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  • Judith Biernaux

Dragonfly, le drone de l'espace

Mis à jour : 30 août 2019


La NASA a récemment annoncé sa prochaine mission dans le cadre de son programme New Frontiers, dont le but est de repousser les frontières de l’exploration spatiale. La destination : Titan, un satellite de Saturne. Le vaisseau : un drone de 450 kg. L’objectif : comprendre les origines de la vie.


Vue d'artiste de Dragonfly qui atterrit et re-décolle de Titan. Image : Johns Hopkins APL.

Décollage prévu pour 2026, arrivée prévue en 2034 : la mission Dragonfly, (libellule en français) a pour ambition d’envoyer un drone sur Titan, l’un des satellites de Saturnes les plus intéressants. Ce dernier, à peine plus gros que la planète Mercure, présente de nombreuses similarités avec notre planète bleue. Sa surface montre par exemple des dunes et des lacs. On y trouve une atmosphère, bien qu’elle soit beaucoup plus épaisse que la nôtre, mais surtout, Titan présente une activité chimique basée sur le carbone.


Titan et la Terre prébiotique

Illustration de Saturne et Titan. Image : NASA/AFP

Cette chimie du carbone fait de Titan un possible reflet de la Terre primitive. En effet, son atmosphère contient en majorité de l’azote, comme la nôtre, mais nettement moins d’oxygène : ces ingrédients sont proches de ceux que l’on attribue à l’atmosphère terrestre avant que la vie n’y apparaisse. On peut même y observer des nuages et des pluies de méthane, soit un cycle du méthane semblable au cycle de l’eau sur Terre. Les molécules chimiques à base de carbone et d’azote sont parmi les briques élémentaires des organismes vivants. Titan constituerait donc un laboratoire grandeur nature de chimie prébiotique, c’est-à-dire de la situation chimique sur Terre précédent l’apparition des premiers organismes vivants. Une occasion en or d’enfin comprendre les processus à l’origine de la vie.


Le mécanisme d’apparition de la vie sur Terre demeure plutôt mystérieux. Les recherches depuis le début du vingtième siècle s’accordent sur le fait qu’à partir de petites molécules comme l’eau, le méthane et l’ammoniac, ont pu se former d’autres molécules cruciales dans la formation de cellules vivantes : des lipides, des protéines, ou les briques de l’ADN par exemple. Cependant, le passage de molécules organiques à cellules vivantes reste encore une inconnue de l’histoire. Les conditions prébiotiques sont difficiles à reproduire en laboratoire. Un biologiste et un chimiste américains, messieurs Miller et Urey, ont mis au point en 1953 une expérience qui allait devenir célèbre dans le domaine. L'expérience de Miller-Urey consiste à reproduire au mieux en laboratoire ce qu'on appelle la "soupe primitive", soit un mélange de molécules chimiques et de conditions atmosphériques qui aurait été le théâtre de l'apparition de la vie : une atmosphère riche en azote et en carbone, des électrodes pour reproduire les orages, de la chaleur et une source de refroidissement. Leur hypothèse est que les conditions physico-chimiques de la jeune planète Terre auraient rendu possible des processus chimiques de fabrication de molécules qu'on appelle organiques, c'est-à-dire les briques moléculaires des cellules vivantes : acides aminés, protéines, lipides, acides nucléiques...


Schéma de l'expérience de Miller et Urey. Image Wikipédia/Commons

Miller et Urey on bel et bien observé la formation de molécule organiques sur base de composés inorganiques : une fraction significative du carbone présent dans leur "simili-soupe primitive" a formé au terme de l'expérience des molécules que l'on retrouve dans l'ADN et les cellules vivantes. Mais il ne suffit pas de disposer des ingrédients d'un gâteau, il faut encore le convertir en pâtisserie. Dans le cas d'un gâteau, il s'agit de mélanger, battre, cuire... Mais dans le cas d'un organisme vivant, le ou les procédés qui permettent de passer d'ingrédients de base à cellule vivante sont encore flous, même à l'heure actuelle.


L’apparition de la vie n’a jamais pu être observée telle quelle au sein d’une expérience. L’observer ailleurs que sur Terre constituerait donc une source inestimable d’informations sur nos propres origines, d'où l'intérêt de cette nouvelle science qu'on appelle l'exobiologie, soit la recherche et l'étude de la vie, même microbienne, ailleurs dans l'univers que sur Terre.


