7 Avril 2020

JUICE : l’instrument UVS est prêt pour son départ vers Jupiter

Le spectromètre ultraviolet UVS de la mission JUICE a été le premier, en février, à être livré pour être intégré sur la sonde. Il décollera en 2022 pour étudier les lunes gelées de Jupiter, et possède un cœur développé et produit en France au Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations spatiales (LATMOS). Les chercheurs Abdel Bouabdellah et Éric Quémerais nous détaillent cette collaboration sur les réseaux de diffraction.

« C’est une sorte de miroir d’environ 5 centimètres de côté, qui réfléchit la lumière mais la sépare en différentes longueurs d’ondes que l’instrument lui-même va ensuite mesurer », explique Abdel Bouabdellah. Le réseau de diffraction, selon les deux chercheurs, est bien la « pièce maîtresse » de l’instrument UVS, le spectromètre ultraviolet de la mission JUICE (Jupiter ICy moons Explorer). L’objet est taillé sur mesure pour s’adapter aux dimensions transmises par les chercheurs américains du SwRI (South-West Research Institute), responsables de l’instrument, pour qu’il  puisse observer des longueurs d’ondes comprises entre 55 et 210 nm.

« Au cours de la mission de JUICE, UVS analysera les rayonnements ultraviolets de Jupiter (pour observer ses aurores et ses anneaux notamment), mais aussi le « tore d’Io », des particules de la petite lune-volcan ionisées par la magnétosphère de la géante gazeuse. Et bien sûr les atmosphères très fines, ou plutôt les exosphères, des lunes glacées de Jupiter : Europe, Callisto et Ganymède », détaille Éric Quémerais. De quoi définir avec une résolution nouvelle (0,6 nm de longueur d’onde, et 0,5 km à la surface de Ganymède) la composition et la dynamique de ces gaz. Puis d’observer avec précision des phénomènes plus rares, comme les geysers des lunes de glace. A la surface, UVS pourra aussi identifier des dépôts de glace d’eau, des mesures (et bien d’autres) qui viendront complémenter celles des 9 autres instruments scientifiques de la mission JUICE.

Le réseau de diffraction en salle blanche. Crédits : HORIBA - Jobin Yvon / LATMOS - IPSL

Savoir-faire international

L'instrument UVS. Crédits : SwRI

Si le modèle de vol d’UVS est aujourd’hui dans les locaux d’Airbus Defence and Space (le maître d’œuvre) à Friedrichshafen en Allemagne, l’instrument est le fruit d’un accord signé en 2013 entre l’agence spatiale européenne, qui dirige la mission JUICE, et la NASA. « La sélection du SwRI et de son spectromètre UVS n’était pas une surprise, explique Éric Quémerais. Des versions plus anciennes de cet instrument ont en effet déjà volé avec les missions Rosetta (ALICE), New Horizons et Juno. Et cela fait plus de 20 ans que le LATMOS collabore avec eux pour des réseaux de diffraction. Avec l’industriel (HORIBA - Jobin Yvon) qui a une expertise unique et dont nous sommes très proches, ainsi qu'avec le soutien financier du CNES, nous sommes très bien positionnés sur cette technologie, sur laquelle des modifications et améliorations sont proposées, comme de nouveaux matériaux et de nouvelles techniques ». Au fil des missions, Jobin Yvon a intégré plusieurs modifications et améliorations. Grâce à de nouveaux matériaux et de nouvelles techniques de gravures laser, les réseaux de diffraction sont de plus en plus précis.

Pour autant, on ne peut pas parler de pièce unique. Le développement a permis de mettre au point une sorte de moule dite matrice (un « master »). A partir de celui-ci sont produits trois réseaux de diffraction (des « répliques ») qui ont été envoyées à San Antonio (Texas) en 2018. « Les équipes aux Etats-Unis en ont gardé deux, une pour le modèle de vol qui a été livré en février ainsi qu'une autre pour un modèle de rechange, et ils nous enverront la troisième», souligne Éric Quémerais. Cette dernière sera caractérisée sur le banc optique du LATMOS. Car pour s’adapter au cahier des charges et livrer l’instrument à temps, certaines mesures de référence n’ont pu être testées jusqu’à aujourd’hui. « UVS est un instrument compact, et le tester n’est pas aussi facile qu’on peut l’imaginer, confirme Abdel Bouabdellah. Comme l’air ambiant ne laisse pas passer les ultraviolets en dessous de 200 nm, nos essais sont réalisés dans un caisson à vide spécialement conçu et assemblé aux dimensions de l’appareil. C’est la seule solution aujourd’hui pour s’assurer que les résultats sont conformes, et notamment que la résolution du réseau est capable d’isoler les émissions spectrales de l’hydrogène et de l’oxygène qui sont les plus importantes. »

Survivre à Jupiter

Le décollage de la mission JUICE est prévu depuis le Centre Spatial Guyanais en 2022, mais n’arrivera dans le système jovien qu’en 2030. Sa mission vise à déchiffrer l’interaction de Jupiter avec ses lunes et à étudier en détail ces dernières. Elle durera environ 4 ans et inclura une mise en orbite autour de Ganymède.

Un challenge technique pour les instruments, qui devront survivre au moins 12 ans et résister à l’environnement électromagnétique extrême de la zone équatoriale de Jupiter. « C’est un vrai défi, cela impose une réflexion particulière lors de la conception, ainsi qu’un blindage des instruments, ce sont des contraintes fortes pour les équipes qui les préparent », confirme Éric Quémerais. Pour la première incursion d’un véhicule européen près de la géante gazeuse, de nombreux laboratoires français sont mis à contribution. Ils participent à des éléments-clés d’instruments comme le LATMOS pour le spectromètre UVS, ou collaborent ensemble pour le spectromètre imageur MAJIS qui fait intervenir l’IAS, l’IRAP, le LATMOS, le LERMA, le LESIA, LPC2E et le LPP ! Le CNES, qui apporte aussi un partenariat technique, prend par ailleurs en charge le financement des contrats industriels de l’ensemble des contributions françaises.

Contacts

Abdel Bouabdellah, ingénieur de recherche au LATMOS IPSL
Mail : abdel.bouabdellah at latmos.ipsl.fr
Tel : 01 80 28 51 47

Éric Quémerais, directeur de recherche au LATMOS IPSL
Mail : eric.quemerais at latmos.ipsl.fr
Tel : 01 80 28 50 74

Francis Rocard, responsable des programmes d'exploration du système solaire du CNES
Mail : francis.rocard at cnes.fr
Tel : 01 44 76 75 98

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