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Catégorie : Rencontres de la Pensée Critique
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Jean-Louis Heudier 

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De Giotto à Rosetta 

L'extraordinaire aventure spatiale des comètes 

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Rencontre de la Pensée Critique du 18 juin 2015 

L’aventure que veut nous conter Jean-Louis Heudier commence au XIVè siècle, quand Giotto di Bondone (1267-1337), très grand peintre, se voit confier un travail par le Pape : illustrer la chrétienté. Et là, chance incroyable, à la fin de l'année 1301, alors qu’il est à Florence, deux comètes spectaculaires passent, une en septembre, l’autre en décembre. À cette époque là, on ne sait pas trop ce que c'est que les comètes. On en a peur. Aujourd'hui encore d'ailleurs. Giotto regarde ces comètes avec son œil de peintre et il va avoir une idée géniale : utiliser ces extraordinaires apparitions dans les fresques qui lui ont été commandées par le Pape : en 1305, quatre ans plus tard donc, il va placer une comète sur une nativité. Et c'est ainsi que, pour la première fois, une comète est représentée telle qu'elle est, d'une manière objective ! On a une sorte de photographie ! L'étoile des mages, c'est quelque chose dont personne n'avait entendu parler ; il n'y a qu'un seul des évangiles qui en parle. L'aventure de la représentation des comètes venait de commencer. 

Deux siècles plus tard, en 1531, Peter Apian (1495-1552), à Ingolstadt, en Bavière, observe une autre belle comète. Comme Giotto, il la représente, mais sans le talent de peintre de ce dernier. Par contre, il fait preuve d'un talent d'astronome énorme puisqu'il va représenter la comète dans différentes positions dans le ciel, pendant plusieurs jours, ce qui va permettre de calculer sa trajectoire. Et là, il fait une découverte extraordinaire : il y a un lien entre le soleil et la comète ; la queue de celle-ci est toujours opposée au soleil. 

Il faudra attendre Tycho Brahe (1546-1601) pour qu'il se passe quelque chose sur les comètes. En 1577, observant une comète, et tentant de mesurer la distance à laquelle elle se trouve, il découvre qu’elle est plus loin que la lune. La comète n'est donc pas un phénomène qui se passe chez nous, ça se passe très loin. Et Tycho Brahe d’inventer une théorie qui place la terre au centre, la lune et le soleil tournant autour d'elle, tandis que les cinq planètes et la comète tournent autour du soleil. C'est la première fois qu'on fait tourner une comète autour du soleil. À vrai dire, Giordano Bruno (1548-1600), en 1584, avait déjà eu cette idée. Il disait qu'une comète est une espèce d'astre qui, s'approchant ou s'éloignant du soleil par son mouvement propre, semble d'abord croître comme s'il s'enflammait puis décroître comme s'il s'éteignait, et ne se meut pas autour de la terre. Lui, on l'a brûlé... 

Retenons de tout cela que les comètes deviennent des astres. 

Au début du XVIIIè siècle, Kepler (1571-1630) va un peu plus loin que les autres en tentant de déterminer la trajectoire de la comète. Il y en a une qui passe en 1604 et 1607, mais ses mesures le laissent perplexe, et les choses en restent là. Quelques dizaines d'années plus tard, en 1664, Cassini (1625-1712) invente une nouvelle théorie, qui ne fait pas encore tourner les comètes autour du soleil, mais qui propose des orbites, de sorte qu'on commence à entrer dans l'espace. 

Et puis, en 1680, extraordinaire accident : une très grande comète, très spectaculaire, est vue de toute l'Europe pendant plusieurs mois. Tout le monde regarde ça. Louis XIV est inquiet car une théorie prétendait qu’une comète représentait l'âme d’un grand homme qui quittait la terre ; mais Cassini lui explique qu'il ne faut pas qui s’inquiéter... Les savants essaient de comprendre comment ça marche. Un mathématicien, Jacques Bernoulli (1654-1705), va tenter de construire la trajectoire de la comète dans l'espace. Il rédige un mémoire dans lequel il dit que la super comète va revenir et taper la terre en 1719, le 27 mai. On commence à imaginer que les comètes peuvent percuter la terre. 

