Europa Clipper : À la recherche des secrets sous la glace de la lune Europe de Jupiter

14 octobre 202413 octobre 2024 Isabelle Europa, Europa Clipper, Europe, JPL, NASA

Les missions Voyager et Galileo ont révélé que la lune Europe de Jupiter est probablement un monde océanique avec une croûte de glace recouvrant un océan souterrain salé. La mission Europa Clipper de la NASA s’élance pour la caractérisation de l’intérieur de cette lune glacée qu’elle survolera pour la première fois au printemps 2031.

Sur la gauche, une vue d’Europe, la lune de Jupiter, prise le 2 mars 1979 par la sonde Voyager 1. Au milieu, une image couleur d’Europe prise par la sonde Voyager 2 lors de son survole le 9 juillet 1979. À droite, une vue d’Europe réalisée à partir d’images prises par la sonde Galileo de la NASA à la fin des années 1990 (crédits : NASA/JPL-Caltech).

Grâce à la sonde Galileo, on sait qu’Europe possède un champ magnétique induit, qui indique la présence d’une couche de fluide globale et électriquement conductrice sous la surface, très probablement un océan d’eau salée. Des panaches d’eau ont été également observés, suggérant la présence de réservoirs d’eau liquide peu profonds, sous la surface de la croûte glacée dont l’épaisseur est estimée entre 15 et 25 kilomètres.

En surface, le rayonnement intense de Jupiter crée des oxydants réactifs à partir de l’eau et des impuretés. Dans les profondeurs, l’interaction entre l’eau de mer et les matériaux du fond marin produirait un environnement réducteur. Si ces composés oxydants de surface se mélangent avec l’eau réduite de l’océan profond, cela pourrait générer un gradient redox exploitable par d’éventuels organismes. Sur Terre, toute forme de vie connue utilise de tels gradients pour extraire l’énergie chimique nécessaire à ses fonctions vitales. Europe posséderait ainsi les ingrédients qui peuvent permettre à la « vie » d’émerger : de l’eau liquide, des éléments bio essentiels, de l’énergie chimique et un environnement stable dans le temps.

Concept artistique montrant une variété de processus connus et hypothétiques qui affectent la composition de l’atmosphère ténue d’Europe, sa surface et son intérieur supérieur dans les dernières 10⁸ années. Les processus au sein de l’océan et de la coquille de glace d’Europe peuvent amener des matériaux océaniques à la surface, et certains matériaux de surface peuvent être livrés sous la surface par le biais d’événements géologiques. La composition de la surface est altérée par l’exposition aux radiations par le champ magnétique de Jupiter et par la matière entrante de l’espace, en particulier la matière crachée des volcans d’Io. Des substances volatiles et des grains de glace/poussière sont pulvérisés de la surface vers la fine atmosphère par irradiation et bombardement de micrométéoroïdes. Une partie de ce matériau retourne à la surface, tandis que certaines molécules et atomes s’échappent et peuvent former un nuage neutre ou même un tore autour de Jupiter (source *Exploring the Composition of Europa with the Upcoming Europa Clipper Mission*).

Plus récemment, c’est la sonde Juno qui a survolé Europe à plusieurs reprises [Juno survole la lune Europe de Jupiter], confirmant les longues fractures linéaires visibles à sa surface.

Europe, la lune de Jupiter, photographiée par l’instrument JunoCam à bord de la sonde Juno de la NASA lors du survol rapproché de la mission le 29 septembre 2022. Les images montrent les fractures, les crêtes et les bandes qui sillonnent la surface de la lune.
Données d’image : NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS. Traitement d’image : Björn Jónsson (CC BY 3.0)

Les principaux objectifs scientifiques de la mission Europa Clipper sont :

Confirmer la présence d’un océan souterrain, qui pourrait être 25 fois plus profond que les océans terrestres,
Caractériser la géologie, la surface et l’intérieur d’Europe
Déterminer la profondeur, la salinité et l’épaisseur de l’océan
Comprendre les échanges de matière entre la surface, la croûte de glace et l’océan.

*Europa Clipper avant la mise sous coiffe le 2/10/2024 (crédit NASA/JPL-Caltech)*

Pour réaliser ces objectifs scientifiques, la sonde Europa comporte 9 instruments :

La caméra à angle étroit (NAC, Narrow Angle Camera) et la caméra grand angle (WAC, Wide Angle Camera) du système d’imagerie EIS (Europa Imaging System) pour l’imagerie haute résolution
Imageur thermique E-THEMIS (THermal EMission Imaging System)
Spectromètre imageur MISE (Mapping Imaging Spectrometer for Europa) pour la cartographie spectrale de la surface
Spectromètre ultraviolet (Europa-UVS, Europa Ultraviolet Spectrograph)
Magnétomètre ECM (Europa Clipper Magnetometer)
Instrument plasma PIMS (Plasma Instrument for Magnetic Sounding)
Radar sondeur REASON (Radar for Europa Assessment and Sounding: Ocean to Near-surface)
Spectromètre de masse MASPEX (MAss SPectrometer for Planetary EXploration/Europa)
Analyseur de poussières SUDA (SUrface Dust Analyzer)

