En janvier 2004, la sonde américaine Stardust (Poussière d'étoile) a rencontré la comète Wild 2 (81P/Wild), au terme d'un tortueux voyage de 5 ans. Sa mission : récolter des grains de poussières de l'astre chevelu et les rapporter sur la Terre. Ces fragments doivent dévoiler quelques pans de l'histoire du système solaire...

Faisons un bond dans le passé, justement à l'époque de la formation de la Lune. Car les grains libérés par les comètes datent probablement de cette période, et leur étude devrait dévoiler quelques-uns des secrets de l'histoire du système solaire. Mais, cette fois, la cible est bien plus éloignée que la Lune, et le voyage, au lieu de quelques jours, dura cinq ans. Il débuta le 6 février 1999, à Cap Canaveral (Floride), par le decollage d'une fusée Delta II chargée de propulser les 385 kg de Stardust sur sa trajectoire idéale. Une fois dans l'espace, Stardust, comme la plupart des sondes qui l'ont précédée ces dernières années, au lieu de se diriger droit sur sa cible - la comète Wild 2 -, elle s'est satellisée autour du Soleil.

ASSISTANCE GRAVITATIONNELLE : Au bout de deux ans, elle a accompli une première orbite, la sonde est repassée tout près de la Terre afin de bénéficier de son assistance gravitationnelle. Agissant comme une fronde, l'attraction terrestre a donné un surplus de vitesse à Stardust, qui s'est placée sur une nouvelle orbite de 2,5 ans, dont l'apogée fut à la hauteur de la trajectoire de Wild 2. C'est seulement au cours de la troisième révolution de Stardust autour du Soleil que la rencontre s'est produite, au mois de janvier 2004. Grâce à ce chemin en apparence tortueux, Stardust a eu une vitesse relativement faible par rapport à Wild 2, de l'ordre de 6,1 km/s.
À titre de comparaison, le vaisseau automatique européen Giotto avait croisé la comète de Halley à 60 km/s en 1986. "Le fait que la vitesse soit relativement basse au moment où la sonde entra dans la chevelure de la comète a augmenté les chances de conserver intacte la structure des grains collectés", explique Laurent Jorda, astronome français spécialiste des comètes à l'institut Max Planck, en Allemagne. En effet, si les grains arrivaient trop vite dans le collecteur de Stardust, ils se casseraient en poussières plus petites, et leur étude ultérieure serait faussée.
Afin de minimiser les risques, les Américains ont confectionné le collecteur, qui a la forme d'une grosse raquette de tennis, dans un matériau spécial, aux propriétés hors du commun, appelé Acrogel. À base de silicone, c'est un solide structuré comme une éponge, dont 99 % du volume est constitué de vide, ce qui lui donne une densité mille fois plus faible que celle du verre. Quand une particule frappe l'Aérogel, elle s'y enfonce en étant amortie. Le fait qu'elle perde graduellement sa vitesse lui évite de se désintégrer. Dans cette "épuisette" les scientifiques espèrent collecter un millier de grains de tailles variées. "Très schématiquement, les observations de la sonde Giotto, en 1986, suggèrent la présence dans la chevelure d'une comète de nombreuses populations de grains, de plusieurs dizaines à un centième de micromètre, dit Laurent Jorda. L'un des modèles prévoit que les gros grains sont constitués d'un cour à base de silicate, d'une enveloppe de matériau organique réfractaire et d'une enveloppe de matériaux volatils - tels que H₂O, CO et CH₃OH - accrétés durant leur séjour dans le nuage moléculaire qui les abritait".
Une fois récoltés, les grains seront enfermés dans une capsule qui doit se détacher de la sonde et revenir sur Terre, quelque part au milieu du désert de l'Utah, le 15 janvier 2006. Si les échantillons sont conservés dans leur état initial, les astronomes auront sous la main de quoi effectuer un voyage inespéré dans le passé. Ces petits fragments de comète raconteront dans quelles conditions et selon quels processus ils se sont formés, il y a plus de 4,5 milliards d'années, au sein de la nébuleuse qui a donné naissance au Soleil et à son cortège de planètes. "La comète Wild 2 s'est formée en même temps que les planètes du système solaire", précise Jacques Crovisier, astronome à l'Observatoire de Paris-Meudon. "Les grains qu'elle contient datent donc de cette époque, puisque, depuis, elle n'en a pas accrété d'autres".

Rendez-vous en orbite : Dynamisée par son passage à proximité de la Terre, dont l'attraction lui a donné un regain de vitesse, Stardust a entamé sa troisième révolution autour du Soleil le 22 juillet 2003. La sonde a eu rendez-vous le 2 janvier 2004 avec la comète Wild 2, qu'elle a croisé à la vitesse de 6,1 km/s.

L'analyse de grains de poussière récoltés par la sonde Stardust lors de son passage à travers la queue de la comète Wild 2 jette le trouble sur l'origine de ces astres glacés...

