DragonFly : une libellule sur Titan à la recherche de potentiels indices de chimie prébiotique
La mission Dragonfly (« libellule » en français) est une mission de la NASA, dirigée par le Laboratoire de Physique Appliquée (APL) de l’université Johns Hopkins. Prévue pour être lancée en 2028 avec une arrivée en 2034, elle a pour objectif d’étudier l’atmosphère et la surface de Titan, le plus grand satellite de Saturne.
Succédant à l’atterrisseur européen Huygens, arrivé plus de vingt ans auparavant, Dragonfly est un atterrisseur à rotors capable de voler à quelques centaines de mètres au-dessus de la surface de Titan. Il pourra ainsi explorer différents environnements géologiques, distants de plusieurs centaines de kilomètres, à la recherche d’indices de chimie prébiotique, c’est-à-dire d’interactions chimiques entre composés organiques complexes qui auraient pu exister avant l’apparition de la vie telle que nous la connaissons sur Terre.
Au cours de son périple, prévu pour durer plus de trois ans, Dragonfly explorera la région des dunes équatoriales jusqu’au cratère d’impact Selk, large d’environ 70 km, où de l’eau liquide, mêlée à de la matière organique, a probablement subsisté pendant des centaines, voire des milliers d’années. Sur ces sites exceptionnels, il prélèvera des échantillons de matériaux à la surface afin d’en analyser la composition moléculaire grâce à l’instrument DraMS (Dragonfly Mass Spectrometer and Gas Chromatograph). Les échantillons seront vaporisés puis analysés avec précision à l’aide d’un chromatographe en phase gazeuse couplé à un spectromètre de masse (cf. Figure 1). Ces analyses permettront d’étudier l’évolution des briques de la chimie prébiotique sur les différents types de terrain rencontrés (allant des dunes arides, au cratère d’impact Selk qui a pu contenir de l’eau liquide).
La contribution française au cœur de l’instrumentation de Dragonfly
La France est impliquée dans la mission Dragonfly à travers la réalisation de DraMS-GC, la partie chromatographe en phase gazeuse de l’instrument DraMS. Financé par le CNES, cet instrument est développé sous la responsabilité du LATMOS (Laboratoire Atmosphères, Observations Spatiales), en collaboration avec le LIRA. Plus précisément, le LIRA a assuré la conception mécanique et thermique de l’instrument, la fabrication des différents modèles, y compris les modèles de vol destinés à Titan, ainsi que la conduite des campagnes de qualification.
DraMS-GC se compose de deux sous-systèmes. Le premier, appelé He Supply (cf. Figure 2.a), assure le transport des échantillons vaporisés sous forme gazeuse grâce à l’hélium, utilisé comme gaz vecteur neutre. Ces échantillons sont ensuite acheminés vers le second sous-système, l’Integrated-GC (cf. Figure 2.b), chargé de piéger puis de séparer les différents constituants des mélanges gazeux obtenus après pyrolyse ou traitement par un agent chimique. Ce dernier facilite notamment la détection de molécules complexes, y compris des molécules chirales, au sein des colonnes de chromatographie. Les composés ainsi séparés peuvent ensuite être analysés par le spectromètre de masse, la seconde partie de l’instrument DraMS, afin d’en déterminer la composition.
Validation en environnements mécanique et thermique pour DraMS-GC
En collaboration avec les équipes du LATMOS et de la Plateforme Intégration et Test de l’Observatoire de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines, et sous la responsabilité du LIRA, les modèles de vol de DraMS-GC viennent d’être qualifiés avec succès en environnements mécanique et thermique.
Cette qualification repose sur une série de tests mécaniques et thermiques visant à reproduire les conditions auxquelles l’instrument sera soumis au cours de sa mission. Les essais mécaniques sont réalisés à l’aide de supports vibrants (cf. Figure 2.a), afin de simuler les vibrations liées au décollage de la fusée ainsi qu’au fonctionnement de Dragonfly. Les essais thermiques, quant à eux, sont menés dans des enceintes capables de reproduire les conditions de pression et de température régnant sur Titan, auxquelles l’instrument devra résister durant son exploration (cf. Figure 2.b).
Cette étape clé étant désormais franchie, la prochaine phase consiste en la livraison de DraMS-GC au Goddard Space Flight Center (GSFC) de la NASA. Le sous-système He Supply a d’ores et déjà été expédié aux États-Unis. Quant à l’Integrated-GC, tout juste sorti d’une phase de bakeout (un dégazage d’une dizaine de jours à +60 °C) au LIRA, à l’issue de sa campagne d’essais scientifiques au LATMOS, sera quant à lui livré courant avril au GSFC pour des tests fonctionnels en environnement.
Ces avancées viennent couronner six années de travail des équipes techniques et d’ingénierie du LIRA (cf. Figure 3), notamment le GEFL (Groupe d’Études et de Fabrications du LIRA), qui a assuré la conception mécanique et thermique de l’instrument, la fabrication des différents modèles, y compris les modèles de vol destinés à Titan, ainsi que la conduite des campagnes de qualification, le SPIN (Support Projet et Instrumentation), responsable du support projet et des activités qualité, et le MESPAL (Moyens d’Essais, Salles Propres, AIT/AIV), impliqué dans les opérations de bake-out ainsi que du soutien des services informatiques et administratifs. Elles sont le résultat d’un processus long et rigoureux, rythmé par de nombreuses revues validant les différentes étapes d’un projet instrumental spatial.
Contacts :
- Napoleon Nguyen Tuong, responsable technique du LIRA
- Sandrine Vinatier, responsable scientifique LIRA de DraMS-GC
