Prospective scientifiqueProspective scientifique

D O S S I E R

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D O S S I E R

U n séminaire de prospective scientifique du Cnes, c’est un grand

moment dans la vie de la communauté scientifique impliquée dans

les recherches utilisant les outils spatiaux. Il permet de faire le point sur les

recherches en cours dans chaque domaine thématique, et sur ce qu’il fau-

drait faire dans les prochaines années, voire dans la prochaine décennie.

Un séminaire de prospective, c’est aussi l’occasion de rencontres, entre

les scientifiques et le Cnes, mais aussi entre les scientifiques

des diverses communautés, astronomes, géophysiciens,

physiologistes, biologistes, etc. Cela permet au Cnes

de construire sa programmation scientifique

en concertation avec ces communautés, en

s’appuyant sur ses comités d’évaluation au

premier plan duquel le Comité des pro-

grammes scientifiques (CPS).

Nommé par décret, le CPS est composé de

12 membres. Se réunissant en moyenne

trois fois par an (parfois plus lorsque le

Cnes a besoin d’un éclairage sur un projet

particulier), il conseille le président du Cnes

sur la politique et la programmation scien-

tifique spatiale. Jusqu’au 5 juin 2004 (date à

laquelle il nous a quittés), il était présidé par Gérard

Mégie qui a joué, durant des années, un rôle essentiel

de conseil. Un hommage ému lui a été rendu, lors du sémi-

naire, par l’ensemble de la communauté.

Le CPS s’appuie sur les travaux des groupes thématiques : soit cinq en

connaissance de l’Univers (astrophysique, système solaire, Soleil/hélio-

sphère/magnétosphère, physique fondamentale, cosmobiologie) fédé-

rés par le Ceres*, présidé par M. Blanc ; quatre en observation de la Terre

(Terre solide, océan, surfaces continentales, atmosphère) fédérés par le

comité Tosca*, présidé par M. Diament ; un en sciences de la vie, présidé

par A. Holley, et un en sciences de la matière, présidé par R. Borghi. Ces

groupes conseillent directement les structures thématiques de la Direc-

tion de la stratégie et des programmes du Cnes. Ce sont eux qui ont orga-

nisé la préparation du séminaire de prospective des 6 et 7

juillet par un travail quasi continu depuis 2001.

Aujourd’hui, les conclusions et recomman-

dations du séminaire sont “disséquées”

par le CPS qui va recommander au

Cnes d’engager les projets les plus

prioritaires ou les plus urgents. Il

s’est réuni le 2 septembre 2004

pour un premier parcours. Le

prochain rendez-vous est prévu

le 15 octobre. Lors de sa première

réunion, il a confirmé l’impor-

tance d’une participation fran-

çaise significative aux pro-

grammes scientifiques de l’Agence

spatiale européenne, le pro-

gramme obligatoire,et l’EOEP

(Earth Observatory Enve-

loppe Program) en

observation de la Terre. Dans ce domaine, il a également pris en compte

le besoin de la continuité des mesures qui pourrait être assurée par les

futures infrastructures GMES, sous l’égide de l’Union européenne. Il a

reconnu la qualité des propositions de vols en formation retenues par

les groupes, et a proposé au Cnes d’engager, dès maintenant, les phases

0, puis A, afin d’aboutir à l’engagement d’un projet en phase B

d’ici la fin 2006. Enfin, il a recommandé au Cnes d’enga-

ger le projet Vénus d’observation à haute résolution

des surfaces continentales, en partenariat avec

Israël. Il doit se prononcer, le 15 octobre, sur

les choix à faire à court terme, projets ou

phases 0 et A des autres missions pro-

posées,notamment en coopération bila-

térale, après une instruction plus

détaillée.

En résumé, beaucoup d’idées, de pro-

jets et d’enthousiasme. C’est au Cnes

maintenant de les transformer en réa-

lité, en étroite association avec les com-

munautés scientifiques concernées.

Geneviève Debouzy , directrice adjointe, Cnes/

Bernard Dupré, président du CPS par intérim

*Ceres : Comité d’évaluation sur la recherche et l’exploration spatiales

*Tosca : Terre, océan, surfaces continentales et atmosphère

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Tous les quatre ans,

la communauté scienti-

fique spatiale se réunit,sous l’égide

du Cnes, pour élaborer une pro-

grammation scientifique à moyen

terme. Exercice exceptionnel qui

n’a son pareil chez aucun autre

organisme de recherche. À la dif-

férence des séminaires précédents,

l’approche et la méthode de travail

de l’édition 2004 s’apparentaient

plus à celles d’un colloque prépro-

grammatique. Il faut dire que ce

séminaire a été atypique à plus

d’un titre.L’exercice engagé en 2001,

reporté à plusieurs reprises et pré-

cédé d’un préséminaire en sep-

tembre 2002, a été annulé à cause

des difficultés financières que le

Cnes a traversées fin 2002-début

2003 et dont il est sorti grâce à une

reprogrammation de l’Établisse-

ment courant

2003. Aussi désireux de

renforcer ses activités de recherche

amont dans le cadre de sa repro-

grammation, le séminaire arrivait

à point nommé.Yannick d’Escatha,

président du Cnes,en a profité pour

assurer à la communauté scienti-

fique la stabilité des budgets consa-

crés aux programmes scientifiques

(dans les domaines de la connais-

sance de l’Univers, des sciences de

la Terre et de l’environnement, des

sciences en micropesanteur). Un

préambule capital dans un contexte

difficile, fragilisé par la perte de la

navette Columbia et l’arrêt des vols

de la navette,par la révision du pro-

gramme de l’Esa et par l’arrivée de

l’Union européenne comme nou-

vel acteur du spatial !

Trois cents chercheurs étaient pré-

sents à Paris, les 6 et 7 juillet, pour

proposer au Cnes des projets scien-

tifiques.Les hypothèses émises ont

bel et bien confirmé l’utilité des

activités de recherche dans le

domaine spatial. Plus de 60 pro-

jets présentés ont témoigné, une

fois de plus, de la pertinence de la

recherche spatiale et de sa force

d’innovation.

Priorité à l’EuropeÀ l’occasion de ce séminaire, un

accord s’est dégagé sur la place cen-

trale accordée à l’Europe,inscrivant

la démarche de recherche dans une

perspective complètement euro-

péenne, au détriment parfois de

partenariats historiques.Même s’il

n’en demeure pas moins une lati-

tude de coopération pour les petits

projets !

Le programme scientifique obli-

gatoire de l’Esa a été réaffirmé

comme la priorité des priorités.

Tout tend à une clarification de la

subsidiarité scientifique européenne

par rapport au rôle national. La

compétence partagée de l’Union

européenne ne sera pas sans inci-

dence sur le positionnement de

cette nouvelle instance politique

et dépassera le cadre de son inter-

vention actuelle de la DG Recherche

ou du PCRD.Aujourd’hui le contexte

programmatique est complexe

(national, européen, bi et multila-

téral). C’est pourquoi, au lieu de

partir en ordre dispersé,mieux vaut

privilégier la complémentarité et

reprogrammer des projets dans le

cadre européen (Mars). Il faut accep-

ter dans ce nouveau contexte que

la prospective soit abordée diffé-

remment,y compris le PMT. La pro-

grammation du Cnes devrait donc

se recentrer sur de nouveaux pro-

jets (non récurrents) émanant d’un

vigoureux programme de R&T.