Lawrence Grossman et Steven Simon, de l'université de Chicago (États- Unis), ont détecté dans les grains analysés la présence de minéraux riches en aluminium et en calcium, qui se forment habituellement à très haute température, soit au plus près du Soleil, dans le disque protoplanétaire. Or, les comètes se sont constituées aux confins du disque, et en théorie, elles ne devraient pas comporter de minéraux témoignant de hautes températures.
Pour expliquer ce résultat, l'équipe américaine ne voit que 2 possibilités. La première : ces grains, formés aux abords immédiats du jeune Soleil, auraient été ensuite transportés aux confins du système solaire pour êtres incorporés aux comètes. Dans ce cas, le disque de gaz et de poussière qui entourait le jeune Soleil et qui a donné naissance aux planètes devait être le siège de mouvements turbulents. Le Soleil aurait éjecté des flux de particules de hautes énergies qui auraient soufflé les régions centrales du disque.
L'autre possibilité, évoquée dans Meteoritics and Planetary Science de novembre, est que ces grains proviendraient des abords d'une autre étoile, puis auraient migré dans le milieu interstellaire pour être capturés par les comètes de notre système. Dans les deux cas, les grains cométaires, encore en cours d'analyse, apparaissent comme de précieuses reliques pour reconstituer l'histoire mouvementée du système solaire.

Les dizaines de chercheurs qui analysent depuis 8 ans la collecte de la sonde Stardust de la Nasa, rentrée sur Terre en 2006, viennent d'annoncer une découverte historique : ils ont trouvé 7 grains de poussière qui n'appartiennent pas au système solaire. Ils répondent aux noms d'Orion, Hyla Brook, Sorok, I1061N.2, I1061N.3, I1061N.4 I1061N.5.

Sept petits grains de quelques dixièmes de millionième de millionième de gramme qui, ils en sont presque certains, proviennent de l'espace interstellaire, cette immensité presque vide qui sépare les étoiles. "Les tenir dans la main est incroyable", réagit Andrew Westphal, à l'université Berkeley (Californie).
Un trésor qui reserve des surprises : la composition des grains est plus variée que prévu. Ils sont aussi très structurés, alors que les astronomes s'attendaient à une matière aussi amorphe que le verre... "En passant d'observations à distance à l'étude d'individus, on découvre que les choses sont plus complexes", note Andrew Westphal. De quoi contraindre les modèles pour mieux comprendre le milieu dans lequel baigne l'Univers, d'autant que "seuls 77 des 132 cellules collectrices de Stardust ont été analysées, précise le chercheur. On espère bien trouver d'autres grains".

Depuis la rencontre historique avec la comète de Halley en 1986, 5 comètes ont été survolées par des sondes spatiales. Taille, forme et aspect étaient à chaque fois différents. Des portraits à comparer avec les vues rapprochées de Churyumov-Gerasimenko attendues cet été.

Les comètes, des astres morts ? Les dernières analyses des grains de Wild 2 rapportés par la sonde Stardust révèlent tout le contraire : ils contiennent un composé qui ne se forme en présence d'eau liquide. Une totale surprise.

