Épisode 15 : Les Premiers Robots Explorateurs (1972-1976)
Introduction
Dans le dernier épisode, on a vu comment l’Europe s’est unie pour créer l’ESA et lancer Ariane. Pendant que l’Europe construit son lanceur et signe sa convention à Paris en 1975, les États-Unis, eux, ne restent pas les bras croisés. Ils ont envoyé des hommes sur la Lune. Ils ont lancé Skylab. Et pendant que les humains apprennent à vivre en orbite, une autre aventure commence : celle des robots explorateurs. Parce qu’il y a une question que tout le monde se pose après Apollo. On a marché sur la Lune. Et maintenant ? Jupiter est à 600 millions de kilomètres. Saturne à plus d’un milliard. Mars, Mercure, les planètes géantes : comment les explorer sans y envoyer d’astronaute ? La réponse, c’est une génération de sondes conçues pour partir loin, très loin, et envoyer des données pendant des années. Entre 1972 et 1976, quatre missions vont changer notre vision du système solaire : Pioneer 10, Pioneer 11, Mariner 10, et les Viking. Et une technique va tout rendre possible : l’assistance gravitationnelle, cette idée géniale qui consiste à utiliser une planète comme fronde pour gagner de la vitesse sans carburant. Bienvenue dans l’ère des premiers robots explorateurs.
Chapitre 1 : Pioneer 10, premier survol de Jupiter (1972-1973)
Le 2 mars 1972, une fusée Atlas-Centaur décolle de Cap Canaveral. À son sommet : Pioneer 10, la première sonde jamais envoyée vers les planètes extérieures. Objectif : Jupiter. Personne n’a encore approché la géante gazeuse. La mission est prévue pour durer vingt et un mois. Elle va en réalité envoyer des signaux pendant plus de trente ans. Mais avant d’atteindre Jupiter, Pioneer 10 doit traverser un passage redouté : la ceinture d’astéroïdes, cette zone entre Mars et Jupiter où des milliers de roches orbitent autour du Soleil. À l’époque, les ingénieurs ne savent pas si une sonde peut survivre à ce voyage. On imagine des impacts, des perforations, des pannes. En pratique, Pioneer 10 traverse la ceinture sans dommage. Le danger était surestimé. Et le 4 décembre 1973, elle atteint Jupiter. Premières images rapprochées de la planète géante, de sa Grande Tache Rouge, de ses lunes. Les instruments révèlent une magnétosphère gigantesque (un champ magnétique qui s’étend bien au-delà de la planète), des ceintures de rayonnement bien plus intenses qu’autour de la Terre, et confirment que Jupiter est une boule d’hydrogène et d’hélium avec une structure interne encore mal comprise. La NASA a prouvé qu’on pouvait aller jusque-là.
Sauf que Pioneer 10 ne s’arrête pas là. Elle ne se met pas en orbite autour de Jupiter. Elle la survole et continue. La gravité de Jupiter la dévie, l’accélère, et la projette sur une trajectoire de fuite : une trajectoire qui l’éloigne du Soleil pour toujours. Elle ne reviendra jamais. Elle s’en va vers l’infini. Et le 13 juin 1983, elle franchit l’orbite de Neptune, qui est alors la planète la plus externe connue. Pioneer 10 devient ainsi la première sonde à dépasser l’orbite de la dernière planète du système solaire, et la première placée sur une trajectoire de fuite hors de la région planétaire. Un record historique. Les communications continuent encore longtemps. Mais la distance augmente. Les émetteurs radio de la sonde, alimentés par des générateurs nucléaires (RTG), perdent en puissance. Le 23 janvier 2003, la NASA reçoit un dernier signal. Pioneer 10 est alors à environ 12,2 milliards de kilomètres de la Terre. Une tentative de contact le 7 février 2003 ne donne rien. Depuis, la sonde continue sa route en silence. Elle ne parle plus. Mais elle avance toujours.
