Comment Mars aurait perdu son atmosphère : premiers éléments fournis par MAVEN

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Il aura fallu à peine un mois de prises de données par la sonde MAVEN en orbite autour de Mars pour qu’on en connaisse déjà beaucoup plus sur la façon dont Mars aurait perdu son atmosphère.


La sonde américaine MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution), lancée en novembre 2013 par la NASA, a débuté ses opérations scientifiques le 16 novembre dernier, peu de temps après le passage très proche de la comète Siding Spring, au cours duquel les scientifiques de la NASA ont dû exceptionnellement protéger la sonde en modifiant sa trajectoire. Les premières observations viennent d’être rendues publiques par la NASA et montrent l’existence d’un nouveau processus physico-chimique qui pourrait expliquer comment l’atmosphère de Mars a disparu. Ce phénomène serait lié à la pénétration du vent solaire très en profondeur dans l’atmosphère martienne.

Vue d’artiste de MAVEN (NASA/Goddard Space Flight Center)
Et MAVEN a également pu trouver quelques indications sur la composition de la haute atmosphère de Mars ainsi que de son ionosphère. Le responsable de la mission, Bruce Jakovsky, du Laboratory for Atmospheric and Space Physics à l’Université du Colorado, précise “Nous commençons à voir les liens qui existent dans une chaîne d’événements qui débutent par des processus ayant le Soleil pour origine qui vont agir sur le gaz de la haute atmosphère et mènent à une perte atmosphérique“.

A chaque orbite autour de la planète rouge, MAVEN frôle l’ionosphère de Mars, cette couche d’ions et d’électrons qui s’étend entre 100 et 450 km d’altitude. Cette petite couche joue le rôle d’un petit bouclier contre l’intense vent solaire, des protons énergétiques.
MAVEN a pu mettre en évidence grâce à son instrument Solar Wind Ion Analyzer qu’un flux non négligeable de particules solaires parvenaient quand même à traverser ce maigre bouclier sans être défléchies et à pénétrer profondément dans la haute atmosphère martienne. Il semble que les interactions qui ont lieu ensuite produisent des courants de particules neutres pouvant pénétrer encore à plus basse altitude avant de produire à nouveau des ions chargés par de nouvelles interactions atmosphériques à beaucoup plus basse altitude.

Mars
C’est l’instrument Neutral Gas and Ion Mass Spectrometer de MAVEN qui, grâce à l’analyse fine de la composition de la haute atmosphère et de l’ionosphère, explore la nature du réservoir gazeux d’où s’échappe l’atmosphère de Mars vers l’espace. Ce spectromètre a permis de mesurer l’abondance de nombreux gaz sous forme ionique ou neutre, révélant la présence de structures bien définies dans la haute atmosphère, contrastant avec les basses couches où les gaz sont très mélangés. Ces fortes variations d’abondances dans le temps vont permettre de mieux comprendre comment fonctionnent la physique et la chimie dans ces régions, et a d’ores et déjà permis de mettre en évidence l’existence, insoupçonnée auparavant, d’une météo dans les hautes altitudes martiennes (des mouvements importants des couches atmosphériques).

La façon par laquelle Mars perd le gaz de son atmosphère a pu être observée grâce à l’instrument STATIC (Suprathermal and Thermal Ion Composition). A peine quelques heures après sa mise en route, MAVEN a détecté un jet de gaz ionisé au niveau du pôle de Mars, s’échappant vers le vide interplanétaire… Il apparaît que le gaz ionisé s’échauffe de plus en plus lorsqu’il monte en altitude, jusqu’à atteindre la vitesse d’échappement, qui le libère finalement et définitivement de la gravité martienne…
MAVEN est en pleine forme, est va continuer à scruter la planète rouge pour encore quelques années. A ce rythme, on aura peut être tout compris de l’atmosphère de Mars avant la fin de la mission…


Source : 
Communiqué NASA Goddard Space Flight Center (15 décembre 2014)
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ExplorUnivers : un cours d’astronomie en ligne accessible à tous

Si vous lisez cette page, cela veut dire que vous avez un ordinateur connecté au réseau et que aimez l’astronomie et l’astrophysique. Et cela signifie aussi que vous êtes curieux et que vous aimez apprendre des choses. Si vous appréciez Ça Se Passe Là-Haut, c’est peut-être aussi parce qu’il n’y a rien à vendre ou acheter ici…


