Osiris-Rex prélève des échantillons sur l’astéroïde Bennu, retour sur un moment historique

À 320 millions de kilomètres, la sonde Osiris-Rex est venue toucher l’astéroïde Bennu avec une précision de moins d’un mètre. Elle n’est restée que six secondes, le temps de récupérer de la poussière et de petites roches. « Des moments historiques », pour un responsable de la mission.

Cela fait quatre ans que la sonde Osiris-Rex de la NASA – avec une collaboration française, notamment du CNRS – a décollé de Cap Canaveral en Floride. Un départ mouvementé puisque, une semaine auparavant, une fusée Falcon 9 explosait à quelques centaines de mètres de là. Un évènement heureusement sans incidence pour cette mission.

• Osiris-Rex : la mission qui veut rapporter un échantillon d'astéroïde sur Terre

Deux ans de préparatifs sur place…

C’est la troisième du programme New Frontiers de l’Agence spatiale américaine, après New Horizons et Juno. Son voyage a duré près de deux ans avant d’arriver à destination à proximité de l’astéroïde Bennu, qui mesure 525 mètres de diamètre. Pendant deux ans, Osiris-Rex l’a ensuite étudié sous toutes ses coutures.

Les scientifiques y ont découvert une grande diversité géologique des roches et du terrain. Cette période, longue et minutieuse, était indispensable pour que la sonde puisse effectuer un « touch-and-go » sur la surface pour récupérer un peu de régolithe et de petites roches à l’aide d’un bras télescopique.

Un exercice périlleux, réalisé a plus de 320 millions de kilomètres de la Terre, soldé par un succès.

…avec plusieurs surprises à la clé

Lors du lancement, les données disponibles sur Bennu (découvert en 1999) laissaient penser que sa « surface était lisse avec un régolithe composé de particules de quelques centimètres de large tout au plus », explique la NASA.

Mais une fois sur place, les photos d’Osiris-Rex ont dévoilé un monde bien différent. « Il était devenu évident que récupérer des échantillons sur Bennu serait beaucoup plus dangereux que ce que l'on pensait auparavant », car la surface est « principalement couverte de rochers massifs, pas de petites roches ». Une différence importante.

« Osiris-Rex a été conçu pour naviguer dans une zone de près de 1 700 mètres carrés sur Bennu, soit à peu près la taille d'un parking de 100 places. Maintenant, elle doit manœuvrer dans un périmètre de moins de 85 mètres carrés, une zone d’environ cinq places de stationnement ». Impossible d’apporter la moindre modification physique sur la sonde qui se trouve à des centaines de millions de kilomètres.

Durant les deux dernières années, « l’équipe des opérations a fait un travail formidable pour revoir entièrement la stratégie de descente à la surface et augmenter la précision à l’atterrissage de 50 m à 10 m » seulement, explique Patrick Michel, co-investigateur de cette mission OSIRIS-REx et directeur de recherche au CNRS.

À gauche : site d’atterrissage avec la sonde Osiris-Rex à l’échelle en surimpression.

Entre la théorie et la pratique, il y a un monde

Sa principale « source d’inquiétude est la proximité d’un gros rocher, baptisé Mont Doom, et surtout ce qui va se passer lors du contact avec la surface du cylindre utilisé pour la récolte. Tant que l’on n’a pas touché une surface, on ne sait pas comment elle va réagir du point de vue mécanique ».

En plus de ces surprises, il fallait jongler avec la gravité qui n’est pas du tout la même. Les imprévus pouvaient être nombreux et l’Agence spatiale européenne en précise certains : « surface trop molle ou trop dure, pierre mal placée qui casse une articulation de la sonde, mécanisme de récolte qui ne fonctionne pas comme prévu… ». 

Une fois le site identifié, il faut préparer la sonde qui doit réaliser ses manœuvres en autonomie car, à cette distance, la lumière met plus d’un quart d’heure à faire le voyage entre la sonde et la Terre, puis à nouveau autant dans l’autre sens. Récupérer des données et envoyer des commandes en fonction de celles-ci prend donc au moins 30 minutes. Le « touch-and-go », lui, ne dure que quelques secondes.