🔋 Le RTG, ou comment avoir du courant loin du Soleil
Près de la Terre ou de Mars, une sonde peut se contenter de panneaux solaires : le Soleil envoie assez de lumière pour produire de l’électricité. Mais plus on s’éloigne, plus la lumière se dilue. Vers Jupiter, elle est déjà vingt-cinq fois plus faible qu’ici. Vers Saturne, cent fois. Au-delà, les panneaux ne suffisent plus. Les Pioneer, comme les Voyager après elles, utilisent donc un RTG (Radioisotope Thermoelectric Generator) : un générateur qui produit du courant sans Soleil. Le principe : un bloc de plutonium 238, un isotope radioactif qui se désintègre en dégageant de la chaleur. Cette chaleur est convertie en électricité par des thermocouples (des jonctions qui produisent un courant quand une face est plus chaude que l’autre). Pas de moteur, pas de pièce mobile. Juste de la physique. La puissance diminue avec le temps (le plutonium se désintègre), mais lentement : une demi-vie d’environ 88 ans. C’est pour ça que Pioneer 10 a pu émettre pendant plus de trente ans. Sans RTG, aucune sonde n’aurait pu aller aussi loin et rester en contact avec la Terre.
Chapitre 2 : Pioneer 11, Jupiter puis Saturne (1973-1979)
Un an après Pioneer 10, la NASA lance une sœur : Pioneer 11, le 6 avril 1973. Même objectif initial : Jupiter. Elle l’atteint le 2 décembre 1974, complète les observations de Pioneer 10 et prépare le terrain pour les futures missions. Mais les ingénieurs ont une idée plus ambitieuse. Et si on utilisait Jupiter non seulement pour l’observer, mais pour changer de cap ? En passant au bon endroit, la gravité de la planète peut dévier la sonde et l’envoyer vers une cible plus lointaine. C’est l’assistance gravitationnelle. Quelques mois plus tôt, Mariner 10 l’a utilisée avec Vénus pour atteindre Mercure (on y reviendra). Pioneer 11, elle, est la première à s’en servir pour viser une planète plus lointaine : Saturne. Après son survol de Jupiter, sa nouvelle trajectoire est une orbite elliptique très allongée. Contre-intuitivement, cette ellipse la ramène d’abord vers l’intérieur du système solaire (plus près du Soleil) ; c’est l’autre extrémité de l’ellipse qui, cinq ans plus tard, croisera l’orbite de Saturne. En résumé : on « plonge » vers le Soleil pour ensuite ressortir plus loin. Le 1er septembre 1979, Pioneer 11 passe à environ 24 000 kilomètres de la planète aux anneaux. Trois cent soixante-neuf ans après que Galilée ait observé autour d’elle des « oreilles » sans comprendre qu’il s’agissait d’anneaux, une sonde en envoie les premières images rapprochées : Saturne, ses anneaux (dont une structure plus fine, l’anneau F), et son champ magnétique. Ces données seront précieuses pour les missions suivantes. Après Saturne, Pioneer 11 part elle aussi sur une trajectoire de fuite. Elle ne s’arrêtera plus.
Pioneer 10 et Pioneer 11 emportent chacune un objet symbolique : une plaque en aluminium anodisé or, fixée sur le support d’antenne. L’idée vient du journaliste Eric Burgess ; Carl Sagan et Frank Drake en conçoivent le contenu, Linda Salzman Sagan et Jon Lomberg en dessinent les motifs. Sur la plaque : un schéma de l’atome d’hydrogène (référence universelle), la position du Soleil par rapport à quatorze pulsars (des étoiles à neutrons qui émettent des signaux réguliers, comme une horloge cosmique), les silhouettes d’un homme et d’une femme, et un schéma du système solaire avec la trajectoire de la sonde. Le message est simple : « Nous sommes là. Nous avons envoyé ça. Si quelqu’un croise cette sonde un jour, très loin, qu’il sache d’où elle vient. » Ce n’est pas une bouteille à la mer. C’est un pari sur l’avenir. Les deux Pioneer continuent leur route. Elles portent ce message avec elles.