Fin 1680, une comète fait de nouveau peur à Louis XIV, puis une autre encore en 1681-1682. Cassini le rassure, bien entendu. Un certain Edmond Halley (1656-1742) observe cette comète et, s'appuyant sur les travaux de Newton et sa superbe théorie de la gravitation, il se lance, à son tour, dans des calculs. Pour Newton, la comète de 1680 et celle de 1681 sont une seule et même comète. Si on ne l'a pas vue pendant quelques jours, dit-il, c'est parce qu'elle est passée derrière le soleil. Halley prend les 24 observations de comètes faites depuis le XIVè siècle, qui sont de bonne qualité, et calcule toutes les paraboles. Il s'aperçoit qu'il y a trois paraboles identiques. Pour lui, qui est un statisticien (il a été ministre du budget, il a inventé l'assurance-vie), cela ne peut pas être le fait du hasard. Il en déduit que la trajectoire  des comètes n'est pas une parabole, mais une ellipse : la trajectoire se referme. Les comètes tournent autour du soleil sur une ellipse. Et il dit : la comète de Apian en 1531, celle de Kepler en 1607 et la mienne en 1682 sont une seule et même comète, qui va revenir en 1758. Mais l'hypothèse de Halley pose juste un problème : la comète s'éloigne du soleil quatre fois plus loin que la dernière planète connue, c'est-à-dire Saturne... Il se trouve qu’on vient de mesurer la distance de la terre au soleil, et elle est énorme. Or, la comète va quatre fois plus loin... Cela paraît complètement impossible... Newton et Halley concluent qu'on n'est pas vraiment en mesure de prévoir la trajectoire des comètes parce que nos moyens de calculs ne le permettent pas encore. Il leur manque, effectivement, un outil, qui est en train de s'élaborer, c'est le calcul infinitésimal. Newton y travaille, d'autres savants vont le mettre au point.  Et quand le temps de la comète va arriver, en 1758, l'outil mathématique est au point. Deux français, Alexis Clairaut (1713-1765) et Jérôme Lalande (1732-1807), aidés de manière décisive par une très grande calculatrice, Nicole-Reine Hortense Lepaute (1723-1788), utilisent les moyens de calcul nouveaux pour prévoir le retour de la comète de Mr Halley. Et la comète est retrouvée par Johann Georg Palitzsch (1723-1788) le 24 décembre 1758 (jour de l’anniversaire de Newton). On sait maintenant que ces comètes tournent autour du soleil sur des trajectoires fermées et extrêmement allongées. 

Au début du XIXème siècle, Francois Arago (1786-1853), grâce aux progrès de la physique, qui permettent de comprendre comment la lumière se déplace et se diffuse, démontre que dans les têtes de comètes il y a de la poussière, qu'elles sont des masses poussiéreuses. Les grands progrès de la physique du XIXème siècle vont bientôt nous permettre de déterminer la composition chimique des objets lumineux, et on découvre que dans les queues de comètes, outre l'eau, il y a du cyanogène, c'est-à-dire des gaz dangereux. 

En septembre 1909, Maximilian Wolf (1863-1932) retrouve la comète de Halley par la photographie. Elle est très loin du soleil, non visible à l'œil nu, et on peut calculer sa trajectoire avec une très grande précision. C'est alors qu'il découvre quelque chose d'affreux : le 18 mai 1910, la terre va traverser la queue de la comète ! Prédiction qui, on peut l’imaginer, suscitera un fructueux commerce de masques à gaz « spécial comète »... 

 

Mais la fin du monde n'aura pas lieu, et on va détecter cette comète désormais familière, vers 1986, grâce à des détecteurs électroniques, très très loin, tellement loin qu'il est possible de déterminer sa trajectoire avec une très grande précision et d'imaginer un rendez-vous spatial, non pas sous la forme de la traversée de la queue de la comète par la terre, mais grâce à un engin spatial envoyé de la terre vers la comète. L'ère spatiale proprement dite - avec ses rendez-vous spatiaux - commence donc, il y a tout juste trente ans de cela. 

