Il y a quelques jours, nous avons annoncé la signature du contrat de développement et de construction de la sonde EnVision entre Thales Alenia Space (TAS) et l’Agence spatiale européenne (ESA). Cette mission, destinée à mieux comprendre Vénus, a pour objectif de percer les mystères de la planète et d’expliquer ses différences avec la Terre. EnVision pourrait ainsi transformer notre compréhension des processus qui rendent une planète habitable ou inhospitalière.

Afin de mieux comprendre cette mission, nous avons interviewé Paolo Musi, responsable de la mission EnVision chez Thales Alenia Space, et Anne Grete Straume-Lindner, membre de l’équipe scientifique d’EnVision pour l’Agence spatiale européenne. Ensemble, ils nous éclairent sur les avancées de cette nouvelle mission dédiée à l’exploration de Vénus, en les situant par rapport aux réalisations passées de la mission Venus Express (VEX) de l’ESA. Ils partagent également des informations sur les innovations techniques, les objectifs scientifiques ambitieux et les synergies prévues avec d’autres missions spatiales, tout en abordant les défis qui les attendent dans le cadre de cette entreprise audacieuse.

La parole à Paolo Musi, responsable de la mission EnVision pour Thales Alenia Space et Anne Grete Straume-Lindner, membre de l’équipe scientifique d’EnVision pour l’Agence spatiale européenne :

Futura : D’un point de vue scientifique, comment s’inscrit EnVision par rapport à Venus Express (VEX) ?

Paolo Musi : L’orbite de la mission EnVision est située plus près de Vénus que celle de Venus Express, ce qui lui permettra de réaliser des observations plus détaillées. De plus, la suite d’instruments embarqués à bord d’EnVision est considérablement plus avancée et complète. EnVision sera en mesure d’acquérir des données avec une précision accrue, notamment dans les domaines de l’atmosphère, de la surface et de la sous-surface jusqu’à une profondeur d’un kilomètre, ainsi que d’explorer le manteau et le noyau de la planète.

Anne Grete Straume-Lindner : La mission Venus Express se concentrait principalement sur l’étude de la chimie et de la dynamique de l’atmosphère de Vénus. Certains instruments VEX ont toutefois confirmé que la surface de Vénus pouvait être observée à l’aide d’observations spectrales et d’imagerie dans le proche infrarouge. Il s’agit d’un véritable défi en raison de la couche nuageuse de Vénus, qui n’est bien pénétrée que par des observations dans le domaine des micro-ondes, comme celles effectuées par les radars. En revanche, EnVision dispose d’un ensemble d’instruments beaucoup plus diversifié et performant. La mission pourra fournir des données sur l’intérieur de la planète, grâce à des mesures gravimétriques, explorer la sous-surface via un sondage radar, et réalisera des études approfondies de la surface avec de l’imagerie radar, du sondage et de l’altimétrie, ainsi que des cartographies détaillées dans le proche infrarouge. EnVision est également dotée d’instruments plus avancés pour analyser la troposphère, les nuages et la mésosphère de Vénus, jusqu’à une altitude de 100 kilomètres.

Paolo Musi : EnVision utilisera la technique d’aérofreinage pour atteindre son orbite scientifique. Cette méthode consiste à ralentir le vaisseau spatial en exploitant la traînée atmosphérique, permettant ainsi une diminution de sa vitesse sans consommer une quantité excessive de carburant. Bien que cette approche soit efficace, elle entraîne certains risques, notamment le stress thermique, des contraintes sur les charges structurelles et des interruptions potentielles de communications.

Vue d’artiste de la surface de Vénus et des éruptions volcaniques ayant lieu au niveau des coronae, qui feraient office de centre d’évacuation de la chaleur interne de la planète. © Nasa, JPL-Caltech, Peter Rubin

Futura : À l’inverse, la mission Venus Express (VEX) a atteint son orbite scientifique grâce à des manœuvres de correction…

Paolo Musi : Effectivement. Cette différence illustre les choix techniques variés adoptés par chaque mission pour naviguer avec succès dans l’environnement complexe de Vénus.

Anne Grete Straume-Lindner : Je rappelle que l’aérofreinage a également été mis en œuvre à la fin de la mission Venus Express, ce qui a permis de recueillir des données précieuses sur la haute atmosphère de Vénus et sa variabilité. Ces informations servent désormais à planifier et à optimiser la phase d’aérofreinage de la mission EnVision. De plus, l’Agence spatiale européenne (ESA) a également expérimenté l’aérofreinage lors de la mission ExoMars, Trace Gas Orbiter (TGO), sur Mars. Ces expériences ont permis au Centre des opérations de vol de l’ESA, à Darmstadt, d’acquérir une expertise de pointe dans le domaine de l’aérofreinage, renforçant ainsi leurs capacités pour des missions futures.

Futura : Quelles sont les continuités des mesures prises par Venus Express (VEX) ? Les avancées scientifiques qu’elle a permises ont-elles servi de fondement aux équipes d’EnVision et de l’ESA lors de la sélection de la charge utile de cette nouvelle mission ?