Et en plus, vous avez 3h disponibles par semaine entre le 2 mars et le 13 avril, cela tombe vraiment très bien! Il semble que vous soyez exactement le cœur de cible du tout nouveau MOOC (Massive Open Online Courses, en français « cours en ligne ouverts à tous ») qui vient d’être lancé par l’Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers (Irfu) du CEA et l’université de Nantes, et qui est intitulé ExplorUnivers.
Rappelons qu’un MOOC est une série de cours dispensés en ligne par des enseignants-chercheurs (des vrais!), comme si vous étiez sur les bancs d’un amphi, mais que vous pouvez suivre tranquillement depuis votre canapé. 

Présentation vidéo du MOOC ExplorUnivers

Ce MOOC ExplorUnivers est le premier MOOC d’astronomie populaire (accessible au plus grand nombre) en langue française. Aucun prérequis n’est nécessaire. Pour vous donner envie, je ne peux que reprendre les termes de la présentation officielle du cours : 

“ExplorUnivers est avant tout un voyage à travers les connaissances actuelles en astrophysique et en planétologie. Un voyage à travers les grands objets scientifiques à l’étude en astronomie : système solaire, galaxies, nuages moléculaires, exoplanètes… et à travers les grands instruments de recherche comme l’observatoire spatial Herschel.
Les objectifs pédagogiques de ce MOOC sont déclinés en trois niveaux :
  1. acquérir une culture générale en sciences de l’univers ;
  2. acquérir des connaissances plus approfondies en sciences et techniques ;
  3. rechercher soi-même les réponses à des controverses scientifiques.
Tout en décrivant des objets physiques, ce MOOC offrira ainsi une ouverture vers une question scientifique actuelle et des éclairages techniques, scientifiques et épistémologiques sur la démarche de recherche.”

Pour achever de vous convaincre de vous inscrire (gratuitement, précisons-le encore), voici le programme, qui se déroule en 2 séances hebdomadaires sur 6 semaines : 
  • Semaine 1 : le système solaire et notre planète, la Terre, d’où part notre voyage.
  • Semaine 2 : présentation de notre étoile et de Mars, une autre planète habitable.
  • Semaine 3 : d’autres types de planètes existent, non rocheuses : les planètes gazeuses et géantes, entourées de dizaines de lunes.
  • Semaine 4 : les galaxies, ces univers-îles peuplés de centaines de milliards d’étoiles. De quoi sont-elles faites ? Quand et comment se sont-elles formées ?
  • Semaine 5 : comment se forment les étoiles et les planètes à partir du gaz interstellaire des galaxies ?
  • Semaine 6 : les conditions d’habitabilité sont-elles communes ? Quel rôle jouent les comètes dans le transport des molécules organiques et d’eau sur les planètes ? D’autres exoterres existent-elles ?
Les participants au MOOC seront tout d’abord invités à visionner les 2 vidéos principales puis des documents complémentaires mis à leur disposition pour mieux comprendre certaines notions scientifiques et techniques. Deux autres vidéos permettront d’aborder certaines notions et le rôle de la controverse scientifique dans la production des connaissances. Le participant aura également à sa disposition un glossaire et des suggestions de vidéos supplémentaires à visionner (en dehors de la plate-forme FUN)…

Les inscriptions sont ouvertes jusqu’au 27 février. Le début des cours est quant à lui fixé au 2 mars.

Pour tout savoir et vous inscrire, c’est ici sur la plateforme de MOOC FUN

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La sélection scientifique de la semaine (numéro 150)

- Deux étoiles géantes, si proches l’une de l’autre qu’elles se touchent, sont sur le point de fusionner. (en anglais) – Y a-t-il un Univers miroir du nôtre où le temps s’écoule à l’envers ? Théorique, hypothétique, invérifiable, mais beau. … Continuer la lecture

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Rosetta analyse l’eau de la comète Churyumov-Gerasimenko

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Ne vous y trompez pas, ce n’est pas un instrument de Philae qui vient de déterminer la composition isotopique de l’eau de la comète Churyumov-Gerasimenko, mais un instrument d’analyse embarqué sur Rosetta la sonde principale qui tourne toujours autour de la comète. Cet instrument est un spectromètre de masse appelé ROSINA-DFMS (Rosetta Orbiter Sensor for Ion and Neutral Analysis, Double Focusing Mass Spectrometer). 