💡 L’assistance gravitationnelle, la fronde cosmique
Comment une planète peut-elle « donner » de la vitesse à une sonde sans moteur ? L’idée semble magique. En réalité, c’est de la mécanique. Imagine une balle qui rebondit sur un camion en mouvement. Si le camion roule vers la balle, la balle repart plus vite après le choc. Elle a gagné de l’énergie. Une planète tourne autour du Soleil à des dizaines de milliers de kilomètres par heure. Quand une sonde s’approche d’elle, la gravité l’attire. La sonde accélère en « tombant » vers la planète. Si on calcule bien la trajectoire, elle ne s’écrase pas : elle contourne la planète et s’éloigne. En s’éloignant, elle perd de la vitesse par rapport à la planète. Mais par rapport au Soleil, sa direction et son énergie orbitale ont changé. Selon la géométrie du survol, la sonde peut gagner de la vitesse (pour s’éloigner du Soleil) ou en perdre (pour se rapprocher). On appelle ça l’effet de fronde, ou slingshot en anglais. Cette vidéo de Science étonnante l’explique avec des schémas clairs. Sans cette technique, atteindre Saturne, Uranus ou Neptune exigerait des quantités de carburant prohibitives. Avec elle, Pioneer 11 va de Jupiter à Saturne. Et bientôt, d’autres sondes feront bien mieux : un « Grand Tour » de plusieurs planètes avec une seule sonde. L’assistance gravitationnelle, c’est la clé des grands voyages.
Chapitre 3 : Mariner 10, vers Mercure (1973-1975)
Pendant que les Pioneer visent les géantes, une autre sonde part vers la planète la plus proche du Soleil : Mercure. Le problème avec Mercure, c’est qu’elle est au fond du puits gravitationnel solaire. S’y rendre directement demande d’énormes freinages, donc énormément de carburant. La solution : utiliser Vénus comme fronde. Mariner 10 est lancée le 3 novembre 1973. Elle survole Vénus le 5 février 1974, envoie des données sur l’atmosphère vénusienne (premières images en ultraviolet des nuages), et sa trajectoire est déviée vers Mercure. C’est la première mission de l’histoire à utiliser l’assistance gravitationnelle (Vénus, février 1974), et la première conçue pour viser deux planètes en une seule mission. Elle effectue trois survols de Mercure : mars 1974, septembre 1974, mars 1975. Personne n’avait jamais vu Mercure d’aussi près. La surface apparaît criblée de cratères, un peu comme la Lune, avec une atmosphère négligeable. Et personne ne reverra Mercure d’aussi près avant la mission Messenger en 2011. Mariner 10 reste donc la seule source d’images rapprochées de Mercure pendant plus de trente ans.
La découverte la plus surprenante : Mercure possède un champ magnétique. On le détecte en avril 1974. Pour une petite planète supposée « morte », sans dynamo interne active, c’était inattendu. Le champ est faible (environ 400 nanoteslas, vingt fois le champ solaire local), mais il est bien là. Mercure rejoint la Terre comme l’une des deux seules planètes telluriques à avoir un champ magnétique intrinsèque. Ça change la façon dont on imagine l’intérieur de Mercure : un noyau peut-être encore partiellement liquide, une histoire géologique plus complexe qu’on ne le pensait. Mariner 10 a ouvert une fenêtre. Les missions suivantes la refermeront bien plus tard.