Anne Grete Straume-Lindner : EnVision continuera de mener des mesures atmosphériques entre la surface et jusqu’à environ 100 kilomètres, en mettant particulièrement l’accent sur le cycle du soufre et de l’eau sur Vénus, ainsi que sur d’autres gaz traces associés à l’activité volcanique de la planète. Bien que la sonde EnVision fournisse des informations sur des produits ionosphériques dérivés, il est important de noter qu’elle ne dispose pas d’analyseur de plasma ni de magnétomètre.

La mission Venus Express (VEX) a été pionnière en fournissant une cartographie globale de l’atmosphère de Vénus sur plusieurs années, ce qui a conduit à d’importantes découvertes scientifiques. Les données recueillies par VEX ont donc servi de base solide pour les recherches futures menées par l’équipe d’EnVision.

Les instruments présents sur EnVision et hérités de VEX sont VenSpec-U, VenSpec-M et VenSpec-H, ainsi que Radio Science Experiment.

Futura : Pour le grand public, quel instrument sera le plus attrayant ?

Anne Grete Straume-Lindner : Tous les instruments seront attrayants pour le grand public, car ils fourniront des informations sur l’histoire, l’activité et le climat de Vénus. Plusieurs instruments seront utilisés en synergie pour fournir une vue beaucoup plus détaillée de la surface de Vénus (imagerie radar à une échelle de 10 mètres par rapport aux images précédentes à une échelle de 100-300 mètres (VenSAR), de son activité (images radar et proche infrarouge de la surface de Vénus et de son évolution), de l’atmosphère et du climat de Vénus et de leur interaction avec la surface (VenSpec-H, VenSpec-U, observations radioscientifiques de la température, de la pression, de la composition et de la variabilité de l’atmosphère, et de leur lien avec l’activité de la surface). Les observations radioscientifiques de la gravité nous aideront à comprendre à quel point l’intérieur de Vénus est similaire à celui de la Terre.

Paolo Musi : De notre point de vue, il s’agit d’une vision globale de Vénus, c’est-à-dire de la corrélation des observations multi-domaines. Par exemple, la présence de volcans actifs dans certaines régions pourrait être confirmée par l’étude de la morphologie et de la température de la surface, de la composition de l’atmosphère, des cavités souterraines, etc.

Futura : La sonde EnVision transporte-t-elle un ou plusieurs instruments qui n’ont jamais été envoyés autour de Vénus ?

Paolo Musi : Probablement le radar de sous-surface SRS, qui est similaire à celui à bord de la sonde Juice qui vole à destination du système Jovien.

Anne Grete Straume-Lindner : Effectivement, EnVision emportera pour la première fois un sondeur radar pour sonder la subsurface de Vénus.

Futura : L’ESA a annoncé en 2021 que le radar à synthèse d’ouverture VenSAR disposerait d’une résolution de 10 mètres. Cette spécification est-elle toujours d’actualité ?

Anne Grete Straume-Lindner : Oui, EnVision dispose d’un mode SAR de 10 mètres et cartographiera jusqu’à 2 % de la surface de Vénus. Jusqu’à 30 % de la surface sera imagée à une résolution de 30 mètres. Cette résolution permettra d’obtenir des images très détaillées de la surface de Vénus, facilitant ainsi l’analyse géologique et la compréhension des processus tectoniques et d’érosion.

Cette image a été obtenue à partir des données radar de la sonde Magellan. © Nasa

Futura : Des synergies scientifiques sont-elles envisagées avec des missions en cours ou futures ?

Anne Grete Straume-Lindner : Les principales synergies scientifiques se feront avec les missions Veritas et Davinci de la Nasa, qui seront lancées au début des années 2030. Les missions seront très complémentaires, Veritas hébergeant un radar SAR en bande X et un imageur infrarouge (VEM) identique à l’instrument VenSpec-M d’EnVision.

Quant à la sonde Davinci, elle effectuera des observations atmosphériques très précises lors de sa descente vers la surface de Vénus, en se concentrant notamment sur l’observation des gaz rares. De plus, de longues séries de données seront fournies en utilisant les observations de la précédente mission ainsi que des missions de survol de Vénus.

Futura : Un voyage de 15 mois pour une période d’aérofreinage d’un an peut sembler surprenant. La vitesse d’arrivée d’EnVision contribue-t-elle à la nécessité d’une telle durée d’aérofreinage ?

Paolo Musi : Ce n’est pas une contradiction : aller dans le Système solaire interne nécessite de ralentir la vitesse, en raison de l’immense attraction gravitationnelle du Soleil. Une partie de la décélération est obtenue en allumant le moteur principal d’EnVision, mais l’énergie restante est dissipée par l’aérofreinage.

L’aérofreinage, adopté par l’ESA sur EnVision, permet d’économiser du carburant et donc de la masse au lancement, mais il s’agit d’un processus lent qui circularise progressivement l’orbite par frottement avec l’atmosphère de la planète.

Futura : Ce satellite sera-t-il construit autour d’une plateforme existante ou TAS doit-elle en développer une spécifiquement pour EnVision ?