Churyumov-Gerasimenko en train de dégazer, vue par
Rosetta à 31 km de distance (ESA/Rosetta/Navcam)
Cet instrument permet de dénombrer les différents isotopes (types différents de noyaux d’atomes d’un même élément), en calculant des ratios, notamment pour l’hydrogène, le ratio D/H (la quantité relative de deutérium par rapport à l’hydrogène).
Le deutérium diffère de l’hydrogène « normal » par le fait que son noyau d’atome est deux fois plus lourd : au lieu de ne comporter qu’un seul proton, le deutérium se compose d’un proton plus un neutron. L’eau qui comporte une grande quantité de deutérium en lieu et place de l’hydrogène au sein de la molécule H2O est ce qu’on appelle l’eau lourde.
Le ratio D/H est une signature de l’origine des molécules comportant de l’hydrogène. En effet, le deutérium ne peut pas être produit comme ça dans le milieu interstellaire. Il est produit soit lors de la nucléosynthèse primordiale dans les trois minutes qui ont suivi la singularité initiale il y a 13,8 milliards d’années, ou bien lors d’une nucléosynthèse stellaire, au cœur d’une étoile en train de fusionner son hydrogène.

Ce que vient de montrer l’analyse de ROSINA-DFMS, c’est que l’eau de Chury comporte 3,5 fois plus de deutérium (le ratio D/H), que ce qu’on a en moyenne dans l’eau de nos océans.
Une seule mesure de ce type avait déjà pu être effectuée in situ auprès d’une comète, c’était dans la queue de la célèbre comète de Halley, autour de laquelle avait été envoyée la petite sonde européenne Giotto à la fin des années 1980.
La méthode appliquée par la sonde Rosetta et son spectromètre de masse ROSINA-DFMS est similaire : il s’est agi de récupérer du gaz en provenance de la surface de Chury puis de l’analyser finement en « pesant » les molécules. ROSINA a la possibilité de mesurer tous les rapports isotopiques dans l’eau  indépendamment : D/H, mais aussi les isotopes de l’oxygène 17O/16O et 18O/16O. Et ROSINA est un capteur si sensible qu’il détecte le gaz émis par la sonde Rosetta elle-même, environ 1 million de molécules par centimètre cube, où on y trouve de l’eau (qui a un ratio D/H terrestre), ainsi que des molécules organiques (venant de l’hydrazine, le carburant de la sonde), et des résidus fluorés provenant de la graisse utilisée sur la sonde.
Le ratio D/H (et facteur d’enrichissement f) pour différents corps du système solaire, la valeur mesurée sur Chury est en rouge. Les losanges sont des mesures in situ (K. Altwegg et al.)
C’est à partir de la première semaine du mois d’août 2014, quand Rosetta s’est rapprochée à moins de 100 km de la surface de la comète que ROSINA-DFMS a pu entrer en action efficacement et détecter les molécules d’eau venant vraiment de la comète.
Les résultats obtenus par l’équipe internationale exploitant ROSINA (dont un nombre important de chercheurs français), pour les rapports des différents isotopes de l’eau sont publiés aujourd’hui en ligne dans la revue Science. Les valeurs obtenues sont les suivantes :
  • ·         D/H      = 0,00053 +- 0,00007 
  • ·         17O/16O = 0,00037 +- 0,00009
  • ·         18O/16O = 0,0018 +- 0,0002
Pour comparer différentes teneurs en isotopes d’hydrogène, on utilise généralement une référence qui est le ratio D/H de la nébuleuse protosolaire, qui est évalué d’une part par des mesures sur l’atmosphère de Jupiter et d’autre part sur la photosphère du Soleil. Cette valeur de référence de D/H est appelée (D/H)PSN (PSN signifiant protosolar nebula), et elle vaut (D/H)PSN =0,000021, valeur très proche du ratio D/H du milieu interstellaire, hors du système solaire.
La plupart des objets du système solaire sont en fait enrichis en deutérium, leur ratio D/H est plus élevé que  (D/H)PSN. Les objets du système solaire interne, comme la Terre, la Lune ou des météorites, sur lesquels le ratio D/H a pu être mesuré, montrent une valeur environ 6 fois plus forte que la référence de la nébuleuse protosolaire. Ce facteur par rapport à la référence est ce que les astrophysiciens appellent le facteur d’enrichissement f. Le facteur d’enrichissement pour la Terre vaut 7,1, mais pour toutes les comètes qui ont pu être analysées, ce facteur est situé entre 10 et 20. Et la nouvelle valeur de Churyumov-Gerasimenko vient poser de nouvelles questions, avec un facteur d’enrichissement plus fort que toutes les autres de 25,2. Cette valeur est plus élevée que ce que l’on a pu déterminé pour différents types de comètes, venant du nuage d’Oort comme Halley ou de la ceinture de Kuiper comme la famille des comètes « joviennes » comme Chury.