Activité scientifique	Instruments utilisés
Composition globale : Créer une carte de composition à une échelle spatiale ≤ 10 km couvrant ≥ 60 % de la surface, suffisante pour identifier les matériaux non glacés, notamment les composés organiques.	MISE, MASPEX, SUDA
Composition du relief : Caractériser la composition de ≥0,3 % de la surface, globalement répartie à une échelle spatiale ≤300 m, suffisante pour identifier les matériaux non glacés, notamment les composés organiques.	MISE
Composition atmosphérique : Caractériser la composition et les sources de substances volatiles, de particules et de plasma, suffisantes pour identifier les signatures de matériaux non glacés, y compris les composés organiques, sous au moins une des formes ci-dessus, dans des régions globalement réparties de l’atmosphère et de l’environnement spatial local.	MASPEX, SUDA, Europa-UVS, PIMS
Activité Actuelle : Rechercher et caractériser toute activité actuelle, notamment les panaches ou les anomalies thermiques, dans des régions qui sont globalement réparties.	Europa-UVS, E-THEMIS, SUDA, MASPEX, EIS

Source : Exploring the Composition of Europa with the Upcoming Europa Clipper Mission

7 ans de voyage pour survoler Europe

Pour arriver à Jupiter en 2030, Europa Clipper va d’abord faire des assistances gravitationnelles en survolant Mars (février 2025) puis à nouveau la Terre (décembre 2026). Après une insertion en orbite jovienne en avril 2030, la sonde mettra environ 1 an pour modifier sa trajectoire pour son premier survol de la lune Europe prévu au printemps 2031.

*Ce graphique montre la trajectoire d’assistance gravitationnelle Mars-Terre qu’Europa Clipper suivra pour atteindre Jupiter (crédit : NASA/JPL-Caltech)*

Europa Clipper devrait effectuer près de 50 survols de la lune Europe en 3 ans de mission nominale. Si tout va bien, la mission pourrait être prolongée au-delà de septembre 2034.

Illustration de l’orbite prévue d’Europa Clipper autour d’Europe et de Jupiter (crédit NASA/JPL-Caltech).

5 ans de fabrication

La fabrication d’Europa Clipper a commencé en août 2019. L’assemblage des différents systèmes a débuté au Jet Propulsion Laboratory de la NASA en mars 2022. Après cette phase d’AIT (Assemblae, Intégration et Tests), la sonde est arrivée au printemps pour sa préparation au lancement.

La sonde pèse environ 6 tonnes au lancement, dont environ 50% de carburants. Le module de propulsion est équipé de 24 moteurs.

*La sonde en cours d’intégration. Le cylindre interne abrite les réservoirs. Photo du 14/08/2023 (crédit NASA/JPL-Caltech)*

Compte tenu des radiations intenses de Jupiter (un champ magnétique gigantesque 20 000 fois plus fort que celui de la Terre), les équipements électroniques de la sonde sont enfermés dans un « coffre-fort » avec des murs constitués de feuilles d’alliage aluminium-zinc de 9,2 mm d’épaisseur.

*Le « coffre-fort » des équipements électroniques d’Europa Clipper avant intégration (crédit : NASA/JPL-Caltech)*

Pour communiquer avec la Terre, Europa Clipper est équipée d’une antenne Haut-Gain de 3 mètres de diamètre.

*Europa Clipper est terminée. On voit son antenne sur cette face. Photo prise le 11/09/2024 au Centre Spatial Jkennedy (crédit NASA/Kim Shiflett)*

Les antennes radar de pénétration de la glace REASON se déploieront à partir de conteneurs fixés sur les panneaux solaires. Ces derniers sont fournis par Airbus Space aux Pays-Bas. Une fois déployés, l’envergure de la sonde mesure plus de 30 mètres, soit 115 m² de surface, un record [le précédent record était pour Juice avec des panneaux de 85 m²] !

Photos de l’intégration de RESOn sur les panneaux solaires (crédit NASA/JPL)

Un message embarqué

Comme pour la plupart de ses missions d’exploration, dans la lignée du Golden Record de Voyager, la NASA a décidé d’embarquer un message à bord de la sonde : Une plaque métallique triangulaire est installée à l’intérieur de la sonde. Elle emporte un poème d’Ada Limón “Éloge du mystère : un poème pour Europe” ainsi qu’une puce électronique en silicium au pochoir avec plus de 2,6 millions de noms soumis par toute personne ayant répondu à l’appel de la NASA fin 2023 [Embarquez votre nom vers Jupiter à bord d’Europa Clipper !]

Fabriquée en tantale métallique et mesurant environ 18 centimètres sur 28, la plaque présente des éléments graphiques des deux côtés. Le panneau orienté vers l’extérieur présente des œuvres d’art qui mettent en valeur la connexion de la Terre avec Europe. Les linguistes ont collecté des enregistrements du mot “eau” parlé dans 103 langues du monde entier. Les fichiers audio ont été convertis en représentations visuelles des ondes sonores et gravés dans la plaque.

*Vue d’ensemble de la localisation de la plaque (crédit Inès Belgacem)*

*Vue rapprochée de la plaque (crédit Inès Belgacem)*

*Le mot « eau » en 103 langues représenté sous forme d’ondes (crédit : NASA/JPL-Caltech)*

Actuellement, environ un millier de personnes travaillent sur la mission, dont plus de 220 scientifiques américains et européens. Depuis que la mission a été officiellement approuvée en 2015, plus de 4 000 personnes ont contribué à Europa Clipper.