synthèse des réflexions du groupe de travail système ...· missions spatiales et les observations

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  • Synthse des rflexions du Groupe de Travail Systme Solaire (GTSS) du CNES :

    Y. Benilan (LISA), D. Delcourt (LPP), A. Doressoundiram (LESIA), T. Fouchet (LESIA), O. Grasset (LPGN), T. Guillot (OCA), S. Maurice (IRAP, prsident), P. Michel (OCA), F. Montmessin (LATMOS), F. Poulet (IAS), V. Sautter (MNHN), M. Toplis (IRAP), M. Wieczorek (IPGP),

    Thmaticien CNES : F. Rocard

    Les messages importants du GTSS sont souligns, les recommandations encadres.

    1. Contexte.

    1.1. Grandes questions

    Pour cette synthse des grandes questions en plantologie, nous partons des visions de la NASA (Decadal Survey, mars 2011), de lESA (Cosmic Vision, 2005) et dans une moindre mesure de lUnion Europenne (Astronet, 2007, rvision fv. 2013). Ltude du Systme Solaire sorganise autour de 3 grandes thmatiques :

    Origine du Systme Solaire & Matire Primitive

    Cest la dimension astrophysique quon explore ici, celle de la formation des objets du Systme Solaire il y a 4,56 milliards dannes partir dune nbuleuse gazeuse contenant des restes dtoiles des gnrations prcdentes : quels taient les premires tapes, les conditions et les processus luvre lors de la formation du Systme Solaire et quelle tait la nature de la matire interstellaire incorpore (Q1.1) ? De ce nuage de matire interstellaire, naissent deux types de plantes de part et dautre de la ligne des glaces . A lintrieur, les plantes telluriques : quels sont les mcanismes qui ont jou dans les processus d'accrtion, les processus chimiques et la diffrenciation des plantes internes et l'volution de leur atmosphre (Q1.2) ? A lextrieur de la ligne des glaces, les plantes gantes et glaces : comment se sont-elles agrges, et surtout, comment leurs satellites se sont-ils forms (Q1.3) ? Les modles dynamiques les plus rcents (modle de Nice, Grand Tack scenario) et les observations dexoplantes de type Jupiter-chaud aussi prs de leur toile que Mercure du Soleil montrent que les gantes peuvent migrer : a-t-on des preuves que les plantes gantes de notre systme Solaire aient modifi leur position orbitale (Q1.4) ? Le bombardement tardif (Late Heavy Bombardment LHB) il y a 3,9 milliards dannes, sil a bien exist, est-il une des consquences de ces mouvements migratoires ? Pour toutes ces plantes, et plus particulirement la Terre, nous devons nous poser la question de lorigine de leau : rsulte-t-elle du dgazage primordial de la plante ou fut-elle apporte ultrieurement par impacts successifs (Q1.5) ?

    La thmatique des origines a extraordinairement volu ces dernires annes, grce lobservation dexoplantes diffrents stades de leur volution, grce de nouvelles donnes des missions autour de petits corps, au renouveau de lexploration de la Lune, la simulation numrique et toujours grce lamlioration des performances de lanalyse en laboratoire dchantillons extraterrestres (retour dchantillons, mtorites).

    Proprits et volution des plantes

    Il sagit ici de comprendre lvolution du Systme Solaire aprs sa formation : comment la multitude des processus chimiques et physiques ont-ils opr, interagi et volu dans le temps (Q2.1) ? Les processus physico-chimiques luvre se doivent dtre tudis dans leur globalit. Nous avons ici coutume de parler de plantologie compare , la rfrence la Terre tant explicite et au cur de la thmatique. Ltude des plantes gantes dans leur ensemble et leurs interactions (plantes satellites anneaux magntosphres) est particulirement instructive : peut-elle servir de laboratoire pour comprendre les processus luvre dans le Systme Solaire et dans les systmes plantaires lointains (Q2.2) ? La comparaison stend aux climats plantaires : la physico-chimie et la dynamique

  • luvre dans les atmosphres plantaires, ainsi que les interactions surface-atmosphre, peuvent-elles permettre une meilleure comprhension de lvolution du climat de la Terre (Q2.3) ?

    La vision globale du systme de Saturne, les tudes trs dtailles de Vnus, Mercure et surtout Mars ont normment fait progresser cette thmatique. Surfaces et atmosphres sont trs bien caractrises ; nanmoins les structures internes sont encore difficiles daccs.

    De plus en plus de spcialistes des gosciences font de la plantologie et apportent leur savoir-faire. En retour, ltude des plantes fait progresser la comprhension de lorigine et de lvolution de la Terre.