Les modèles de formation du système solaire prédisent comment le deutérium au sein des molécules d’eau peut se concentrer en fonction de la distance du soleil, par des mécanismes physico-chimiques de volatilisation/recondensation. Ces mécanismes permettent de produire des modifications de teneur isotopique, avec une ségrégation des isotopes lourds par rapport aux légers.

Mais même si il se confirme qu’il existe bien une augmentation du ratio D/H avec la distance du Soleil, qui est expliquée par le modèle, en revanche cette nouvelle mesure sur Chury amène les auteurs à conclure que comme le ratio D/H des comètes de la famille « jovienne » apparaît  très hétérogène et peut varier considérablement, il est beaucoup plus probable que l’eau terrestre (ainsi que notre atmosphère) provienne d’astéroïdes, plus proches de la Terre à l’époque, que de ces lointaines comètes aux origines diverses.
Source :
67P/Churyumov-Gerasimenko, a Jupiter family comet with a high D/H ratio
K. Altwegg et al.
Science, published online (10 december 2014)
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Belle pluie d’étoiles filantes les 13 et 14 décembre : les Géminides

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geminides
Cette année, la pluie d’étoiles filantes des Géminides aura lieu un weekend ! Une belle occasion pour lever les yeux aux ciel et apercevoir des centaines d’étoiles filantes! Car ces Géminides forment la deuxième pluie d’étoiles filantes la plus importante de l’année après les Perséides du mois d’août. 

Vous vous souvenez sans doute que nous avons été fort gênés par la pleine Lune le 12 août dernier. Mais ce weekend, la Lune sera environ à son dernier quartier et se lèvera sur les coups de minuit, ce qui nous laisse de longues heures pour scruter le ciel à l’oeil nu à la recherche d’un nouveau voeu. Vous aurez même deux nuits pour en profiter : samedi soir ou dimanche soir, entre 19h et 24h heure française.

Le nombre de météores pourrait normalement atteindre environ 80 par heure, soit en moyenne plus d’un par minute… Bien sûr, il faudra quand même s’éloigner des lumières polluantes des villes pour admirer les Géminides comme il se doit, même si certaines ont la réputation d’être très brillantes et de produire des longues traces, parfois très colorées.
Cette pluie d’étoiles filantes s’appelle les Géminides car son radiant, le point d’où semblent provenir les météores, est situé dans la constellation des Gémeaux

le ciel vers l’horizon Est-Sud Est à 22h le 13 décembre
Ce point, vers 22h, est situé au dessus de l’horizon Est-Sud-Est. Rappelons que la constellation des Gémeaux est formée d’étoiles qui dessinent deux hommes qui se tiennent la main, presque positionnés à l’horizontale le 13 décembre en début de nuit, à gauche de la constellation d’Orion. Mais les météores des Géminides peuvent apparaître un peu partout dans le ciel. 
Si vous souhaitez prendre des photos, préférez l’objectif le plus petit (24 ou 35 mm), avec la plus grande ouverture possible (du genre f/2.8), avec un réglage sur ISO 800 ou plus. Utilisez un trépied et répétez de multiples poses de 30 s ou 1 minute, en espérant que la chance sera de votre côté et que vous capturerez un bolide multicolore…