Entre continuité et nouveauté D’un colloque à l’autre, on observe

sans peine une continuité à travers

certains projets comme le souligne

Michel Blanc, président du Ceres :

“Picard reste toujours pertinent ainsi

que Pharao. L’étude de Mars revient

comme un leitmotiv. Aujourd’hui

elle s’inscrit dans le programme

européen Aurora de l’Esa et prévoit,

entre autres,un atterrisseur de démons-

13

Une R&T et des phases O/A renforcées,un transfert vers

des observatoires opérationnels, un budget constant

assuré,des projets plus européens… sont les tendances du séminaire

de prospective scientifique

2004 organisé par le Cnes,

à la Maison de la chimie, en

juillet dernier. À noter, côté

technologie, l’émergence des vols

en formation !

Prospective scientifique

Soutenir un vigoureuxprogramme de R&T

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DOSSIER RÉALISÉ PAR BRIGITTE THOMAS

14

tration. L’enjeu de découverte en

géoscience et en exobiologie sous-

tend un programme technologique

conséquent pour faire les prochaines

générations d’instruments in situ.”

L’accent est ici mis sur du moyen

terme pour ne pas laisser Mars…

aux Américains.

De nombreuses nouveautés sont à

souligner : en astronomie, la pro-

blématique de l’énergie noire (un

nouveau paradigme de la cosmo-

logie) ; en sciences de la planète, la

généralisation de l’approche sys-

tème ; le concept de pôle théma-

tique qui accompagne tout le débat

sur l’organisation du dispositif de

la recherche française ;en sciences du

vivant,de nouveaux thèmes de recherche

en matière d’exploration planétaire

dans les domaines du développement

et du fonctionnement du système

nerveux,du système osseux etde l’im-

pact de la nutrition (cf.article d’Alain

Berthoz p.20);en sciences de la matière,

un changement d’approche et un

nouveau positionnement comme

science finalisée (cf .article de Bernard

Zappoli p.18).À noter ici la forte volonté

des physiciens de se mettre au ser-

vice du transport et de l’exploration

spatiale en concertation avec les struc-

tures inter-organismes existantes.

Le problème lancinant du transfert

des objets spatiaux vers des obser-

vatoires opérationnels ou des obser-

vatoires de recherche (Météosat,

Spot, CLS, Galiléo) persiste. Par le

passé,tous ces transferts ont été réa-

lisés grâce à l’engagement lourd des

agences spatiales. Aujourd’hui le

transfert vers les observatoires opé-

rationnels nécessite de construire

une nouvelle démarche avec une

vision système du satellite pour de

la production d’information (à l’image

de GMES),aidée certes par les agences

spatiales mais pas exclusivement.

Des relais doivent être envisagés en

identifiant les utilisateurs et en trou-

vant de nouveaux financements.

C’est une des volontés du groupe

Tosca, comme le rappelle

Michel Diament,son pré-

sident (cf.article p.15),

“Nos priorités sont

certes

d’améliorer la résolution spatiale et

temporelle mais surtout d’assurer la

continuité à travers des observatoires

spatiaux en créant des pôles thé-

matiques en vue d’une surveillance

continue de notre environnement et

d’une meilleure prévision.”

Des enjeux sociétaux qui poussent

la recherche spatiale vers une science

de plus en plus finalisée !

Une techno en pleine mutationAujourd’hui, toutes les questions

scientifiques brûlantes induisent

une évolution des outils spatiaux :

entre autres, en physique des sys-

tèmes, de grands télescopes ; en

astronomie et physique fonda-

mentale, des horloges et des sen-

seurs inertiels,de l’imagerie haute

résolution angulaire avec détection

des ondes gravitationnelles et de

l’observation à haute énergie avec

de grandes distances focales (d’où

l’intérêt des vols en formation) ;en

exploration planétaire, l’analyse in

situ des surfaces planétaires puis

du retour d’échantillons pour les

géosciences et l’exobiologie ;en phy-

sique de l’environnement spatial et

D O S S I E R

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Y Interférométrie pour la détection d’exoplanètes. Télescopes àgrande focale pour l’astronomie X ou gamma.

De l’utilité du vol en formationDominique Séguéla, responsable du programme R&T Vol en formation, Cnes /

Paul Duchon, membre du Paso, Cnes

L es missions scientifiques émergentes nécessi-

tent des instruments de plus en plus volumineux.

Or il devient impossible de les embarquer sur un satel-

lite de taille raisonnable, donc de les mettre à poste

avec un des lanceurs disponibles actuellement. Les

mécanismes de déploiement dans l’espace (les struc-

tures gonflables) ont aussi leurs limites en termes de

dimensions et de rigidité. La seule solution envisa-

geable aujourd’hui, pour répondre au besoin de très

grands instruments, est le vol en formation.

Ce concept comprend un ensemble de satellites sur

lequel est réparti un dispositif de mesure dont les

positions et orientations sont contrôlées, de façon

très précise, pour assurer une rigidité virtuelle à l’ins-

trument. C’est ce contrôle très précis, réalisé de façon

autonome par les satellites eux-mêmes, qui diffé-

rencie une formation d’une constellation. Le nombre

de satellites d’une formation est très variable. Selon

la mission visée, il peut aller de deux à plusieurs

dizaines. Les satellites d’une formation ne sont en

général pas identiques, les morceaux d’instrument

ne sont pas les mêmes sur tous les satellites, et l’un

d’eux joue souvent le rôle de maître dans la gestion

de la formation.

Le vol en formation est particulièrement bien adapté

aux missions d’astrophysique localisées à un point de

Lagrange (c’est-à-dire à 1,5 million de kilomètres de la

Terre) comme la découverte et l’observation de pla-

nètes hors du système solaire, comme la mission Dar-

win proposée par l’Esa ou Pégase. Ces missions néces-

sitent un contrôle des positions relatives des satellites

à quelques millimètres près, et à quelques milliard

secondes (Darwin) ou une centaine de milliard secondes

(Pégase) sur la ligne de visée.

D’autres missions, comme l’astronomie X ou gamma,

avec Simbol-X ou Max, ou l’observation de la cou-

ronne solaire, avec Aspics, sont un peu moins exi-

geantes et un contrôle de l’ordre du centimètre est

suffisant. Enfin des missions d’observation de la Terre

par interférométrie radar, comme la roue interféro-

métrique ou Microméga, sont aussi envisagées. Le

contrôle est moins strict, mais les perturbations aux-

quelles elles sont soumises sont beaucoup plus impor-

tantes, du fait de leur faible altitude.

Au-delà des missions retenues par le Cnes pour une

phase 0, ce concept permet d’envisager des missions

d’astrophysique beaucoup plus futuristes, pour de

l’observation allant de l’infrarouge jusqu’aux rayons X

et gamma. Un exemple est la lentille de Fresnel (len-

tille plate déployable de quelques mètres à quelques

dizaines de mètres de dimension) trouée selon les len-

tilles de phare, qui utilise la diffraction pour “focali-

ser” la lumière sur un plan focal situé à plusieurs

dizaines, voire plusieurs milliers de kilomètres.

Le vol en formation permettra ainsi de réaliser des

missions très ambitieuses pour un coût bien infé-

rieur à celui d’un satellite unique, en adaptant des

plateformes existantes mini (comme Protéus) ou

micro (comme Myriades) et en utilisant des lanceurs

comme Ariane 5 ou Soyouz. ■

y Pourquoi la recherche en observation de la Terre

semble être, aujourd’hui, à un tournant ?

Michel Diament : Nous possédons un certain nombre

de données de base à l’échelle globale mais pas tou-

jours avec les bonnes résolutions et précisions. Il

nous faut donc de nouveaux instruments ou de nou-

velles combinaisons d’instruments pour mieux com-

prendre le système Terre et pouvoir prédire son évo-

lution. Cela passe par des avancées technologiques

et méthodologiques. Notons que, pour certains types

de données, il est paradoxalement presque plus facile

aujourd’hui de connaître Mars que notre planète.