Le premier rendez-vous spatial avec une comète a lieu, grâce à la sonde « International Cometary Explorer » (ex-International Sun-Earth Explorer 3), le 11 septembre 1985, avec la comète Giacobini, découverte à Nice, le 20 décembre 1900, par Michel Giacobini, et à Bamberg (Allemagne), le 23 octobre 1913, par Ernst Zinner. L'engin traverse la queue de la comète à 7800 km. La même sonde réalise le deuxième rendez-vous spatial, avec la comète de Halley cette fois-ci, en mars 1986, en traversant la queue de la comète à 28 millions de km. 

La grande cible du début de l'ère spatiale est la comète de Halley parce qu'on la connaît depuis longtemps, sa trajectoire est bien connue, et elle a permis de faire évoluer considérablement la connaissance des comètes. Deux sondes destinées à l'étude de Vénus - Vega1 et Vega2 - la survolent « chemin faisant », si on peut s'exprimer ainsi, le 6 mars 1986 (Vega1) et le 9 mars (Vega2) à 10000 km. Deux autres sondes, japonaises celles-là, la survolent à 7 millions de km le 1er mars 1986 (Sagigake) et à 151000 km le 13 mars 1986. Enfin, il y a la sonde européenne Giotto. 

photo 1 Heudier

 

Lancé le 2 juillet 1985 spécialement pour l'étude de la comète de Halley, cet engin, qui bénéficie des observations des sondes précédentes, survole Halley le 13 mai 1986 à 600 km seulement, juste devant le noyau. Giotto filme Halley pendant son approche. Imaginez, dit Jean-Louis Heudier tout en nous présentant le film, que vous êtes à Montpellier et que vous photographiez Paris en vous déplaçant à 70 km/s... Pour la première fois, -bien qu'à un moment donné le film s'interrompe brutalement parce que l'objectif de la caméra a été obstrué par une poussière, -on a obtenu une photographie précise d'un noyau de comète On peut constater que c'est beaucoup plus grand que prévu, et qu'il n'y a que deux régions actives, le reste étant, pense-t-on alors, une boule de poussière gelée. Résultat extrêmement intéressant donc : ce qui sort de la comète est analysé avec précision, les poussières sont toutes petites, et il y a des matériaux organiques qui sortent de la comète. Cette mission accomplie, Giotto a été mis en hibernation. Il sera réactivé plus tard pour aller voir une autre comète, 26P/Grigg-Skjellerup, le 10 juillet 1992 (à 200 km). 

 

Autres cibles des engins spatiaux : 

  • 19P/Borrelly, découverte à Marseille par Alphonse Borrelly le 28 décembre 1904. Deep Space 1 la survole le 22 septembre 2001 à 3417 km. 

  • 81P/Wild, découverte à Zimmerwald par Paul Wild le 6 janvier 1978. Stardust la survole le 2 janvier 2004. Cette expérience innove puisqu'on a affaire à une espèce de camion qui peut, en passant à proximité de la comète, récolter de la poussière, la récupérer et la ramener sur terre (15 janvier 2006). Premier prélèvement d'échantillon cométaire, donc, qui est d'ailleurs encore en cours d'exploitation tant ces choses là sont complexes. 

  • 103P/Hartley, découverte à Siding Spring par Malcom Hartley le 15 mars 1986. Pour cette cible, Deep Impact est lancé le 12 janvier 2005. Chemin faisant, il survole 9P/Tempel (découverte à Marseille par Wilhem Tempel le 3 avril 1867) le 4 juillet 2005, avant d'atteindre Hartley le 4 novembre 2010. Deep Impact lance une enclume sur la comète. Les effets de la collision sont  observés depuis la sonde spatiale et depuis la terre. Il est possible, en particulier, de se faire une idée de la composition chimique du sol un petit peu plus en profondeur. Quelques mois plus tard, le 14 février 2011, une autre sonde revole près de la même comète pour regarder les restes du cratère provoqué par Deep Impact. Et là, grâce aux progrès des instruments réalisés entre-temps, on fait une découverte majeure : on trouve sur le sol de cette comète du C2H5NO2, c'est-à-dire de la glycine, c'est-à-dire encore un acide aminé. Autrement dit, la matière à partir de laquelle les ADN et ARN se fabriquent est présente sur les comètes, dans le milieu interplanétaire. Très grande découverte ! 