L’astéroïde 3200 Phaeton imagé par STEREO en 2012 à son
point le plus proche du Soleil, montrant une queue de poussières
(NASA/STEREO)
Les poussières qui sont à l’origine de la pluie des Géminides sont particulières. Elles arrivent dans l’atmosphère terrestre à une vitesse relativement faible : environ 30 km/s. Alors que la plupart des météores sont issus de poussières de comètes, comme les Perséides du mois d’août par exemple, les Géminides, elles, sont des résidus non pas d’une comète, mais d’un astéroïde, que l’on connait bien, qui s’appelle 3200 Phaeton. Cet astéroïde a une taille de 5,1 km, et la Terre croise son orbite tous les ans à cette époque de l’année. 3200 Phaeton a une orbite allongée, il passe au plus près du Soleil tous les 1,4 an (à environ 20 millions de km du Soleil). Et en 2009, 2010 et 2012, on a pu observer que 3200 Phaeton se prenait presque pour une comète ! A sa plus faible distance du Soleil, on a pu le voir éjecter des quantités de poussières très importantes, laissant penser que la chaleur du Soleil le fracturait ou du moins produisait comme une sorte de dessèchement de sa surface, avec la production d’une petite queue de matière à la manière d’une comète.

Et 3200 Phaeton semble produire des petites éruptions périodiques également lorsqu’il est plus loin du Soleil dans son trajet orbital, ce qui fournit ces fameux petits grains de poussières que vous verrez brûler dans l’atmosphère samedi soir ou dimanche soir. 

Si par malheur la météo de votre région n’est pas sympa avec vous, et que vous êtes insomniaques, vous pourrez toujours essayer de suivre en direct les Géminides grâce au projet de l’astronome italien Gianluca Masi qui mettra en direct des images du ciel à partir de Dimanche vers 3h du matin sur le site du Virtual Telescope Project.

Préparez vite votre (longue) liste de voeux ! Bon ciel à tous !
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Des livres de science pour Noël

Tout comme vous pouvez déguster, chaque fin de semaine dans Passeur de sciences, une sélection de liens, il y a régulièrement (mais plutôt tous les six mois) une sélection des livres que j’ai reçus. Voici la septième, juste avant les fêtes … Continuer la lecture

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La sélection scientifique de la semaine (numéro 149)

- Une expérience suggère que, sous certaines conditions, l’œil humain peut être sensible à des longueurs d’onde situées hors du spectre dit visible, et voir dans les infra-rouges. (en anglais) – Pourquoi les chauves-souris sont-elles le vecteur de tant de … Continuer la lecture

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“Wanderers”, visions d’un futur radieux dans l’espace

L’artiste digital suédois Erik Wernquist vient de réaliser un (très) court métrage qui redonne confiance dans l’avenir de l’humanité. Dans tout le système solaire.
Ce n’est pas tous les jours qu’un film de moins de quatre minutes provoque des émotions intenses tout en ouvrant une petite fenêtre sur un futur peut-être à notre portée. C’est pourtant ce que vient de faire l’artiste suédois Erik Wernquist, au travers de son mini-film, “Wanderers”. Un film qui a commencé à circuler ce week-end dans le monde anglo-saxon, et qui met la science-fiction à portée de science, nous faisant rêver à des dirigeables martiens, à des cités sur Titan ou à des chutes libres sur Triton. Le titre lui-même, “Wanderers”, est un clin d’oeil. Il signifie voyageur, vagabond, qui est aussi l’origine du mot “planète” en Grec… “Ce film est une vision de l’expansion future de l’humanité dans le système solaire”, explique l’artiste. “Même spéculatifs, les visuels sont basés sur des idées scientifiques et des concepts sur ce à quoi pourrait ressembler notre futur dans l’espace”. Il a soigneusement recréé numériquement les différents endroits du système solaire, en se basant sur des images réelles. Il explique d’ailleurs tout le processus de création dans une galerie photo qu’il a également mise en ligne. Même le texte et la voix off sont des symboles. Il s’agit en effet d’un extrait d’un texte de Carl Sagan, lu par l’astrophysicien en personne. Un enregistrement utilisé par Erik Wernquist sur une musique du compositeur Christian Sandquist. Un texte dont voici une rapide traduction en français : “Malgré tous ses avantages matériels, la vie sédentaire nous a laissés anxieux, insatisfaits. Même après 400 générations dans des villages et des villes, nous n’avons pas oublié. La route ouverte nous appelle toujours doucement, comme une chanson presque oublée de notre enfance. Nous investissons les lieux lointains avec un certain romantisme. Cet intérêt, je suppose, a été méticuleusement construit par la sélection naturelle comme un élément essentiel de notre survie. Longs étés, hivers doux, riches moissons, gibier abondant – rien de cela ne dure éternellement. Il est au-delà de notre pouvoir de prédire le futur. Votre vie, ou celle de votre groupe, ou même de votre espèce, pourrait être due à un petit groupe d’impatients – attirés par un besoin qu’ils ne peuvent presque pas verbaliser ou comprendre, de terres inconnues et de nouveaux mondes. Herman Melville, dans Moby Dick, parla pour les voyageurs de toutes les époques et méridiens : “je suis tourmenté par une éternelle démangeaison des choses lointaines. J’aime naviguer sur les mers interdites…”  C’est peut-être un peu tôt. Ce n’est peut-être pas encore l’heure. Mas ces autres mondes – promesses d’occasions indicibles – nous font signe.” Le film est, selon son auteur, “complètement sans but lucratif, fait pour éclairer et inspirer”. Il laisse aussi sans voix. Continue reading