15

des relations Terre-Soleil, des vols

en constellation et des mesures in

situ dans la couronne solaire. Pour

Michel Blanc (cf.article p.17) “il nous

faut construire un programme scien-

tifique pluriannuel avec des missions

scientifiques de démonstration du

vol en formation et un programme

de petites missions avec des micro-

satellites”. Et s’il ressort de ce sémi-

naire qu’il faut consolider la filière

microsatellite qui correspond à un

réel besoin, Paris ne sera pas une

réplique de Saint-Malo. C’est le

concept du vol en formation qui

requiert ici toutes les attentions.

Reste à tester techniquement sa

faisabilité !

En conclusion,Jean-François Mins-

ter,directeur de l’Ifremer,a mis l’ac-

cent sur le fait que “la démarche

scientifique est un tout depuis la

technologie jusqu’à l’outreach.Autant

il est facile de définir les projets à

garder qu’il est difficile de construire

l’ensemble, depuis le programme

technologique jusqu’à la constitu-

tion d’équipe et la sélection du prin-

cipal investigateur, de l’accès aux

données jusqu’à la démarche de com-

munication qui devrait,comme dans

d’autres pays,faire partie intégrante

des projets. Car nous ne pourrons

pas défendre la science si nous n’en

parlons pas plus”.

C’est au CPS dans les mois à venir

d’élaborer la programmation défi-

nitive du Cnes en tenant compte

des travaux de la communauté

scientifique et des besoins en per-

sonnel. À ce sujet, le Comité inter-

organismes (CIO) a entrepris une

réflexion sur l’évolution des moyens

humains dans les laboratoires,

compte tenu des nouveaux besoins

et de la vague prévisible de départs

en retraite dans la prochaine décen-

nie. Le Cnes est prêt pour sa part à

renforcer son soutien en moyens

humains, dans les métiers de maî-

trise d’œuvre de projets et d’ins-

trumentation scientifique. Ce sup-

port sera coordonné avec les

organismes partenaires dans un

plan global que le CIO est en train

d’établir. ■

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L a Terre est un objet complexe et passionnant, encore imparfaite-

ment connu. C’est également un objet unique du fait des interac-

tions de l’homme avec les milieux naturels. Les grands enjeux futurs condui-

ront à des défis techniques et méthodologiques pour améliorer la précision et

la résolution des données existantes,pour acquérir les nouvelles données nécessaires

à la compréhension des mécanismes du “système Terre” ainsi que pour suivre et prédire leur

évolution. Tous les champs disciplinaires concernés ont besoin d’interagir. Il faut une continuité et

une complémentarité des mesures à l’échelle humaine. Michel Diament, président du Tosca, insiste

sur l’importance des observatoires intégrés.

Observation de la Terre

Plus d’observatoires intégrés

Interview de Michel Diament, président du Tosca

16

Nous avons de grands défis devant

nous, auxquels nous nous devons

de répondre : le cycle de l’eau, les

gaz à effet de serre, le suivi du

niveau des océans, l’origine du

champ magnétique terrestre, etc.

Nous avons le souci de passer de

la recherche à la surveillance de

l’environnement et il nous faut

préparer et accompagner les trans-

ferts vers l’opérationnel (ou les

applications), comme on a pu le

faire en océanographie avec Mer-

cator. Pour ces objectifs relevant à

la fois de la recherche fondamen-

tale et de l’appliquée, nous devons

observer la Terre dans la durée avec

un contrôle qualité qui intègre des

mesures complémentaires.

y L’utilité de vous organiser par

observatoires paraît capitale.

Est-ce une demande des utilisa-

teurs ou une question de survie

de l’activité ?

M. D. : Nous avons besoin d’une

continuité des mesures sol-

espace. Le spatial est

devenu une composante

à part entière et

indispensable

à tout système d’observation.

C’est vrai, par exemple, en vol-

canologie où le suivi de la défor-

mation des édifices avant, pen-

dant et après les éruptions peut

être assuré par l’interféromé-

trie radar ou les méthodes de

la géodésie spatiale ; en océa-

nographie avec les combinai-

sons de données d’altimétrie

satellitaire et in situ, etc. Nous

avons besoin de systèmes de

mesures intégrés, d’observa-

toires avec des données acquises

au sol (à terre, en mer, en fond

de mer), avec des données aéro-

portées ou en ballons, et des

données spatiales. Pour les nou-

velles missions, il nous faut défi-

nir de nouvelles combinaisons

de capteurs qui aboutiront à

des obser vatoires spatiau x

pérennes. Enfin, nous devons

rassembler ces données dans

des pôles thématiques qui

devront être développés afin

d’aider le travail des utilisa-

teurs. Il s’agit donc à la fois d’une

exigence des utilisateurs et d’un

développement indispensable

pour l’observation de la Terre.

y Quels sont donc vos axes prio-

ritaires de recherche pour les

années à venir ?

M. D. : La France, historiquement,

a été pionnière dans le domaine

de l’observation. Au parc Mont-

souris, l’observatoire météorolo-

gique a été un des premiers, la

série temporelle

de mesures au

marégraphe de

Brest est une des

plus longues au

monde… Cette tra-

dition de la science

française, nous

souhaiterions

qu’elle se poursuive

au XXIe siècle à tra-

vers des observa-

toires intégrés de

la surface à l’es-

pace.Il reste à amé-

liorer la résolution spatiale et tem-

porelle pour les observations. Cela

passe par le développement de

nouveaux capteurs et des études

de R&T. Nos objectifs se résument

dans la continuité des observa-

toires (ce qui implique que le Cnes

doit s’associer à d’autres orga-

nismes tels que l’Insu, l’IRD, l’Ifre-

mer, etc.), dans de nouvelles obser-

vations pour répondre aux enjeux

scientifiques et dans un vigou-

reux programme de R&T. Cela se

traduit, pour la Terre solide, par le

suivi des variations du champ

magnétique (post-Oersted et

Champ), et par l’élaboration de

Modèle numérique de terrain à

haute résolution (10 m en verti-

cal, 20 m en horizontal), etc. ; pour

l’océanographie par la continuité

de la filière altimétrique (post-

Jason et post-Envisat) et des mesures

de couleur de l’eau ainsi que par

une mission dédiée à une meilleure

connaissance de l’état de la mer,

etc.; pour les surfaces continen-

tales, par la continuité des obser-

vations optiques haute et moyenne

résolutions (post-Spot et post-Pol-

der) et par une mission dans l’in-

frarouge thermique de haute réso-

lution (100 m) et de répétitivité

quotidienne, etc. ; pour l’atmo-

sphère,par la continuité des mesures

sur le bilan radiatif (post-Calipso

et Parasol) et par une mission de

chimie de l’atmosphère dédiée au

suivi de la pollution (résolution

spatiale de 1 à 10 km, répétitivité

de l’heure), etc. Enfin, dans le

domaine de la R&T, l’effort devra

porter sur des sujets tels que les

vols en formation, l’observation à

haute résolution depuis l’orbite

géostationnaire, les lidars, le radar

bande P afin de préparer les mis-

sions de demain. ■

D O S S I E R

y Composante spatiale d’un système d’observation.

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17

y Êtes-vous optimiste sur les

scénarios martiens proposés par

l’Esa ?

Michel Blanc : Les grandes ques-

tions sont : comment prend-on en

compte le souhait de la commu-

nauté scientifique d’aller vers Mars

et comment porter cette ambition,

qui a été celle du Cnes pendant très

longtemps à travers le programme

national,dans une programmation

européenne. Les objectifs scienti-

fiques majeurs de l’exploration de

Mars,qui concernent les géosciences

et l’exobiologie, s’inscrivent assez

naturellement dans le programme

Aurora de l’Esa. Mais ce programme

n’est pas encore décidé. La France

doit porter ce projet pour convaincre,

notamment, nos collègues alle-

mands et italiens. À terme, nous

travaillerons certainement aussi

avec nos collègues américains.

