En volant trop près du Soleil, l’imprudent Icare fit fondre la cire qui tenait en place les plumes de ses ailes confectionnées par son père, Dédale. On connaît la suite. Le mythe d’Icare rappelle que le Soleil est un objectif aussi obsessionnel qu’inaccessible.

Aussi têtue qu’Icare, mais mieux équipée, la sonde spatiale européenne Solar Orbiter va bientôt s’aventurer tout près du Soleil. Un «tout près» façon astronome: elle restera à une distance respectable de 42 millions de kilomètres – sur les 150 millions qui nous séparent de l’étoile – afin de ne pas faire fondre ses dix instruments abrités derrière un bouclier thermique.

Projet de l’Agence spatiale européenne (ESA), avec un fort appui de la NASA, Solar Orbiter doit décoller de Cap Canaveral, en Floride, le 10 février. Sa mission: aider les astrophysiciens à percer les mystères de notre étoile. Car le Soleil conserve sa part d’ombre. Il possède une face cachée qui n’a été observée qu’en de rares occasions. De même, ses régions polaires ont été peu étudiées, et pour cause: la plupart des sondes restent dans le plan de l’écliptique, c’est-à-dire celui de l’orbite de la Terre. Elles le voient donc de face, comme nous.

Pourquoi la surface de l’étoile est-elle bien moins chaude que son atmosphère?

Sur le plan fonctionnel, les scientifiques ont encore beaucoup à apprendre du Soleil, et notamment de ses éruptions, ces gigantesques expulsions de matière brûlante qui libèrent 100 fois la production énergétique annuelle mondiale en à peine quelques minutes. Elles engendrent tempêtes et vents solaires, des flux de particules énergétiques qui se propagent dans tout le système solaire, y compris sur Terre, où ils peuvent perturber appareils électroniques et réseaux électriques.

Bien connaître les mécanismes qui les gouvernent leur permettrait de poser les bases d’une météorologie spatiale. Ou de résoudre une vieille énigme: pourquoi la surface de l’étoile est-elle bien moins chaude que son atmosphère (6000°C contre 2 millions)? Tels sont quelques-uns des nombreux défis qui attendent Solar Orbiter.

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Deux sondes, une étoile

Fait notable, le Soleil aura non pas un, mais deux satellites qui bourdonneront dans ses oreilles. Mise en orbite en 2018, la sonde de la NASA Parker Solar Probe est déjà de la partie et a même livré une première fournée de résultats en décembre. Loin d’être des concurrentes, les deux missions sont en fait plutôt complémentaires: certains phénomènes détectés par la sonde Parker seront observés dans un deuxième temps par sa cousine européenne.

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Plus petite, la sonde Parker évolue beaucoup plus près du Soleil que ne le fera Solar Orbiter (elle en est actuellement à environ 24 millions de kilomètres – un record – et s’en approchera à 6 millions de kilomètres). De son côté, la sonde européenne réalisera de plus nombreuses mesures, notamment en regardant directement le Soleil, ce que Parker ne peut accomplir. «La sonde Parker, c’est en quelque sorte le prototype qui bat les records, tandis que Solar Orbiter tient plutôt du camion-régie qui moissonne les données», compare Thierry Dudok de Wit, du Laboratoire de physique et chimie de l’environnement et de l’espace à l’Université d’Orléans, un astrophysicien impliqué dans les deux missions.

Chasse aux tempêtes

Le camion-régie de l’espace embarque deux types d’instruments, les uns dits de télédétection, les autres in situ. Les premiers scrutent le Soleil au loin, les seconds analysent l’environnement immédiat de la sonde. En plus de permettre une récolte de données plus importante, l’intérêt réside surtout dans leur complémentarité. Car pour bien comprendre un phénomène physique, il faut autant que possible en connaître l’origine, les conditions initiales qui dictent son comportement ultérieur. «C’est comme si, pour comprendre l’écoulement d’une rivière, on remontait à sa source en observant les courants, les cascades et les tourbillons qui expliquent ce que l’on observe en aval», explique Miho Janvier, de l’Institut d’astrophysique spatiale à l’Université Paris-Sud.

Avec Solar Orbiter, nous pourrons étudier un même phénomène à deux distances différentes

Miho Janvier, astrophysicienne

On le devine, cette astrophysicienne qui se présente comme une «chasseuse de tempêtes solaires» s’intéresse plus au Soleil qu’aux cours d’eau. Mais pour elle, l’analogie tient: pour comprendre une tempête solaire, il faut d’abord examiner ce quil se passe lors de sa genèse, près de la surface de l’étoile, grâce aux instruments de télédétection. Puis, à l’aide des mesures in situ, en examiner les conséquences (variations de température, de l’intensité du champ magnétique ambiant, etc.), une fois les rayonnements et les particules expulsés dans l’espace et passant à proximité de la sonde. «Avec Solar Orbiter, nous pourrons étudier un même phénomène à deux distances différentes», résume-t-elle.

«En faisant le lien entre le proche et le lointain, Solar Orbiter nous donnera une idée de la dynamique des phénomènes de production des particules lors des éruptions solaires» ajoute Nicole Vilmer, du Laboratoire d’études spatiales et d’instrumentation en astrophysique à l’Observatoire de Paris. Avec ces deux regards distincts, les scientifiques alimenteront leurs modèles avec de nouvelles données. «C’est fondamental pour la compréhension du Soleil», assure-t-elle.

Technologie de l’âge de pierre

Cette astronome est impliquée dans la conception d’un instrument de télédétection nommé STIX. Imaginé à la Haute Ecole spécialisée du nord-ouest de la Suisse, à Windisch, cet appareil deux en un combinant télescope et spectromètre doit observer les éruptions solaires dans le domaine des rayons X.

«Il est important d’observer les éruptions au plus près du Soleil et pas seulement depuis la Terre, détaille André Csillaghy, membre de l’équipe STIX et directeur de l'institut en charge de la mission à la FHNW. Avec Solar Orbiter, nous pourrons suivre le processus depuis le Soleil jusqu’à la sonde avec toute une palette d'instruments,une performance inédite et unique.»

A 42 millions de kilomètres du Soleil, la lumière reçue sera environ 13 fois plus intense que celle qui inonde la Terre et la température pourra atteindre 520°C – de quoi griller les instruments. Les ingénieurs de l’ESA les ont donc protégés avec un grand bouclier thermique fait de couches de titane. Les propriétés de ce bouclier, notamment sa capacité à absorber et à réfléchir la lumière, ou à la dissiper sous forme de chaleur, doivent rester stables pendant les sept ans que durera la mission. Pour s’en assurer, l’ESA a eu recours à un pigment noir ultra-stable, «une technologie de l’âge de pierre» selon ses dires: il est obtenu à partir de charbon d’os calciné, une méthode appliquée dans la grotte préhistorique Chauvet il y a 30 000 ans.

Si le vaisseau tient bon, la science qui en sortira s’annonce palpitante. «Un instrument tel que Solar Orbiter va répondre à de nombreuses questions… tout en soulevant de nouveaux mystères. C’est passionnant», se réjouit André Csillaghy.