Après 8 ans de voyage, la sonde BepiColombo est entrée dans sa phase d’arrivée sur la planète Mercure.

Lancée le 20 octobre 2018 à bord d’une Ariane 5, la sonde est un empilage de plusieurs modules. Ce 3 septembre 2026, le module de transfert MTM s’est séparé des 2 orbiteurs scientifiques de BepiColombo.

BepiColombo est une initiative conjointe de l’ESA et de l’Agence japonaise d’exploration aérospatiale, JAXA. 

C’est la première étape majeure de l’une des séquences d’arrivée planétaire les plus difficiles sur le plan opérationnel jamais tentées par l’ESA.

BepiColombo était composée au lancement de plusieurs éléments empilés : deux orbiteurs et un module de transfert. Ce dernier n’était nécessaire que pour le voyage de la Terre vers Mercure mais avec l’arrivée dans les prochaines semaines pour la mise sur orbite autour de Mercure, il convenait de s’en séparer.

• Le Module de Transfert, ou Mercury Transfer Module (MTM) fournissant une propulsion électrique pour la phase de croisière vers Mercure.

• Un orbiteur planétaire ou Mercury Planetary Orbiter (MPO) développé par l’ESA. Il réalisera une cartographie complète de Mercure, étudiera sa composition et sa structure interne.

• Un orbiteur magnétosphérique ou Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO) développé par la JAXA. Surnommé Mio, l’orbiteur analysera le champ magnétique et la magnétosphère de Mercure.

À 12h03 CEST (heure de Paris), l’équipe de contrôle de la mission a donné le feu vert pour procéder à la séparation du MTM de BepiColombo.

À 14h41 CEST, l’ESOC, le centre des opérations de l’ESA à Darmstadt en Allemagne, a détecté le signal Doppler préliminaire indiquant que MTM s’est bien séparé de « l’empilement » [Le signal Doppler est une variation de la fréquence radio établie entre la Terre et la sonde. Lorsque la sonde change de vitesse, la fréquence du signal change. C’est le même principe qui nous fait entendre un changement de hauteur dans le son de la sirène lorsqu’une ambulance se dirige vers nous ou s’éloigne de nous].

À 15h52 CEST, les antennes de l’espace lointain de l’ESA, l’Estrack, en Espagne et en Argentine, ont confirmé la séparation réussie du module de transfert MTM de BepiColombo par l’acquisition du signal venant du MPO. Les télémesures indiquaient ensuite que tous les systèmes étaient nominaux et que les panneaux solaires du MPO chargeaient les batteries de la sonde.

Un voyage de 8 ans

Depuis octobre 2018, la sonde BepiColombo a effectué plusieurs survols de la Terre, de Vénus et de Mercure, afin d’optimiser sa trajectoire pour ne pas consommer trop de carburants.

• Lancement : 01h45 GMT le 20 octobre 2018.
• Survol de la Terre : 10 avril 2020
• Survol de Vénus 1 : 15 octobre 2020
• Survol de Vénus 2 : 11 août 2021
• Survol de Mercure 1 : 1er octobre 2021
• Survol de Mercure 2 : 23 juin 2022
• Survol de Mercure 3 : 19 juin 2023
• Survol de Mercure 4 : 4 septembre 2024
• Survol de Mercure 5 : 1er décembre 2024
• Survol de Mercure 6 : 8 janvier 2025

Initialement prévue fin 2025, la mise sur orbite autour de Mercure n’a lieu finalement que fin 2026 suite à un souci de propulsion. Mais aujourd’hui tout va bien après un voyage de 8,5 milliards de kilomètres, soit l’équivalent de la distance aller-retour entre la Terre et Neptune. « Bepi » aura parcouru en fait 38 fois la distance maximale entre la Terre et Mercure.

Après la séparation de MTM, l’orbiteur planétaire MPO de l’ESA et l’orbiteur magnétosphérique MOI de la JAXA entreront ensemble en orbite autour de Mercure fin novembre, avant de se séparer les uns des autres en décembre 2026.

Voici le calendrier prévisionnel des prochaines étapes :

• 21 novembre 2026 : MPO et MMO (ou Mio), toujours empilés l’un sur l’autre, entrent sur une orbite polaire autour de la planète. 
• 9–10 décembre 2026 : MPO libère Mio sur sa dernière orbite polaire elliptique.
• 16 décembre 2026 : MPO libère le pare-soleil de Mio (MOSIF) et descend sur sa propre orbite à l’aide de ses propulseurs.
• 10 mars 2027 : MPO arrive sur son orbite finale. 
• 6 avril 2027 : Début de la phase scientifique de la mission.

Les 2 engins spatiaux MPO et Mio seront au final sur 2 orbites elliptiques autour du Soleil différentes. Le MPO fonctionnera sur une orbite de 2,3 heures à une altitude de 480 x 1 500 km au-dessus de la surface de la planète. Il faudra 9,3 heures au MMO pour orbiter autour de Mercure sur orbite de 590 x 11640 km.

11 instruments sont à bord du Mercury Planetary Orbiter (MPO) et 5 instruments sont embarqués sur le Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO) [détails dans l’article écrit au moment du lancement : BepiColombo : à l’assaut de Mercure].

Pourquoi étudier Mercure ?