Mais l’urgence aujourd’hui est d’ou-

vrir une perspective européenne.

y On a beaucoup parlé de projets

reposant sur les vols en formation.

En quoi cette technologie est-elle

pertinente pour votre discipline ?

M. B. : L’évolution des besoins d’ob-

servation en astronomie va soit

vers des systèmes qui ont de grandes

lignes de base et des collecteurs

séparés (systèmes interféromé-

triques) pour permettre de faire de

l’imagerie à très haute résolution

d’objets (tels que des étoiles ou des

systèmes planétaires extrasolaires),

soit vers des collecteurs à grande

distance du foyer (pour l’astrono-

mie des hautes énergies en parti-

culier). On a besoin pour cela de

faire travailler ensemble des élé-

ments de télescope espacés, dans

l’immédiat, de dizaines ou de cen-

taines de mètres, puis prochaine-

ment de milliers de kilomètres, en

contrôlant leurs positions relatives

de façon extrêmement précise. C’est

le vol en formation( cf. article p 14),

une rupture technologique majeure

pour les satellites du futur.Ce concept

représente un exercice très rigou-

reux. Il faut positionner les satel-

lites les uns par rapport aux autres,

parfois à des fractions de millimètre

près, au mieux des centimètres. Le

vol en constellation est,quant à lui,

moins contraint. Il répond au besoin

qu’a aujourd’hui la physique magné-

tosphérique d’explorer les trois

dimensions de l’espace à différentes

échelles, en réalisant des mesures

simultanées du milieu.

y Systématiser les mesures in situ

sur une surface planétaire semble

être l’autre technologie en pointe ?

M. B. : Nous avons achevé, à

quelques objets près, la phase

d’exploration initiale du système

solaire (sauf Pluton) et orbité

autour de presque toutes les pla-

nètes (de Saturne à bientôt Mer-

cure avec Bepi-Colombo). L’étape

suivante est d’aller se poser à la

surface des planètes et des petits

corps, et de les étudier avec les

instruments, non plus de l’astro-

nome, mais du géophysicien ou

du géochimiste (comme cela se

fait pour la Terre). C’est le meilleur

moyen d’analyser une planète

solide mais nous, Européens, nous

ne l’avons pas encore mis en œuvre

sur une surface planétaire. Cette

nouvelle approche par l’explora-

tion in situ conforte l’idée que,dans

30 ans, il y aura des géologues sur

Mars !

Sciences de l’Univers

Mars toujours et encoreInterview de Michel Blanc, président du Céres

L ’exploration de L’Univers offre

une liste exceptionnelle de problé-

matiques scientifiques qui relèvent de l’espace.

Astronomie et physique fondamentale, exploration

planétaire, physique de l’environnement spatial et relations

Terre-Soleil sont autant de domaines qui induisent aujourd’hui des

ruptures technologiques pour aller plus avant dans la découverte. Vol en

formation, en constellation, techniques de l’analyse in situ des surfaces planétaires... sont

des concepts prometteurs. Reste, dans l’immédiat, à tester leur faisabilité à travers des

missions de démonstration. Michel Blanc, président du Ceres, fait le point.

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y Il semblerait que la nouveauté

2004 fasse des sciences de la matière

une science finalisée. Que faut-il

entendre par là ?

Bernard Zappoli : Il faut s’entendre

sur les mots et dire tout d’abord que

toute science est,par essence,fina-

lisée.Un chercheur découvre ce qui

existe déjà dans la nature.Il explique,

par des modèles qu’il imagine ce

qu’il voit du monde qu’il peut obser-

ver,et engrange cela dans un réser-

voir de connaissances.Un ingénieur

fabrique ce qui n’existe pas dans la

nature à partir de ce que le cher-

cheur décrit, et en ce sens c’est lui

le créateur.Toute découverte scien-

tifique peut donc être utilisée pour

fabriquer quelque chose qui n’existe

pas. Les recherches en micrope-

santeur restent fondamentales car

elles permettent de voir ce que l’on

ne peut pas voir au sol.En tant que

telles, elles décrivent de nouveaux

mécanismes,de nouvelles lois d’in-

térêt pour une très large commu-

nauté. C’est le cas de notre pro-

gramme.Le séminaire a voulu mettre

l’accent sur la proximité du réser-

voir de connaissances des sciences

de la matière et des technologies

spatiales. Il a souligné l’intérêt,pour

le Cnes et les grands établissements

de recherche, de renforcer les liens

qui unissent les recherches et les

applications dans ce domaine.Faire

des sciences de la matière une science

finalisée,c’est renforcer cette com-

y Et en physique fondamentale ?

M. B. : C’est un domaine essentiel

dans lequel la France joue un rôle

très important. Arpenter le temps

et l’espace, étudier leur relation à

la gravitation, ne peut se faire que

dans l’espace et nécessite des outils

métrologiques extrêmement poin-

tus.Il y a actuellement un gros effort

national (Pharao, Microscope) qui

va déboucher sur de la physique

fondamentale très importante (test

du principe d’équivalence, étude

de la gravitation de l’échelle micro-

scopique à celle du système solaire)

et sur des applications : le posi-

tionnement précis (programme

Galiléo) et la chronométrie du temps.

Dans un avenir pas trop lointain,

on peut prévoir que la référence

du temps atomique sera donnée

depuis l’espace. ■

D O S S I E R

L es recherches entamées en combustion,milieux granulaires,mousses,

émulsions, fluides supercritiques... pourront trouver des issues logiques

dans bon nombre d’applications et faire ainsi des sciences de la matière une science

finalisée. Bernard Zappoli, responsable du programme de sciences de la matière au Cnes,

s’explique.

Sciences de la matière

Émergence de nouveaux

domainesInterview de Bernard Zappoli, responsable du programme de sciences de la matière, Cnes

18

Y Projet de station géophysique martienne.

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sa

© C

nes

plémentarité,c’est dégager les enjeux

scientifiques communs aux ques-

tions technologiques et les traiter.

Le ballottement d’un ergol cryogé-

nique dans un réservoir et l’évolu-

tion de la pression de la phase gazeuse

(questions clés pour assurer le pilo-

tage et la tenue mécanique lors des

transferts d’orbite de longue durée,

comme pour Rosetta) sont des pro-

blèmes technologiques en relation

avec des enjeux scientifiques,comme

les phénomènes capillaires en pré-

sence de transition de phase que

l’on retrouve dans le traitement des

fuites d’ergol ou l’écoulement de

césium en capillaires.Les chercheurs

pourraient trouver dans les ques-

tions appliquées des domaines à

explorer tandis que les ingénieurs

pourraient puiser dans le réservoir

de connaissances des résultats sur

étagère dans les labos ou encore

suggérer aux chercheurs d’aller

observer pour voir ce qui se passe

à tel ou tel endroit. Il ne s’agit pas

de transformer les laboratoires de

recherche en bureaux d’étude ou

de faire faire de la recherche fon-

damentale aux industriels, mais

tout simplement,de bien discerner

qui sait faire quoi et non pas qui

pense savoir faire quoi.Ce peut être

là un rôle essentiel pour un Cnes

défricheur de programmes futurs.

y La fin programmée de la sta-

tion spatiale internationale en

2016 vous contraint-elle dans vos

activités ?

B.Z.:L’ISS est un grand équipement

qui a mobilisé tous les moyens d’ac-

cès à la micropesanteur au détri-

ment des autres (les fusées sondes,

les vols paraboliques, les puits de

mine, les capsules Photon). Elle a

toujours représenté un moyen futur.

Les armoires instrumentales déve-

loppées par l’Esa n’ont d’ailleurs

pas encore volé. Quant à l’instru-

ment principal du programme natio-

nal, Déclic (Dispositif pour l’étude

de la croissance et des liquides cri-

tiques), sa conception, héritée des

technologies utilisées sur la station

spatiale russe Mir,ne nécessite que

très peu de temps spationaute.