Chapitre 4 : Viking 1 et 2, premiers pas sur Mars (1975-1976)
Mars, elle, n’est pas qu’un objectif de survol. On veut s’y poser. Les Viking sont deux missions jumelles. Chacune comprend un orbiteur (qui cartographie la planète et sert de relais radio) et un atterrisseur (qui se pose au sol et mène les expériences). Viking 1 est lancée le 20 août 1975, Viking 2 le 9 septembre 1975. Presque un an de voyage. Viking 1 atterrit le 20 juillet 1976 dans Chryse Planitia (les Plaines d’Or). Viking 2 atterrit le 3 septembre 1976 dans Utopia Planitia. Ce sont les premiers atterrissages réussis et durables sur Mars. Les premières images couleur du sol martien. Les premières analyses in situ. Et surtout, la question qui motive toute la mission : y a-t-il de la vie sur Mars ?
Les atterrisseurs embarquent quatre expériences pour tester le sol. Trois sont dites « biologiques » : on dépose des nutriments sur le sol, on mesure les dégagements de gaz, on cherche une fixation du carbone comme dans la photosynthèse ou la chimiosynthèse. Les résultats sont troublants. Certaines expériences donnent des réactions : dégagement de gaz après « alimentation » du sol, courbes qui ressemblent à une activité métabolique. De quoi exciter les partisans de la vie martienne. Mais le quatrième instrument, un chromatographe couplé à un spectromètre de masse (GC-MS), ne détecte aucune molécule organique dans les échantillons. Conclusion officielle de la NASA : le sol martien est stérile. Les réactions observées seraient d’origine chimique (par exemple des perchlorates, des sels qui réagissent avec les nutriments). Le débat n’est pas clos. Certains chercheurs estiment encore aujourd’hui que les expériences Viking ont pu détruire des traces de vie ou mal interpréter les signaux. D’autres évoquent une contamination terrestre : des bactéries embarquées sur les atterrisseurs malgré la stérilisation auraient pu survivre au voyage et fausser les mesures. Les Viking avaient pourtant été soigneusement nettoyés ; des milliers de prélèvements microbiologiques avaient été effectués avant le lancement. Mais des spores résistantes peuvent subsister. D’autres défendent la conclusion « chimie inorganique ». Ce qui est certain : Mars n’est pas un désert inerte. Les orbiteurs ont cartographié la planète, mesuré les vents, observé des tempêtes de poussière. Il y a des processus chimiques, peut-être des niches où la vie aurait pu subsister. Mais aucune preuve claire de vie n’a été trouvée en 1976. La quête continue.
La longévité des Viking, en revanche, ne fait pas débat. L’atterrisseur de Viking 1 envoie des données jusqu’au 11 novembre 1982, plus de six ans après l’atterrissage. La perte de contact est due à une mise à jour logicielle erronée envoyée depuis la Terre. L’orbiteur de Viking 1 reste opérationnel jusqu’en août 1980. Viking 2, dont l’atterrisseur tombe en panne (batterie) en avril 1980, a déjà prouvé la robustesse du concept. Pour l’époque, c’est une longévité exceptionnelle. Les Viking ont ouvert la voie à toutes les missions martiennes suivantes.
Conclusion
En quelques années, entre 1972 et 1976, les robots ont survolé Jupiter, Saturne et Mercure, et se sont posés sur Mars. L’assistance gravitationnelle est devenue la clé des grands voyages. Les Pioneer ont montré qu’on pouvait dépasser l’orbite de Neptune et partir sur une trajectoire de fuite ; elles ont emporté un message pour quiconque croiserait un jour leur route. Mariner 10 a révélé le champ magnétique de Mercure. Les Viking ont posé la question de la vie sur Mars et n’ont pas donné de réponse définitive, mais ils ont prouvé qu’on pouvait atterrir, analyser, transmettre, pendant des années. L’exploration robotique du système solaire n’en est qu’à ses débuts. La prochaine étape, ce sont des sondes encore plus ambitieuses : capables de visiter plusieurs planètes d’un coup, d’aller plus loin que jamais, et de porter plus loin encore le message de l’humanité. Dans le prochain épisode, on suivra les Voyager : les ambassadeurs de l’humanité partis en 1977 pour un voyage qui n’est pas encore terminé.