Voici une vidéo du principe de fonctionnement du mécanisme :

Une cible à 320 millions de km, une précision d’un mètre

Mais au final, c’est un succès sur toute la ligne puisque le bras robotisé est venu se poser à moins d’un mètre de sa cible. La confirmation est arrivée à la NASA à 00h08 dans la nuit du 20 au 21 octobre.

Les premières données indiquent que la tête du système Touch-And-Go Sample Acquisition Mechanism (TAGSAM) de 30 cm de large a « touché la surface de Bennu pendant environ 6 secondes », après quoi la sonde s’est rapidement éloignée provoquant un soulèvement de poussière au passage.

« La majorité des prélèvements d'échantillons se sont déroulés durant les trois premières secondes », ajoute la NASA. « Lors du contact, la tête TAGSAM semble écraser une partie des roches poreuses en dessous. Une seconde plus tard, le vaisseau vide une bouteille d’azote gazeux, mettant en mouvement une quantité considérable des matériaux sur le site ». 

Selon la télémétrie de l’Agence spatiale américaine, la sonde se déplaçait à 10 cm/s lors du contact, puis elle a reculé à 40 cm/s. D’après les données, Osiris-Rex est « en bonne santé ». Il est par contre encore trop tôt pour dire combien de grammes ont été récupérés, mais cela devrait venir dans quelques jours.

Patrick Michel ne boude pas son plaisir, comme le rapporte Futura Sciences : « De telles opérations ont un niveau de complexité, et donc de préparation, qui est difficile à véritablement exprimer. Ce sont donc des moments historiques et des succès qui démontrent que l'intelligence humaine et le travail d'équipe sont des atouts énormes, qu'il faut vraiment exploiter au maximum, car ils permettent de relever les plus gros défis ».

Une vidéo de cette opération a été mise en ligne par la NASA :

Bennu, un astéroïde sombre et très vieux

Pourquoi les scientifiques s’intéressent-ils à Bennu ? Car c’est un astéroïde carboné très sombre, qui ne renvoie que 4 % de la lumière du Soleil (65 % pour Vénus, la planète la plus lumineuse, 30 % pour la Terre).

Il « n'a pas subi de changement radical de composition, ce qui signifie que sur et en dessous de sa surface plus profonde que le noir, se trouvent des produits chimiques et des roches de la naissance du système solaire ». Mais surtout il est (très) vieux puisqu'il se serait formé durant les 10 premiers millions d’années de notre Système solaire.

Ce dernier a pour rappel 4,5 milliards d’années. L’astéroïde provient probablement de la ceinture située entre Mars et Jupiter. Il s’agit d’ailleurs d’un géocroiseur de la famille Apollo, signifiant que son orbite croise celle de la Terre.

• Un détour par la ceinture d'astéroïdes et les lacunes de Kirkwood

De nombreuses publications en ligne avant le « touch-and-go »

Les scientifiques n’attendent évidemment pas de récupérer les échantillons pour avancer dans leurs recherches. Il y a deux semaines, ils ont ainsi publié une collection de six articles publiés dans Science et Science Advances.

Ils « présentent de nouvelles découvertes sur le matériau de surface de Bennu, sur ses caractéristiques géologiques et sur son histoire dynamique », comme le rapporte le laboratoire Lagrange (unité mixte du CNRS, de l’Observatoire et de l’université de la côte d’Azur). Les premiers résultats sont encourageants et « font aussi suspecter que les échantillons qui seront récoltés seront très différents des météorites que nous avons déjà sur Terre ».

Il faudra attendre le retour de la sonde avant de pouvoir commencer à les analyser, ce qui n’est pas pour tout de suite. La sonde Osiris-Rex ne devrait quitter Bennu qu’en 2021 pour un retour sur Terre en septembre 2023. D'ici là, la sonde japonaise Hayabusa 2 (en collaboration avec la France) larguera une capsule avec des échantillons récupérés sur l’astéroïde Ryugu. Les deux missions sont complémentaires et les résultats intéressants à comparer.