Comme il est très peu encombrant,

Il est indépendant du schuttle,peut

être lancé par l’ATV ou par un Soyouz,

et installé n’importe où dans le

module américain. Il est probable

cependant que le nombre limité de

vols de la navette à destination de

l’ISS entraîne des modifications du

calendrier de trafic pour Déclic. En

revanche, plus que la fin program-

mée de la station internationale,

c’est l’évolution probable de son

contexte d’utilisation qui pourrait

contraindre le programme de l’Esa

auquel nous sommes très liés,notam-

ment pour ce qui concerne l’utili-

sation des armoires instrumentales

du module européen.

y Quels nouveaux axes de recherche

ressortent du séminaire 2004 ?

B. Z. : Depuis le séminaire d’Arca-

chon en 1998, les expériences réa-

lisées en vols paraboliques et fusées

sondes ont montré l’émergence de

nouveaux domaines comme l’étude

de la rhéologie des mousses lourdes

et humides,de la réponse de milieux

granulaires et des fluides critiques

à des vibrations calibrées.Les expé-

riences seront réalisées dans des

instruments développés par l’Esa.

Des projets sur la combustion ont

aussi émergé,comme l’assemblage

de gouttes en réseau 3D et la lévi-

tation de brouillards lourds (durant

une période longue) pour com-

prendre comment se propagent les

flammes à haute pression et contri-

buer à la maîtrise des technologies

de la combustion (rallumage des

moteurs en orbite et augmenta-

tion de la pression chambre). Dans

le domaine des fluides critiques,

la corrosion, la combustion dans

l’eau, la dissolution seront étudiées

dans l’instrument Déclic. Dans le

domaine des matériaux, la crois-

sance de matériaux eutectiques à

structure lamellaire et la forma-

tion de microstructures en échan-

tillons massifs ont été identifiées

comme des priorités et seront aussi

étudiées dans Déclic.

La communauté scientifique a

dégagé des axes de recherche por-

teurs de contributions remarquées

de la micropesanteur à l’accroisse-

ment de connaissance.L’axe “appli-

cations”doit être noté, en relation

avec les projets d’exploration, et

faire de la recherche par l’espace

une recherche aussi pour l’espace.

y Une science qui s’inscrit donc

au niveau européen ?

B. Z. : La France assure une partici-

pation soutenue au programme

européen.En parallèle, l’Esa met en

place une structure à vocation pro-

grammatique avec appel à idée,

groupes d’experts,sélection et consti-

tution de groupes de recherche

européens pour faire le poids face

aux groupes américains.Cette évo-

lution ne peut se faire dans l’inté-

rêt de la science que si l’on repense

l’organisation Cnes / Esa et le fonc-

tionnement des groupes de travail

: à l’Esa, par exemple, à travers ses

appels à idées, de constituer les

groupes européens convergents

sur des projets identifiés, au Cnes

de sélectionner les actions de

recherche proposées dans le cadre

des actions européennes et de mettre

en place les budgets dans les labo-

ratoires. Là, on s’inscrit dans une

logique de réseau des centres. Il

faut expérimenter. Je crois à l’ex-

périence plus qu’aux modèles.

y Vous avez insisté sur le renfor-

cement de la coopération franco

russe à travers le projet Krit.Qu’est-

ce que cela préfigure ?

B. Z. : Les Russes sont venus nous

voir pour étudier les fluides critiques

sous vibration car se sont dévelop-

pées autour du Cnes une compé-

tence reconnue au plan interna-

tional, et au sein du Cnes une

compétence technique sans égale.

Ils ont vu l’Esa qui les a naturelle-

ment orientés vers nous. Résultat :

l’Esa financera l’instrument, les

Russes les coûts de lancement et

d’opération à bord, et le Cnes coor-

donnera le projet. Krit préfigure

ainsi ce que pourrait être un fonc-

tionnement européen. ■

19

y L’un des effets les plus frappants sur l’inélasticité des collisions.

y Transformation topologique causéepar le cisaillage d’une mousse sèche.

y Vue oblique d’un front de solidification eutectique.

© C

nes

Y La gravité exerce des influences majeures sur le développement de nom-breuses fonctions vitales (pleurodèle, petits mammifères) et l’espace est

un lieu privilégié pour étudier cette question. La gravité exerce aussides influences profondes sur l’os, le muscle, les mécanismes de

la nutrition, les plantes. Des projets et des instruments nou-veaux sont proposés par les experts de ces domaines de

recherche fondamentale.

y Quels sont les nouveaux axes

de recherche révélés au séminaire

2004 ?

Alain Berthoz : Les sciences de la

vie regroupent plusieurs disciplines.

Une des grandes nouveautés,cette

année, réside dans les liens tissés

entre certaines d’entre elles pour

une physiologie intégrative. Nous

assistons, par exemple, à un rap-

prochement des communautés qui

travaillent sur l’os et le muscle avec

celles du système nerveux.Une nou-

velle communauté est aussi appa-

rue,qui s’intéresse au problème de

la nutrition.En parallèle, les deux

grandes disciplines du domaine

(l’étude du système cardio-

vasculaire et les neuro-

sciences) ne font pas

défaut à la règle

et travaillent

ensemble sur les mécanismes des

cinétoses et sur la régulation de la

vascularisation périphérique.

Dans les neurosciences également,

de nouvelles problématiques appa-

raissent concernant la perception,

la motricité, notamment le pro-

blème de la double adaptation. Le

cerveau d’un automobiliste qui

conduit à droite en France,à gauche

en Angleterre,peut-il conserver les

deux adaptations ? Or,pendant les

vols sur la Lune et sur Mars, il est

question de maintenir une adap-

tation à la gravité en installant une

centrifugeuse à bord.L’homme sera-

t-il capable de rester adapté à la

gravité en même temps qu’il s’adap-

tera soit à la microgravité pendant

le voyage, soit à la mini-gravité sur

la Lune ou sur Mars ?

De nouvelles recherches sur le cer-

veau essaient d’élucider cette inter-

rogation. Elles seront possibles

grâce au projet Sens. Il s’agit d’un

instrument multi-utilisateur qui

fait suite au Cognilab qui a volé

sur la station Mir. Il comportera un

ordinateur et des périphériques,

pour tester les fonctions sensori-

motrices et la mémoire, un oculo-

mètre, un casque de réalité vir-

tuelle,un manche à retour d’effort,

un stimulateur acoustique,un sys-

tème de mesure du mouvement,

etc. Cet appareillage intégré com-

plétera l’équipement Cardiolab et

Cardomed ainsi que l’instrument

de télé-échographie robotisé Térésa,

destiné à tester les fonctions car-

diovasculaires.Cet instrument pourra

être couplé avec l’exploration de

l’activité cérébrale par électroencé-

phalographie :le système Mem déve-

loppé par l’Esa (système d’enregis-

trement d’électroencéphalographie)

permettra de tester l’activité céré-

brale. Nous irons voir, pour la pre-

mière fois,ce qui se passe dans le cer-

veau humain depuis l’espace !

Des projets nouveaux sont aussi pro-

posés sur le développement des cap-

teurs sensoriels et du système ner-

veux chez l’animal (rat,souris).D’ailleurs,

plusieurs laboratoires ont formulé

des projets dans ce domaine.Il en va

de même pour l’effet de la gravité

sur les plantes pour lequel une com-

munauté très active est présente.

Les biologistes souhaiteraient aussi

disposer d’un instrument dédié à la

culture cellulaire.

y Existe-t-il, en sciences de la vie,

des projets de coopérations inter-

nationales sur l’espace ?