Mercure, la plus petite planète de notre Système Solaire, reste peu connue car Mercure est très proche du Soleil, à 58 millions de kilomètres en moyenne ou 0,39 UA (1 Unité Astronomique = distance Terre-Soleil). Elle est difficile à observer directement depuis la Terre, sauf à l’aube ou au crépuscule, lorsque la luminosité du Soleil ne dépasse pas celle de la planète.

A cause de cette proximité du Soleil, il est aussi difficile d’y envoyer des sondes. Deux sondes ont pourtant déjà étudié la planète : Mariner 10 qui a survolé Mercure par 3 fois entre 1974 et 1975 et photographié 50% de sa surface, et Messenger (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging) qui a survolé Mercure à trois reprises avant de se mettre en orbite autour de la planète en 2011 et de percuter la surface de Mercure le 30 avril 2015.

Mercure est une planète rocheuse, légèrement plus grande que la Lune : 4 879 km de diamètre, soit 0,38 fois celui de la Terre et 1,40 fois celui de la Lune. Mais son diamètre a diminué depuis sa création ! Une spécificité de la planète ? La planète se refroidit-elle encore ? C’est l’un des mystères que doit percer la mission BepiColombo. Avec la Terre, Mercure est la seule autre planète tellurique à disposer d’un champ magnétique intrinsèque. La planète n’a aucun satellite naturel.

En dépit de sa proximité avec le Soleil, Mercure n’est pas la planète la plus chaude de notre Système Solaire (c’est Vénus la plus chaude) mais elle est la plus rapide, car elle tourne autour du Soleil tous les 88 jours. 

Mercure met 58 jours terrestres pour effectuer un tour complet sur son axe (période de rotation). En revanche, en raison de sa rotation lente et de son orbite rapide, il faut 176 jours terrestres pour que le Soleil revienne à la même position dans le ciel (jour solaire). L’obliquité (inclinaison de l’axe de rotation par rapport au plan orbital) de Mercure est de 0,01°, quasiment nulle. Contrairement à la Terre (23,4°), la planète n’a donc pas de saisons marquées dues à l’inclinaison de son axe.

Mercure possède une atmosphère extrêmement fine, avec une pression inférieure à 10⁻¹⁴ bar. Elle est composée principalement d’oxygène (42%), de sodium (29%), d’hydrogène (22%), d’hélium (6%) et de gaz à l’état de traces.

L’irradiance solaire reçue par Mercure varie entre 6 272 et 14 448 W/m², contre 1 366 W/m² pour la Terre. Au plus proche du Soleil, la planète reçoit donc plus de dix fois l’énergie solaire que nous. Sans atmosphère épaisse pour redistribuer la chaleur, Mercure connaît des écarts thermiques énormes : environ –180 °C du côté nuit et jusqu’à 450 °C du côté jour. C’est l’un des plus grands contrastes de température du Système Solaire.

Sa superficie est de 74,8 millions de km², ce qui représente 0,147 fois celle de la Terre. Autrement dit, il faudrait environ sept surfaces comme celle de Mercure pour recouvrir la Terre. À la surface de Mercure, la gravité est de 3,7 m/s², soit 38% de celle de la Terre. Un astronaute de 80 kg sur Terre ne « pèserait » plus que l’équivalent d’environ 30 kg sur Mercure.

La masse de Mercure est de 3,3 × 10²³ kg, soit 0,055 fois celle de la Terre. Malgré sa petite taille, sa densité est élevée, signe d’un noyau métallique très important. Sa masse volumique moyenne est de 5 430 kg/m³, très proche de celle de la Terre (5 515 kg/m³). Cette valeur élevée suggère un noyau de fer et de nickel occupant une grande partie du volume de la planète.

La mission BepiColombo a été baptisée en hommage au professeur italien Giuseppe « Bepi » Colombo (1920-1984), qui joua un rôle majeur dans le succès de la mission Mariner 10 avec ses calculs en mécanique orbitale pour la détermination de la première assistance gravitationnelle effectuée par un engin spatial (le survol de Vénus par Mariner 10 a permis de courber sa trajectoire de vol et ramener son périhélie, passage au plus près, au niveau de l’orbite de Mercure). Il participa aussi à la mission européenne Giotto d’étude de la comète de Halley.

Les objectifs scientifiques de la mission BepiColombo de l’ESA/JAXA couvrent tous les aspects de la planète et de son environnement. D’une manière générale, cet objectif sera atteint en étudiant les thèmes suivants :

• L’origine et l’évolution d’une planète proche de son étoile mère
• La structure et la composition intérieures de la planète
• Caractéristiques et origine de son champ magnétique interne
• Processus de surface, tels que la formation de cratères, la tectonique, les dépôts polaires et le volcanisme
• La structure, la composition, l’origine et la dynamique de l’exosphère de Mercure
• La structure et la dynamique de la magnétosphère de Mercure
• Théorie de la relativité générale d’Einstein (en effectuant des mesures précises de l’orbite et de la position du vaisseau spatial)

Les résultats scientifiques de cette mission permettront de mieux comprendre la formation de notre Système Solaire et l’évolution des planètes à proximité de leur étoile.

Sources principales : ESA

Image de couverture : Illustration d’artiste montrant le module de transfert séparé de la sonde composite BepiColombo avec le Mercury Planetary Orbiter (MPO) et le Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO). Le module de transfert n’est nécessaire que pour le voyage vers Mercure. La vue de Mercure est basée sur des images de la mission Mariner 10 de la NASA (crédit vaisseau spatial : ESA/ATG medialab ; Mercure : NASA/JPL).