    Habitabilit des plantes

    Ltude de la vie et de ses origines est dsormais une thmatique part entire de la plantologie. Dans un premier temps on sintresse, trs lgitimement, la chimie organique qui est la base de tous les tres vivants sur Terre : quelles sont les premires sources de matire organique ? O se perptue aujourd'hui la synthse organique (Q3.1) ? Quant aux conditions favorables lapparition de la vie, on parle dhabitabilit, la question est plutt au pass pour les voisines de la Terre : les plantes Mars et Vnus ont elles connu autrefois des environnements propices la vie ? Existe-t-il des preuves que la vie soit apparue sur ces plantes (Q3.2) ? Mais on ne nglige pas pour autant la recherche dune vie extraterrestre aujourdhui : existe-t-il actuellement des habitats dans le Systme Solaire qui runissent les conditions ncessaires - matire organique, eau, nergie, substance nutritive - pour que la vie apparaisse et se maintienne ? Existe-t-il actuellement des organismes vivants dans certaines niches cologiques sur Mars, Europe ou Encelade (Q3.3) ?

    Cette thmatique est clairement partage avec le groupe de travail Exobiologie du CNES. En labsence de preuves de vie extraterrestre, les deux groupes travaillent indpendamment lun de lautre : le groupe Systme Solaire soccupe de la caractrisation physico-chimique des milieux, tandis que le groupe Exobiologie conduit des tudes chimiques et biologiques autour de lorigine de la vie et de son dveloppement. Plusieurs missions (Mars, satellites des plantes gantes) sont suivies par les deux groupes.

    Les trois thmatiques ont t remarquablement couvertes par les missions en cours depuis Biarritz. Les questions affrentes ont volu pour prendre en compte ces derniers rsultats. Les thmes origines et habitabilit demandent tre approfondis. Le thme plantologie compare produit des informations de base pour toute la physique du Systme Solaire.

    1.2. Contexte national et international

    En plantologie, le contexte scientifique et programmatique est exclusivement international, domin par les programmes spatiaux de lESA et de la NASA. Au dbut des annes 2000, de nouveaux partenaires ont merg (Japon, Inde, Chine) et ils sont maintenant en mesure de proposer la communaut internationale de relles opportunits de vol, alors que la Russie tente de construire un programme dexploration ambitieux.

    Le Decadal Survey de la NASA (mars 2011) structure la programmatique amricaine de lexploration du Systme Solaire, autour de 3 programmes et leurs priorits : les missions lourdes, dites Flagship avec comme priorit : 1/ la prparation du retour dchantillons martiens, 2/ Jupiter-Europe, 3/ Orbiteur et sonde vers Uranus ; les missions moyennes dites New Frontiers dont les priorits sont : 1/ Retour dchantillons comtaires, 2/ Retour dchantillons du bassin Aitken de la Lune, 3/ Sonde dans Saturne, 4/ Astrodes troyens, 5/ Exploration in situ de Vnus ; les petites missions du programme Discovery (pas de priorits). Notons quil ny a plus proprement parler de programme ddi lexploration de Mars, mme si cette plante conserve un attrait spcifique aux US.

    Depuis 2005, lESA structure sa programmatique autour du programme scientifique obligatoire Cosmic Vision. Il prend la suite des programmes Horizon 2000 (1984) et Horizon 2000 Plus (1994-

  • 1995) l'origine des missions scientifiques lances entre 1990 et 2014. Les premires missions du programme Cosmic Vision ont t dcides : L1, M1, M2, M3. Les opportunits L2/L3 sont dores et dj premptes (Univers chaud, Univers gravitationnel). Lopportunit M4 est encore pourvoir, ainsi que le crneau L4. Le programme Cosmic Vision est la colonne vertbrale du programme dexploration spatiale en Europe. Il existe depuis 2012 dans ce programme, un volet petites missions (S-class). La mission S1 (CHEOPS, transit exoplantes, lancement 2017) est engage en partenariat avec la Suisse.

    Le second pilier de la programmatique ESA est le programme optionnel dexploration robotique qui vise voir se concrtiser, moyen terme, une mission de retour dchantillons de Mars (Mars Sample Return ou MSR). La premire mission de ce programme est ExoMars (composantes 2016 et 2018). Par la suite, plusieurs missions seront engages pour valider les technologies ncessaires lobjectif principal ; il sagit de contribuer aux missions russes Luna Resurs orbiter et lander (2018 & 2019) et LPSR (2020/22), puis des missions dites intermdiaires (PHOOTPRINT ou/et MPL/SR ou/et INSPIRE) avant la mission MSR autour de 2030.

    Note : La Commission Europenne sinscrit maintenant comme un partenaire durable de la recherche spatiale. Dans le programme FP7, le CNRS a t PI de linfrastructure de recherche Europlanet qui a permis dintgrer lchelle europenne la communaut des sciences plantaires. Dans le cadre de Horizon 2020, la communaut souhaite continuer la structuration des sciences plantaires avec un nouveau projet Europlanet. En concertation avec lESA, la commission europenne a galement lanc des appels doffre cibls sur lexploitation scientifique de la mission Rosetta, la prparation de lexploration martienne et lunaire, et le financement dune curation facility. Ces programmes participent activement la structuration de la communaut, mais ne sont en aucun cas proposants de nouvelles opportunits spatiales.

    1.3. Etat de la programmatique en plantologie

    La figure 1 fait tat de la programmatique dcide aujourdhui en plantologie. Les missions en cours dcides par les agences spatiales (ESA, NASA, JAXA, Roscosmos) couvrent les

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