A.B. :Les équipes des sciences de la

vie travaillent toutes en coopération

internationale avec des laboratoires

Que ce soit l’étude de l’ef-

fet de la gravité sur l’évo-

lution, le développement

et le fonctionnement de la

vie ou des études plus appli-

quées de médecine spatiale,

les sciences de la vie contribuent

à une meilleure connais-

sance du corps humain.

De nouvelles découvertes

se profilent sur le système

cardiovasculaire, le cer-

veau,le système nerveux,le

muscle, l’os, la nutrition, les

plantes… créant de nouveaux liens entre les communautés et

de nouvelles coopérations internationales. La communauté des sciences de la vie a présenté un projet en deux volets :

l’un concerne les effets de la gravité sur la vie et comporte des projets de recherche fondamentale, y compris sur l’animal ;

l’autre concerne l’adaptation de l’homme à l’espace en vue des explorations planétaires sur la Lune et Mars. Ces deux volets sont

complémentaires par plusieurs aspects. Alain Berthoz, professeur au Collège de France, commente.

20

D O S S I E R

Sciences de la vie

Cap sur le cerveau humainInterview d’Alain Berthoz, professeur au Collège de France

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nce

européens ainsi qu’avec des labo-

ratoires en Russie, aux États-Unis,

au Canada,etc.Elles ont déjà fait de

nombreux vols spatiaux dans des

projets internationaux.Elles jouent

d’ailleurs,pour certaines,un rôle de

premier plan. Il existe beaucoup de

coopérations au sol entre les com-

munautés françaises des sciences

de la vie et japonaises (programmes

bilatéraux),mais aucune depuis l’es-

pace.La qualité de la recherche japo-

naise,remarquable en neurosciences,

et son intérêt pour l’interface neu-

rosciences/robotique par exemple

sont importants pour les problèmes

liés à l’exploration planétaire dans

le domaine de la téléopération et

de la téléprésence. Avec la Chine,

face à l’explosion de la science spa-

tiale chinoise,des liens sont à envi-

sager.Avec la communauté indienne,

très performante en informatique,

nous comptons sur des rapproche-

ments car nous sommes de grands

consommateurs de données,notam-

ment pour le cerveau.Là encore,de

nouvelles perspectives s’ouvrent à

nous.Enfin il ne faut pas oublier les

relations très fortes qui lient nos

communautés avec les laboratoires

russes avec lesquels nous conti-

nuerons à coopérer.

y L’utilité du Cadmos n’est plus

à prouver. Qu’attendez-vous du

Médes ?

A. B. : Le Cadmos est fondamental

pour notre communauté. Il apporte

un soutien pour le développement

et les tests des instruments, le suivi

des missions. Le Médes, quant à

lui, a une double mission de méde-

cine spatiale avec la clinique spa-

tiale et d’aide aux labos concer-

nés pour la valorisation des

équipements spatiaux. Il a donc

un rôle de monteur de projets pour

la communauté afin de susciter

des coopérations. ■

y Capture de balle : l’effet de la gravité sur les fonctions sensori-motrices estun thème important tant au plan fondamental que pour l’adaptation del’homme à l’espace pour l’exploration interplanétaire (Lune, Mars). La nou-veauté des projets proposés concernera l’enregistrement de l’activité céré-brale dans l’espace ( instrument MEM associé à l’instrument SENS) et l’utili-sation de la réalité virtuelle pour la téléopération et la téléprésence.

21

GlossaireDe nouveaux

projets

en perspective…Marie-José Vaissière, Cnes

Loin d’être exhaustif,

ce glossaire veut vous donner

un rapide aperçu

de quelques projets nouveaux

ou remis au goût du jour,

parmi les soixante abordés au

séminaire, et qui vont être étudiés

attentivement dans les mois à venir.

AltiKa • Aspics • Déclic • Dune • Eclairs • Max •

Microméga • Néo • Pégase • Picard • Pollution •

Réseau martien • Roue interférométrique • Sanpam •

Sens • Simbol-X • Swarm • Swimsat • Taranis •

© N

asa

D O S S I E R

22

GlossaireDe nouveaux projets

en perspective…

Marie-José Vaissière, Cnes

A

● AltiKa - Observation de la Terre - Ce projet

d’instrument altimétrique en bande Ka (35 GHz), destiné à l’océanographie

spatiale, présente l’intérêt d’avoir une très haute résolution altimétrique. Il

est conçu pour assurer une mission complémentaire à Jason 2 en termes

de couvertures spatiale et temporelle. Il pourra également avoir des appli-

cations dans le domaine des eaux continentales et des surfaces glacées. La

compacité d’AltiKa lui permet d’être un passager sur une mission d’oppor-

tunité ou d’embarquer sur un microsatellite dédié. La première mission d’Al-

tiKa est prévue dans une perspective de suite à Envisat, vers 2008-2009. ●

D

● Décl ic -

Sciences de la

matière - Ce mini -

laboratoire est constitué

d’un module de servitudes

fournissant les diagnostics

mécaniques, thermiques et optiques, et d’un logement pour recevoir des

modules enfichables (véritables petits instruments spécifiques à une expé-

rience donnée). Déclic (Dispositif d’étude de la croissance et des liquides

critiques) permettra d’étudier en micropesanteur la physique au voisinage

du point critique, notamment la combustion dans l’eau supercritique, et la

solidification de matériaux modèles transparents. Le Cnes est maître d’œuvre

de ce projet, en partenariat avec le CNRS et le Commissariat à l’énergie ato-

mique (CEA). La livraison à la Nasa du modèle de vol est prévue en novembre

2005 pour un vol premier semestre 2006. ●

● Dune - Étude et exploration de l’Univers -

Cette mission de cosmologie observationnelle vise la détection et la carac-

térisation de la matière noire : étude et détection des supernovae les plus

lointaines et étude du cisaillement gravitationnel (effet lentille gravitation-

nelle). Ce thème a été proposé dans le cadre de l’appel à idées de l’Esa

2004. L’étude de phase 0, qui devrait démarrer en 2005, sera destinée à

figer les grandes options du concept de mission. Dune (Dark UNiverse Explo-

rer) est un imageur à grand champ. Commissariat à l’énergie atomique

(CEA) et Institut d’astrophysique de Paris (IAP). ●

E

● Eclairs - Étude et exploration de l’Univers -

Cette mission scientifique repose sur la détection et la caractérisation des

phénomènes astronomiques : les sursauts gamma. En garantissant avant la

fin de la décennie l’observation d’une centaine de sursauts gamma par an,

Eclairs apportera une contribution unique aux deux axes de recherche par-

ticulièrement féconds en astronomie : la compréhension du phénomène des

sursauts et leur utilisation en cosmologie. Le projet prévoit un microsatellite

de la classe Myriade afin d’effectuer des observations de sursauts simulta-

nément dans le domaine des rayons gamma et dans le visible, indépen-

damment de leurs durées. La mission Eclairs sera entreprise par une colla-

boration incluant les laboratoires français suivants : le Département d’astro-

physique, de physique des particules, de physique nucléaire et d’instrumentation

associée (Dapnia) du CEA/Saclay, le CESR (Centre d’étude spatiale des rayon-

nements) et le LATT (Laboratoire d’astrophysique de Toulouse-Tarbes), le LAM

(Laboratoire d’astrophysique de Marseille) et l’Observatoire de Haute-Pro-

vence, l’IAP (Institut d’astrophysique de Paris) et la Fédération de la recherche

en astroparticule et cosmologie APC / Paris. ●

● Aspics - Étude et exploration de l’Uni-

vers - Cette mission de physique solaire dédiée à la coronographie a

pour objectif d’observer la couronne solaire très près du Soleil (à environ 7

000 km). Aspics pourra réaliser des observations fines pour comprendre

les phénomènes UV peu

visibles depuis la Terre.

