa et rédacteur en chef d’Astrobiology. L’idée est de créer un débat pour susciter un soutien de l’opinion publique, qui peut servir à définir les priorités de la Nasa, surtout si le Congrès entre dans la discussion.” Un avis partagé par Robert Pappalardo, qui attend un soutien ferme du Congrès susceptible de réo­rienter les objectifs de la Nasa. Si tout va bien, le scientifique imagine le lancement de la mission de survol dès novembre 2021. Quant à l’atterrisseur, Chris McKay résume bien ses chances de voir le jour : “Jamais, si vous êtes pessimiste ; dans quinze ans, si vous êtes un optimiste.”

(1) http://online.liebertpub.com/doi/abs/10.1089/ast.2013.1003

(2) Laboratoire interuniversitaire des systèmes atmosphériques.

(3) Qui explore actuellement le monde de Saturne.

Raphaël Chevrier.

Cet article a été publié dans le magazine de l’astronomie Ciel & Espace.

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