Le Plutonium de l’Espace

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La NASA est aujourd’hui très anxieuse de devenir à court de plutonium-238. Le plutonium-238 (Pu-238) est cet isotope du plutonium qui est très intéressant à utiliser dans une sonde spatiale devant voyager très longtemps et très loin. 


Une pastille d’oxyde de plutonium 238 destinée à une RTG.
Elle rougeoie sous l’effet de sa chaleur interne produite par
radioactivité alpha.

C’est vers le début des années 1960 que fut inventé le concept de générateur thermique à radioisotope (RTG, Radioisotope Thermoelectrioc Generator). Le principe repose sur l’effet thermo-couple, qui fait que certains matériaux, quand ils ont un côté froid et un côté chaud, se mettent à produire un courant électrique entre les deux extrémités. Il est donc assez facile de créer une source d’énergie électrique à partir d’une source de chaleur.
Et le Pu-238 est une source de chaleur “naturelle”. Enfin, ce n’est pas un isotope radioactif naturel, car il est produit par l’homme, mais il chauffe naturellement grâce à sa radioactivité alpha. Cet isotope est d’ailleurs sympathique parmi tous les autres isotopes radioactifs, parce qu’il n’émet que du rayonnement alpha, aucune émission gamma ou neutronique n’accompagne cette décroissance radioactive, qui donne de l’uranium-234, ce qui permet de le manipuler assez facilement.
C’est donc tout naturellement que les premiers générateurs thermiques à radioisotope ont employé le Pu-238 comme source primaire d’énergie, et de très nombreuses sondes spatiales américaines et satellites russes, ont exploité des RTG au Pu-238. 
La demie-vie radioactive du Pu-238, la durée au bout de laquelle il a perdu la moitié de sa radioactivité, vaut environ 88 ans, ce qui permet de fournir à un engin spatial une énergie presque stable et continue durant des dizaines d’années. C’est notamment grâce à cette source d’énergie que nous pouvons continuer à suivre les données des sondes Voyager qui quittent aujourd’hui le système solaire près de 40 ans après leur lancement.

Depuis les années 50, du Pu-238 était produit comme un résidu de la fabrication (massives) des armes nucléaires, aux Etats-Unis et en Union Soviétique. C’est sans doute pour cette raison que ni les européens ni les japonais n’ont développé cette technologie des RTG pour leurs sondes respectives, ils ne disposaient pas assez (pour les anglais et français) ou pas du tout (pour les japonais) de Pu-238. 