Deux satellites en forma-

tion constitueront un coro-

nographe. Le premier satel-

lite occulteur cachera le

Soleil pour ne voir que sa

couronne, le second obser-

vateur réalisera des

mesures de phénomènes

UV visibles au Soleil. Les

deux satellites seront dis-

tants de 100 mètres l’un de l’autre, avec un contrôle de positionnement au

centimètre près et des mesures contrôlées au millimètre près. Les études

de phase 0 devraient être engagées en 2004. Si le projet Aspics est

décidé (en 2006), le lancement pourrait avoir lieu entre 2010 et 2012.

Laboratoire d’astrophysique de Marseille (LAM). ●

VOL EN FORMATI

ON

23

M

● Max - Étude

et exploration

de l ’Univers -

Avec une sensibilité accrue

de près de deux ordres de

grandeur par rapport à

celle des instruments existants, Max présente un potentiel extraordinaire

pour la spectroscopie gamma fine. L’observation des raies gamma nucléaires

est une des clés pour répondre aux questions fondamentales sur la struc-

ture et l’évolution de l’Univers, particulièrement sur les cycles de la matière

et son comportement dans des conditions extrêmes. Dans la continuité de

Claire, cette mission permettra de comprendre les trous noirs, objets com-

pacts, sursauts gamma à un niveau d’énergie d’environ 400-500 keV. Cet

observatoire astronomique sera composé de deux satellites en formation :

un satellite “lentille” qui renverra les rayons gamma sur un satellite “détec-

teur”. La distance focale sera d’environ 90 m. La position des satellites l’un

par rapport à l’autre sera contrôlée au centimètre près, le satellite “lentille”

sera orienté avec une précision de l’ordre d’une dizaine de secondes d’arc.

Les études de phase 0 devraient débuter en 2004, avec une décision de

projet en 2006. Centre d’étude spatiale des rayonnements (CESR). ●

P

● Pégase -

Étude et exploration de l’Univers - En vue de faire

de l’interférométrie en infrarouge et de comprendre la formation des étoiles

et systèmes planétaires, Pégase est une mission de démonstration de la

mission scientifique de l’Esa, Darwin, qui étudiera les exoplanètes aux carac-

téristiques proches de la Terre. Pégase utilisera trois satellites en formation,

reproduisant une première approche des fonctions assurées par les sept

satellites de Darwin. Deux d’entre eux embarqueront chacun un miroir

incliné à 45° pour recueillir la lumière venant entre autres de l’étoile, avec

une précision de pointage de l’ordre de 0,1 seconde d’arc. Cette lumière

sera réfléchie vers un satellite recombinateur central (équipé de deux téles-

copes en opposition pointés chacun sur l’un des miroirs). La combinaison

des rayonnements infrarouges venant des deux satellites miroirs sera réa-

lisée par des systèmes optiques très précis à l’intérieur du satellite recom-

binateur. L’écart entre les deux satellites miroirs pourra aller jusqu’à 500

mètres. La décision d’engager le projet sera prise en 2006. Institut d’astro-

physique spatiale (IAS). ●

● Picard - Étude et exploration de l’Univers -

Cette mission purement scientifique concerne l’observation du Soleil et son

influence sur la météorologie de la Terre. Picard réalisera des mesures du

diamètre du Soleil, du mouvement des taches sur le Soleil, de la constance

solaire ainsi que des

mesures radiométriques sur

certaines longueurs d’onde

du Soleil. Trois instruments

composeront la charge utile :

un télescope développé par

le service d’aéronomie du

CNRS, un radiomètre déve-

loppé par l’Institut royal de

météorologie belge (IRMB) et un second radiomètre développé par l’Obser-

vatoire physico-météorologique de Davos (PMOD suisse). Cette mission est

basée sur le système Myriades, avec un segment sol générique et une pla-

teforme quasigénérique. Le projet a été gelé en 2003, la décision de pour-

suivre doit être prise lors du CPS d’octobre 2004. Le lancement aurait lieu au

début du prochain cycle ascendant du Soleil, en 2008. ●

● Microméga - Observation de la Terre -

L’objectif de la mission est la mesure précise du champ de gravité terrestre

en étudiant les perturbations d’orbite d’une formation de 3 (ou 4) satellites

volants en orbite basse. Microméga s’inscrit dans la lignée des missions

Grace (mesure des variations temporelles du champ) et Goce (observation

précise et à haute résolution spatiale du champ à époque donnée). Les

satellites seront équipés d’accéléromètres qui permettront de distinguer les

forces de gravité des forces de surface exercées sur les satellites. Grâce à

un lien laser, la vitesse relative entre deux satellites peut être contrôlée. La

position des satellites sera déterminée par GPS. L’Onéra sera partenaire

notamment pour la fourniture des accéléromètres. Le Groupe de recherche

en géodésie spatiale (GRGS) est à l’origine de ce projet qui n’est pas encore

entré en phase 0. ●

N

● Néo (Near Earth Object) - Étude et explo-

ration de l’Univers - Cette mission d’exploration du système

solaire devrait étudier des astéroïdes primitifs, géocroiseurs susceptibles

d’impacter la Terre. Un satellite placé en orbite autour d’un astéroïde devrait

larguer un atterrisseur (type Rosetta) pour des mesures in situ sur la com-

position chimique de l’astéroïde. Deux aspects seront abordés dans cette

mission : un volet scientifique d’étude de la formation du système solaire

et un volet sociétal sur le risque de collision avec la Terre. Ce projet, qui

dépasse les programmes scientifiques, pourrait impliquer l’Agence spa-

tiale européenne et les pays de l’Union européenne. Une étude de phase

0 sera menée en interne Cnes courant 2005. ●

y

VOL EN FORMATI

ONVOL EN FORMATI

ON

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ON

24

D O S S I E R

Glossaire (suite)

P

● Pollution - Observation de la Terre -

Le concept à l’étude concerne la surveillance de la pollution chimique dans

les basses couches de l’atmosphère. Cette mission spatiale innovante vien-

drait renforcer les réseaux de mesures faites depuis le sol en offrant un

suivi temporel et spatial homogène et continu sur l’ensemble des zones

industrialisées. L’instrumentation du système serait fondée sur la spectro-

métrie infrarouge dont le Cnes a développé une expertise technologique

pour le projet Iasi. Dans le cadre des programmes de surveillance de l’en-

vironnement (Global Monitoring for Environment and Security : GMES), des

missions de chimie de l’atmosphère sont en cours de définition au niveau

européen afin de répondre à des objectifs opérationnels. Les données

recueillies pourront être intégrées dans les modèles (sol/espace) afin d’orien-

ter les décisions politiques européennes en matière de protection de l’en-

vironnement (définition des limitations de rejets industriels, maîtrise de l’éner-