Le premier drone spatial


Si le voyage vers Titan se fera bien sûr en fusée, une fois atterri, Dragonfly pourra explorer différents sites du satellite naturel de Saturne. Jusqu’alors, les vaisseaux atterrisseurs sont essentiellement des rovers, soit des engins qui se déplacent à l’aide de roues. Pour la première fois, il s’agira d’un engin capable de voler. Lourd de 450 kg, Dragonfly sera un quadricoptère, ou plus précisément un « octocoptère », puisque chaque rotor sera doublé pour plus de sécurité en cas de panne. Grâce à ces moteurs, Dragonfly pourra atteindre la vitesse de 40 km/h, en tirant profit de l’épaisse atmosphère de Titan et de sa faible gravité, environ sept fois moindre que celle que nous ressentons sur Terre. Au cours de sa mission de trois ans, il pourra couvrir environ 175 km, ce qui représente plus de distance que tous les rovers martiens combinés ont pu en couvrir à ce jour. L’intérêt de pouvoir se déplacer sur Titan est d’analyser différentes zones de sa surface, de compositions chimiques potentiellement différentes.


En 2004, une sonde spatiale européenne arrivait déjà dans le voisinage de Saturne : la sonde Cassini et son module atterrisseur Huygens allaient débroussailler le terrain. Huygens se sépare alors de Cassini et entame une descente vers la surface de Titan, pendant laquelle il prend de nombreuses photos aériennes et mesure la composition de son atmosphère. Cette mission est terminée depuis 2017 et a marqué l'histoire de l'exploration spatiale, comme le montre cette vidéo. À l’aide de ces premières données, une stratégie d’exploration peut déjà être ébauchée pour Dragonfly, mais elle pourra être adaptée avec des prises de vues aériennes par le drone lui-même, afin d’identifier les meilleurs sites d’atterrissage. Un bon site présente une surface peu risquée, mais une composition chimique inédite et un intérêt scientifique par sa localisation. Les actions du drone seront commandées depuis une équipe au sol, qui prendra les décisions en termes d’exploration et de prises d’échantillon de sol.


En effet, Dragonfly sera équipé de quatre instruments scientifiques pour collecter un maximum d’informations sur les différents sites explorés : une caméra, deux spectromètres de masse et toute une suite de capteurs météorologiques. Ceux-ci permettront d’analyser l’atmosphère en mesurant sa pression, sa température, sa composition chimique, l’intensité des vents… ainsi que l’activité sismique du sol. L'intérêt d'étudier les tremblements de Titan est que la manière dont les ondes sismiques se propagent peut révéler des informations sur l'épaisseur et la composition de sa croûte, en particulier de la couche de glace qui entoure potentiellement son océan sous-terrain. En effet, d'après des observations de Cassini, l'intérieur de Titan s'organiserait en un noyau rocheux entouré de couches de glace. Si la température à l'intérieur du satellite est suffisante, l'une de ces couches est peut-être à l'état liquide. C'est cet océan interne qui pourrait être un environnement propice à l'éclosion de la vie.


Les spectromètres de masse, eux, ont pour fonction d’étudier le sol de Titan, et plus particulièrement ses ingrédients chimiques, à la recherche de composés organiques. L’un d’entre eux sera équipé d’une foreuse pour prélever des échantillons de sol, l’autre mènera ses analyses à distance en bombardant le sol de particules énergétiques et en observant sa réaction.


Vue d'artiste de Dragonfly et de ses instruments scientifiques en plein travail sur la surface de Titan. Image : Johns Hopkins APL

Comment alimenter les batteries de toute cette panoplie technologique, et des moteurs des hélices ? Impossible d’utiliser des panneaux solaires : la grande distance entre Titan et notre Soleil combiné à l’opacité de son atmosphère atténuent fortement la quantité d’énergie solaire reçue. Un autre moyen devra être déployé : utiliser de l’énergie nucléaire. Un générateur électrique nucléaire produit de l’électricité sur base de la dégradation d’un élément radioactif. Ces éléments, comme l’uranium et le plutonium, produisent des particules énergétiques, et l’énergie de ces particules est exploitée dans ces batteries. Ce n’est pas tout à fait le même mécanisme qu’une centrale nucléaire sur Terre, mais il a besoin d’embarquer un peu de matériel radioactif.


Retour vers le passé

Prouesse technologique futuriste, la mission Dragonfly permettra peut-être d’élucider l’un des plus grands mystères de la science à l’heure actuelle : comment la vie sur terre est-elle apparue ? Quelles conditions doivent-être réunies au niveau chimique, physique, pour que la vie apparaisse sur un astre ? Comprendre les procédés d’apparition de la vie sur Terre permettrait non seulement d’explorer nos origines lointaines, mais peut-être de les détecter ailleurs dans l’univers… bientôt une rencontre du troisième type ?



Sources

Communiqué Nature sur Dragonfly

Communiqué NASA sur Dragonfly

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