Mais les américains vivent sur leurs stocks depuis le début des années 1990, depuis que l’usine de Savannah River a fermé ses portes et ne produit plus de Pu-238.
Schéma d’un des 3 RTG de type GPHS de la
sonde Cassini en orbite autour de Saurne.
(NASA/JPL)
La NASA dispose donc aujourd’hui de seulement 35 kg de plutonium pour fabriquer des RTG, mais plus de la moitié semble déjà inutilisable car ayant une puissance thermique déjà trop faible. C’est un réel problème, car les programmes futurs de la NASA ont un besoin énorme d’énergie car la plupart ont lieu à très longue distance, où des panneaux solaires ne servent plus à grand chose.
Aujourd’hui, les sondes équipées d’un RTG au plutonium sont parmi celles qui nous ont apporté ou qui vont nous apporter les plus beaux résultats : outre les deux Voyager, on peut citer les expériences scientifiques des missions lunaires, les sondes Pionner 10 et 11, les sondes Cassini (autour de Saturne), Ulysses (autour du Soleil), Galileo (Jupiter), New Horizons (Pluton et au delà), mais aussi sur Mars, les atterrisseurs Viking 1 et 2 et le plus récent Curiosity, toujours en activité.
Mais avec 15 kg de plutonium-238, on ne fabrique pas beaucoup de RTG et on ne propulse pas beaucoup de sondes… il n’est qu’a rappeler que la sonde Cassini a elle seule est munie de trois RTG pour une masse totale de plutonium de près de 24 kg! New Horizons est moins gourmande avec seulement 1 kg de Pu-238, mais Curiosity en utilise 4 kg et le prochain rover martien de la NASA prévu pour 2020 en utilisera déjà 5 kg…

Face à cette situation plus qu’alarmante, la NASA avait proposé de lancer la conception d’une nouvelle génération de générateurs thermiques, permettant de consommer 4 fois moins de plutonium, un générateur nommé ASRG fondé sur un cycle thermodynamique de Stirling, mais des coupes budgétaires fin 2013 ont mis un terme à ce programme (lire à ce sujet Adieu planètes lointaines). La NASA a dû faire un choix, et ce choix a été celui de relancer tant bien que mal la production de Pu-238. 

La NASA vient donc de passer un contrat avec le DOE américain (Department Of Energy) pour la fourniture de 1,5 kg de plutonium par an à partir de 2021, pour un montant de 50 millions de dollars/an. Elle pourra ainsi produire environ un RTG tout les 4 ans à partir de cette date, mais pas plus, soit deux missions par décennie.

Intégration du RTG au plutonium (en noir) sur la sonde
New Horizons en 2005 (NASA)
Produire 1,5 kg d’oxyde de plutonium-238 par an (soit 1,1 kg de Pu-238 pur) n’est pas du tout facile, fut-ce pour un pays comme les Etats-Unis. LE DOE va mobiliser trois grands centres de recherche. La production se fait à partir du retraitement du combustible usé de centrales nucléaires : on en sépare chimiquement le neptunium-237 dans l’Idaho, au Idaho National Laboratory, puis ce neptunium-237 métallique est mis sous forme de petites pastilles, mises dans des gaines pour former des crayons qui vont ensuite être mis dans le cœur d’un des réacteurs produisant le flux de neutrons le plus intense, le High Flux Isotope Reactor à Oak Ridge National Laboratory dans le Tennessee. Le flux de neutrons va produire le précieux Pu-238 par capture neutronique par le Np-237 (pour seulement 10 à 12% du neptunium initial). Le plutonium-238 est ensuite extrait du réacteur pour être reconditionné sous forme de pastilles d’oxyde de plutonium, au Los Alamos National Laboratory (Nouveau Mexique), avant de pouvoir être livré au Jet Propulsion Laboratory de la NASA basé en Californie.

Mais tous ces efforts pour produire plus de plutonium risquent d’être encore très insuffisants, si la NASA a besoin d’énergie pour une exploration spatiale habitée, comme elle le suggère en imaginant visiter un astéroïde ou Mars. Car, alors qu’une sonde planétaire nécessite une puissance électrique entre 300 et 900 Watts, il en est tout autre dans le cas d’un gros vaisseau habité vers l’espace lointain qui aura besoin de dizaines de kilowatts. Des rapports internes de la NASA suggéreraient déjà l’idée de passer à la gamme supérieure : un réacteur nucléaire à fission… Une solution qui a n’a jamais été retentée dans l’espace depuis 1965.


Source :

Nuclear power: Desperately seeking plutonium
Alexandra Witze
Nature 515, 484–486 (27 November 2014)
http://drericsimon.blogspot.com
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