gie et de transports, implication sur la santé et l’écologie). Partenariat : les

laboratoires scientifiques, les agences en charge de l’énergie, de l’envi-

ronnement et des risques. Une étude de phase 0 a débuté mi-2004 avec

la mise en place d’une équipe d’ingénieurs Cnes et d’un groupe mission

composés d’experts scientifiques chargés de la définition des spécifications

techniques. L’objectif est d’identifier les points durs et d’engager éventuel-

lement des axes de R&T afin de converger, d’ici 1 à 2 ans, vers un concept

unique de mission réalisable autour de 2012. ●

S

● Sanpam - Étude et exploration de l’Uni-

vers - Mission de cosmologie observationnelle, Sanpam (Satellite pour

l’analyse polarisée des anisotropies micro-ondes) vise à mesurer le fond

diffus cosmologique dans le domaine submillimétrique. Au travers de cette

observation, il s’agit d’étudier l’Univers primordial à la suite de la mission

de l’Esa Planck-Surveyor. Une étude de phase 0 devrait être engagée autour

de ce concept. Institut d’astrophysique spatiale d’Orsay (IAS). ●

R

● Réseau martien - Étude et exploration

de l’Univers - La mission Réseau martien a pour objectif le déploie-

ment d’un réseau de petits atterrisseurs à la surface de Mars pour effectuer

des mesures géophysiques : étude du climat, sondage sismique et magné-

tique, géodésie. Le principe d’une mission de réseau sur Mars consiste à

faire fonctionner simultanément des capteurs répartis à la surface de la

planète. Les mesures obtenues corrélées dans le temps permettent d’ob-

tenir des informations originales non disponibles par d’autres moyens. Un

réseau nécessite au minimum trois stations en fonctionnement simultané

à la surface de Mars afin de faire une triangulation des séismes. Ce projet

a pour objectif central l’étude de la structure interne de la planète par sis-

mologie. La fiabilité des systèmes d’atterrissage incite à déployer quatre

stations vers Mars. Par ailleurs, les stations envisagées étant modestes en

masse et puissance, les données scientifiques doivent être recueillies par

un satellite relais situé en orbite martienne. En effet, il n’est pas possible de

transmettre ces données directement vers la Terre, faute d’énergie suffi-

● Roue interférométrique - L’objectif principal

de la mission est de réaliser un modèle numérique de terrain mondial, c’est-

à-dire mesurer précisément l’altitude du terrain en tout point du globe ter-

restre. Le projet est fondé sur le vol en formation de trois microsatellites

radars passifs, positionnés en orbite basse au voisinage d’un émetteur

radar imageur. Ces microsatellites, en rotation autour d’un point (fictif) situé

à quelques dizaines de

kilomètres du radar

émetteur, récupéreront

une partie de l’onde de

ce dernier après rétro-

diffusion par le sol. Les

instruments fourniront

des données qui per-

mettront d’établir, en un

an, une carte des alti-

tudes de la totalité de la surface terrestre avec une précision métrique (pro-

duit actuellement inexistant à cette précision). Des missions secondaires

pourront être réalisées par la Roue interférométrique, telles que des mesures

de courants marins et la démonstration que la résolution des images de

l’émetteur peut être améliorée par le traitement des données de la roue.

Les partenaires majeurs seront l’opérateur de l’émetteur radar imageur, et

potentiellement l’Allemagne pour le traitement des données. L’avant-projet

est en fin de phase A, la décision d’entrer en phase B n’est pas arrêtée à

ce jour. ●

sante à bord. Afin

de réaliser cette

mission dans un

nouveau cadre, des

coopérations sont

actuellement envi-

sagées avec l’Esa (programme Aurora), la Nasa (mission Scout en 2011) ou

l’Agence spatiale canadienne. La phase 0 devrait être engagée en 2005 et

la sélection du projet interviendrait en 2006 pour un créneau de lancement

visé fin 2011. ●

VOL EN FORMATI

ON

25

● Swarm - Observat ion de la Ter re -

Prochaine mission d’opportunité dans le programme d’observation de la

Terre de l’Esa, Swarm devrait mesurer le champ magnétique terrestre. La

mission sera composée de trois satellites équipés d’instruments (magnéto-

mètres) et placés sur des orbites optimisées pour capter les différentes sources

du champ magnétique. Le Cnes fournira les instruments : un premier

magnétomètre réalisera des mesures absolues de l’intensité du champ

magnétique, il servira à étalonner les autres instruments de la charge utile

qui effectueront des mesures selon trois axes. Le magnétomètre sera construit

par le Léti (Laboratoire d’électronique, de technologie et d’instrumentation

du CEA/Grenoble, France). Objectif de lancement : 2009. ●

● Swimsat - Observation de la Terre - Projet

soumis à l’Agence spatiale européenne en réponse à l’appel d’offres sur les

missions d’opportunité. Swimsat (Surface Waves Investigation and Monito-

ring from SATellite) porte sur la mesure de certaines caractéristiques de l’état

de la mer : distribution des vagues en direction, en longueur d’onde et en

hauteur (aussi appelé spectre directionnel des vagues). Swimsat est un pro-

jet de satellite, équipé d’un radar multifaisceaux à ouverture réelle en bande

Ku, embarquable sur une plateforme de type minisatellite. Ce diffusiomètre

est composé de six faisceaux : un faisceau central visant le nadir, et cinq fais-

ceaux positionnés autour du faisceau central, et distants de 2° l’un par rap-

port à l’autre. Ce système permettra de créer une fauchée de 150 km envi-

ron, tournant à environ 6 tours/min. Ainsi, un point au sol pourra être observé

par plusieurs faisceaux et sous différents angles. Les données recueillies

après traitement pourront être assimilées à des modèles de prévision de l’état

de mer. Les utilisateurs du système seraient les centres de météo marine, les

armateurs, les navigateurs. La phase A du projet a été réalisée au Cnes, la

décision de démarrer la phase B est en attente. ●

T

● Taranis - Étude et exploration de l’Uni-

vers - Cette micromission devrait étudier les sprites (éclairs de la haute

atmosphère) et les émissions associées, ainsi que comprendre les phéno-

mènes énergétiques entre notre atmosphère météorologique, le Soleil et la

haute atmosphère. Il s’agit d’étudier les couplages atmosphère – ionosphère

– magnétosphère soumis à des influences provenant de la basse atmosphère

(orages atmosphériques, activité météorologique, volcans, activité humaine)

et de l’espace (vent solaire, radiations cosmiques). Des collaborations sont

envisagées avec le Laboratoire de physique et chimie de l’environnement

(LPCE / Orléans), le Commissariat à l’énergie atomique (CEA), le Centre d’étude

des environnements terrestres et planétaires (CETP), le Centre d’étude spa-

tiale des rayonnements (CESR), le laboratoire d’études spatiales et d’instru-

mentation en astrophysique (Lésia), SA, Météo France, Danish Space Research

Institute (Danemark), Los Alamos National Laboratory (États-Unis). Ces labo-

ratoires pourraient notamment

fournir les instruments de la

charge utile. ●

● Sens - Sciences de la vie - Instrument multi-utili-

sateurs destiné à la communauté des neurosciences, Sens est dédié à l’ex-

ploration des fonctions sensori-motrices chez l’homme (perception, contrôle

du mouvement, mémoire spatiale, équilibre, activité cérébrale). Il comprend

un ordinateur central relié à des instruments de mesure : oculomètre, casque

de réalité virtuelle, manche à retour d’effort, système de mesure des mou-

vements des segments corporels, stimulateur acoustique. Il pourra être mis

en interface avec l’instrument développé par l’Esa pour l’étude de l’activité

cérébrale. Sens est destiné aussi bien à la recherche fondamentale qu’aux

études de médecine et d’ergonomie spatiales pour l’exploration planétaire

(Lune, Mars). Projet engagé au niveau national (Cnes) tout au moins pour

la phase A. ●

● Simbol-X - Étude et

exploration de l’Uni-

vers - Descendant de l’observa-

toire d’astronomie à rayons X de l’Esa

XMM-Newton, Simbol-X observera

les phénomènes violents dans l’Uni-

vers (trous noirs, étoiles à neutron, supernovae, etc.) dans le domaine des

rayonnements X et gamma à un niveau d’énergie inférieur à 100 keV. Deux

satellites en formation constitueront un télescope haute résolution : un satel-

lite miroir collectera les rayonnements et les focalisera vers un satellite détec-

teur. La distance entre les deux satellites sera de 30 m, avec un contrôle de

positionnement au centimètre près et des mesures au millimètre près. Les

études de phase 0 ont été engagées en 2003, la décision de passage en

phase B (projet décidé) sera prise en 2006 pour un lancement qui devrait

intervenir entre 2012 et 2014. Commissariat à l’énergie atomique (CEA). ●

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