Paolo Musi : Nous allons utiliser une nouvelle plateforme, tout en tirant parti de l’héritage de l’avionique de Plato, des systèmes de contrôle thermique adaptés aux missions à haute température (comme BepiColombo), ainsi que de l’expérience acquise grâce au succès de l’aérofreinage de l’orbiteur TGO d’ExoMars 2016.

Futura : Quelles sont les raisons qui rendent cette mission techniquement complexe et quels sont les défis critiques identifiés dans la construction du satellite ?

Paolo Musi : La conception d’une nouvelle plateforme est motivée par la prise en compte d’éléments complexes :

• les contraintes liées à l’aérofreinage incluent un faible coefficient balistique (rapport masse/surface), la nécessité de contrôler l’attitude de l’engin spatial et la gestion du stress thermique ;
• l’environnement sévère de Vénus qui s’explique par la proximité du Soleil, des températures élevées sur la planète, ainsi que des radiations et des conditions d’absence d’oxygène ;
• en parallèle, nous intégrons de nouvelles technologies, telles qu’un nouveau moteur principal européen et des équipements de communication innovants, capables de gérer des volumes importants de données transmises vers la Terre ;
• le développement d’instruments de compatibilité électromagnétique.

Futura : Quelles sont les différences entre la mission EnVision et celle de la sonde américaine Magellan (1989-1994), qui a réalisé la première carte détaillée de la surface de Vénus ?

Anne Grete Straume-Lindner : La mission Magellan était dotée d’un radar à synthèse d’ouverture (SAR) en bande S, capable de capturer des images de Vénus avec une résolution de plusieurs centaines de mètres. En comparaison, EnVision intègre également un radar SAR en bande S mais de résolution supérieure, permettant de cartographier la surface de la planète avec une précision atteignant 10 mètres. De plus, EnVision est équipée de quatre instruments supplémentaires dédiés à l’observation de l’atmosphère. Grâce à cette mission, nous pourrons, pour la première fois, acquérir une compréhension détaillée des processus se déroulant à la surface de Vénus, grâce à cette résolution considérablement améliorée.

La sonde EnVision de l’Agence spatiale européenne sera construite par Thales Alenia Space.  © Thales Alenia Space, E. Briot

Futura : Quel est l’instrument positionné sous le satellite qui semble « saluer » Vénus dans l’image d’artiste ?

Paolo Musi : Il s’agit de l’antenne SAR (Syntetic aperture radar) développée par le JPL de la Nasa, qui cartographiera la surface de Vénus. L’antenne dipôle de 16 mètres est également visible, supportant le sondage sub-superficiel.

Futura : Qu’est-ce qu’un oscillateur ultra-stable (USO) et quelle est son utilité à bord d’EnVision ?

Paolo Musi : Il s’agit d’un oscillateur embarqué très stable en fréquence, utilisé pour une expérience d’occultation radio.

Anne Grete Straume-Lindner : Cette oscillateur est nécessaire pour réaliser des observations précises de l’atmosphère de Vénus par occultation radio, en utilisant le signal de l’antenne à haut gain du satellite qui est transmis à la Terre.

Futura : Le choix des instruments de la charge utile a-t-il eu un impact important sur l’architecture et le design du satellite ?

Paolo Musi : Oui. Les facteurs clés prennent en compte le champ de vision de chaque instrument en direction de Vénus, leur compatibilité mutuelle, ainsi que la nécessité d’un accès tardif depuis le sol pour assurer un bon fonctionnement. Ces éléments sont été cruciaux pour optimiser la conception globale du satellite tout en garantissant une collecte de données efficace.

Futura : Quel(s) instrument(s) sera(ont) particulièrement difficile(s) à intégrer dans le satellite ?

Paolo Musi : Tout cela sera défini dans les prochains mois en collaboration avec les équipes chargées des instruments.

Anne Grete Straume-Lindner : Chaque instrument a ses propres défis : par exemple, l’alignement pour les instruments optiques, les contraintes de distance entre les différentes unités composant un instrument, etc.

Futura : L’expérience acquise par VEX et TGO en matière de techniques d’aérofreinage peut-elle contribuer à optimiser ce processus, offrant ainsi divers avantages dans plusieurs domaines ? Ou bien, le processus restera-t-il fondamentalement identique à celui de VEX et TGO, sans réelle amélioration ?

Paolo Musi : L’environnement d’aérofreinage de Vénus sera nettement plus sévère que celui de Mars, avec des contraintes thermiques plus fortes et plus de passages dans l’atmosphère de Vénus. Mais l’héritage du TGO d’Exomars 2016 sera très précieux.

Futura : Peut-on affirmer que le succès de la tentative d’aérofreinage de VEX à la fin de sa mission autour de Vénus a ouvert la voie à EnVision en démontrant que cette technique est réalisable ?

Paolo Musi : Je dirais que le meilleur héritage vient de la manœuvre d’aérofreinage du TGO d’Exomars 2016, tandis que l’expérience de VEX a principalement permis d’obtenir des données supplémentaires sur l’atmosphère de Vénus.

Par FUTURA