Si on se résume : il y a quelques années, une comète était pensée comme un noyau de quelques kilomètres, entouré d'une chevelure de poussière et d'eau (100000 km), d'un nuage d'hydrogène très grand (10 millions de km) et de deux queues, l'une de poussières (10 millions de km), l'autre de gaz (100 millions de km ou plus). C'est une grosse boule de neige très poussiéreuse. Quand elle est chauffée parce qu'elle s'est rapprochée du soleil, elle se met à fondre et à libérer les molécules qu'elle contient. Nos idées allaient donc entre conglomérat de glaces, agrégat de flocons, amoncellement de débris ou blocs réfractaires collés. Vraisemblablement, la réalité est un mélange de tout ça. On attendait donc beaucoup des rendez-vous actuels. 

 

Avant de parler de cela, quelques développements sur la formation des comètes. Et pour comprendre cela, il faut d'abord comprendre la formation des étoiles. Elles se forment dans d'immenses nuages composés d'hydrogène surtout, d'un peu d'hélium et de petites quantités de carbone et d'oxygène. Le jour où, dans un immense nuage de ce type, "plein de vide", où les atomes sont très éloignés les uns des autres, le jour donc où il y a un accident, où une étoile explose et déstabilise le nuage, des atomes d'hydrogène vont se précipiter les uns vers les autres pour former des petits grumeaux ; ainsi comprimé, l'hydrogène chauffe jusqu'à atteindre une température tout à fait énorme, de l'ordre de 15 millions de degrés, et il fond : c'est la réaction thermonucléaire ; l'étoile s'allume alors, l'hydrogène se transforme en hélium (cendre de l'hydrogène) et rayonne de l'énergie. Toutes les étoiles, tel notre soleil, fonctionnent ainsi. Mais – et voilà le point - ce processus comporte des restes ; certains se sont rassemblés pour faire des gros grumeaux, à proximité (relative) de l'étoile, ce sont les planètes ; d'autres sont restés des petits grumeaux et ont formé, juste après les planètes, la Ceinture de Kuiper ; d'autres enfin, éjectés très très loin de l'étoile, et au-delà de la Ceinture de Kuiper,  forment le Nuage de Oort. 

photo 2 Heudier

 

Le programme international Rosetta (hommage à la pierre de Rosette de Champollion), conçu pour étudier ces processus, devait aboutir, en principe, au survol de 46P/Wirtanen (découverte à Lick par Carl Wirtanen le 17 janvier 1948), mais il est bouleversé par un accident de tir survenu avec Ariane 5, qui entraîne un report du tir de plusieurs années et oblige les responsables du programme à changer de cible : ce sera 67P/Tchourioumov-Guérasimenko (découverte le 22 octobre 1969 par Klim Churyumov à Kiev sur une plaque prise par Svitlana Gerasimenko à Alma-Ata). Ariane 5 G+ lance Rosetta le 2 mars 2004. C'est parti pour une "croisière" de 10 ans. Après avoir survolé Steins le 5 septembre 2004 et Lutetia le 10 juillet 2010, la sonde est mise en sommeil jusqu'au 20 janvier 2014, jour où, “fidèle et ponctuelle”, elle se réveille. En mars, on a des images de la comète vue par Rosetta qui s'approche, mais on est encore à 5 millions de km. Mi-juillet 2014, les images sont plus précises : on se rend compte que la comète fait dans les 5 km, qu'elle est très mal formée (elle ressemble à un petit canard jaune de bain) et qu'elle tourne à toute allure sur elle-même en une douzaine d'heures. En outre, la comète est très sombre. Les responsables du vol comprennent qu'il ne sera pas facile du tout de se poser sur cette comète. Fin juillet, la comète dégaze déjà pas mal et on peut tout de suite mesurer les particules qui en sortent. La température est de -70°. Le sol est très poussiéreux, raison pour laquelle il absorbe tant la lumière. Le 1er août, le premier grain de poussière est analysé. Rosetta va tourner autour de la comète d'août à septembre pour essayer de la connaître le mieux possible. L'analyse de l'eau de Tchouri révèle qu'à la différence de certaines autres comètes, elle n'est pas la même que celle que nous avons sur terre, ce qui suggère que c'est un objet très ancien. 

photo3 heudier

Il faut ensuite déterminer l'endroit où sera posé le robot Philae : ce sera le site Agilkia. Les choses ne vont pas se passer au mieux car si la sonde se pose bien à l'endroit prévu, elle rebondit ! Elle rebondit trois fois, et arrive à un endroit où elle n'aurait pas du tout dû se trouver, très pentu et mal éclairé. Elle est mal arrimée, avec sans doute deux pieds sur trois dans le vide, mais – point positif - elle ne bouge plus. Et toutes les expériences prévues lors des 57 premières heures se déroulent très bien, sauf le carottage. Les résultats sont transmis à Rosetta puis à la terre. Après quoi, l'éclairage du soleil ne permettant plus de recharger ses batteries, elle est restée endormie pendant 7 mois. Pendant ce temps-là, Rosetta continuait de faire son travail d'analyse de la comète, y trouvant de l'eau et des composés organiques complexes. Le 14 février, elle passe très près d'elle, à 6 km. On commence à comprendre qu'il y a une très grande différence de température entre la partie jour et la partie nuit qui, eu égard au peu de consistance de la comète, provoque des fissures et des crevasses, si bien qu'une des choses que les scientifiques imaginent et redoutent c'est que la comète finisse par casser, en particulier à l'endroit où elle le moins large. 

Philae va se réveiller le 13 juin à 20:28 T.U. ! L'objectif, maintenant, est de faire le point sur les ressources énergétiques de Philae et de déterminer, en fonction de cela, les expériences réalisables. Ce qui serait vraiment bien, ce serait de parvenir à faire fonctionner le forage, ce qui permettrait de mieux connaître la composition du sol. Une tentative de pilotage de Philae sera donc sans doute menée dans les semaines qui viennent pour rendre possible ce forage. On en est là aujourd'hui : 200.000.000 km de la terre, 300.000.000 km du soleil et 7.000.000.000 km parcourus... 

 

Pour conclure, Jean-Louis Heudier cite ce propos d'Alain (1868-1951) du 22 octobre 1909 : « Il y a une dizaine de siècles, dès qu'une comète se montrait, la plupart des hommes étaient comme fous. Ils attendaient des prodiges effrayants, et l'écroulement de toutes choses ; en quoi ils ne se croyaient point fous, mais au contraire très raisonnables. Il faut convenir que pour eux, qui n'avaient d'autre image de l'ordre en ce monde que le mouvement régulier des astres, une comète était déjà une espèce d'écroulement. 

[...] 

Il fallait une stabilité et une continuité des institutions pour que le sens commun eût enfin une doctrine et que l'univers se montrât, à peu près, sans miracle. Considérez cette comète de Halley, et ce qu'il fallut d'observations concordantes et de calculs rapprochés des observations pour transformer ce prodige en chose réelle dans le monde. Il fallait à Halley, à Clairaut, à Pingré, à Pontécoulant, non seulement des méthodes de calcul longuement élaborées, mais encore le loisir, la sécurité, et le petit boulanger à leur porte tous les matins. C'est ainsi que tous, mes amis, chacun dans notre métier, nous travaillons à édifier cette sagesse commune qui trace enfin l'orbite des comètes et fait rentrer le miracle dans l'ordre. J'imagine un beau mythe, la Concorde chassant les Dieux ». 

 

Daniel Amédro 

(d'après mon enregistrement audio et la présentation visuelle de J.-L. Heudier) 

 

source des illustrations : Wikipédia