On les croyait immuables. Les comètes, petits astres dansants aux confins du système solaire, devaient receler en leur sein glacé des grains de matières datant des origines du système solaire... Il n'en est rien. Recueillis en 2004 par la sonde Stardust de la NASA, les derniers échantillons provenant de la comète Wild 2 prouvent, au contraire, d'après les analyses, que les comètes n'ont cessé d'évoluer depuis leur formation. La surprise des experts est totale : au lieu d'astres morts et primitifs, ils découvrent un nouveau monde à la chimie riche et aux matériaux élaborés. De véritable planète miniatures, en somme, qui auraient même pu abriter des poches d'eau liquide ! Sous la glace stérile, se cacherait en effet le solvant miraculeux qui permet aux molécules de se dissocier dans le cytoplasme des cellules, aux nutriments d'être transportés... bref, à la vie d'être la vie ! "Tout ce que l'on croyait savoir sur des comètes est remis en question", s'enflamme Dante Lauretta, qui a dirigé les analyses à l'université d'Arizona, aux Etats-Unis.
Ce succès est d'abord celui de Stardust. Dès 2004, avant même qu'elle ne rapporte sur Terre les grains cométaires de Wild2, la petite sonde s'attaquait au dogme : ses photos de la comète révélaient un paysage ne ressemblant en rien à la boule de glace sale que l'on s'attendait à découvrir. Parsemée de cratères, de parois abruptes, de pics et de vallées, Wild2 offrait plutôt le visage d'un astéroïde. Puis, deux ans plus tard, analysant les premiers échantillons de la comète, les chercheurs découvraient des matériaux formés à haute température, entre 1200 et 1500°C... Voilà qui s'accordait difficilement avec l'idée de corps célestes censés s'être formés il y a 4,5 milliards d'années, à partir des poussières et des glaces qui gravitaient alors au-delà de la ceinture de Kuiper, à 6 milliards de kilomètres du Soleil ! "C'était la première, surprise, relate Janet Borg, qui a étudié certains échantillons de Wild2 à l'Institut d'astrophysique spatiale d'Orsay. Le fait que de tels matériaux parviennent jusqu'au niveau de la zone de formation des comètes montre que le nuage de gaz et de poussière qui entourait notre étoile à l'origine du système solaire a été agité de mouvements beaucoup plus importants qu'on ne le pensait". "Déjà, la composition des comètes apparaissait plus complexe qu'attendu", renchérit Hugues Leroux, minéralogiste à l'université de Lille qui a aussi pu analyser des échantillons de Wild2. Dans la foulée de cette découverte, les théoriciens doivent revoir leurs modèles, simuler la présence de vents et de tourbillons qui auraient mélangé la nébuleuse avant la formation des planètes...
Mais ce n'est rien à côté des résultats d'analyses qui viennent d'être publiés par Eve Berger, doctorante à l'université d'Arizona, et son directeur de thèse, Dante Lauretta. Les deux chercheurs américains se sont intéressés à trois échantillons de Wild2. "L'équipe qui avait mené les analyses préliminaires avait rapporté la présence de sulfure de cuivre et de fer, des composés que "nous avons l'habitude de trouver dans les météorites, relate Eve Berger.Cela nous a intrigués : se pouvait-il que comètes et astéroïdes aient des compositions semblables ?" La jeune femme scrute alors les grains de matière au microscope électronique à transmission, traquant les fameux sulfures jusqu'à ce qu'elle découvre... de la cubanite, un composé de cuivre, de fer et de soufre doté d'une particularité : il ne peut se former qu'en présence d'eau liquide ! "Je n'en revenais pas !", se rappelle la jeune chercheuse qui, malgré son jeune âge, a déjà classé ce moment parmi les "plus grands de (sa) carrière scientifique".
Comment un tel minéral a-t-il pu atterrir sur un astre considéré comme mort ? S'est-il formé dans la partie interne du système solaire, sur une sorte d'astéroïde qui se serait ensuite fracassé, projetant des flots de poussière dans l'espace, dont quelques grains auraient terminé leur course aux confins du système solaire, dans la région de formation des comètes. Ou serait-il carrément né sur la comète, ce qui suggérerait que les petits corps glacés de la banlieue du système solaire ont un jour abrité des poches d'eau liquide ?
Collectées à plus de 22 000 km/h dans un aérogel qui a joué le rôle d'amortisseur, les poussières de la comète Wild 2 ont laissé une traînée avant de s'immobiliser. L'analyse des échantillons de la comète Wild 2 au microscope électronique met en évidence un minéral, la cubanite, qui ne se forme qu'en présence d'eau liquide (->).

LA BARRIÈRE DE JUPITER : Cette seconde idée est enthousiasmante, mais Eve Berger garde la tête froide. Partant de son indice - la nécessité d'un environnement contenant de l'eau liquide - elle se lance dans l'enquête. "Le scénario le plus crédible était au départ le premier : la cubanite a tout à fait pu se former au niveau actuel de la ceinture d'astéroïde, puisque l'on a déjà retrouvé ce minéral sur plusieurs météorites, tels Orgueil, Alais ou Ivuna. Ensuite, ces poussières ont pu être propulsées vers les régions externes du système solaire par les vents et les tourbillons décrits par les modèles." Seulement, déroulant ce scénario, la chercheuse se heurte à un mur... nommé Jupiter. Car une fois cette géante gazeuse formée, elle constitue une véritable barrière dans le système solaire, stoppant brutalement tous les échanges de particules en direction des zones externes. Impossible qu'après la formation de la planète, la moindre particule de cubanite ait pu échapper à son attraction gravitationnelle et donc gagner la région de formation des comètes. "On estime que Jupiter s'est formée quelques millions d'années après le Soleil, précise Eve Berger. Or, quelques millions d'années sont également nécessaires pour que la cubanite se forme sur un astéroïde... La formation de cubanite est donc simultanée ou ultérieure à la formation de Jupiter ! "Conséquence : les mécanismes de turbulence n'ont pu transporter le minéral jusqu'à la région des comètes. Reste donc le second scénario : la cubanite se serait formée sur la comète elle-même... Mais comment une boule glacée aurait-elle pu chauffer au point de donner naissance à des poches d'eau liquide ? Eve Berger invoque ici la radioactivité. "L'idée peut paraître audacieuse, mais on sait que des matériaux radioactifs, comme l'aluminium 26, étaient présents dans le système solaire primitif ; or, ils auraient pu réchauffer le cour de la comète. D'ailleurs, certains modèles le prévoient déjà", se félicite la chercheuse. "Il suffit que les corps soient assez gros, confirme Matthieu Gounelle, minéralogiste au Muséum national d'histoire naturelle de Paris, et lui-même à l'origine de l'un de ces modèles. Tout est une question de transfert de chaleur : il est possible qu'une comète de quelques kilomètres de diamètre comme Wild 2 soit déjà trop grosse pour évacuer la chaleur produite par les roches radioactives qu'elle abrite. Sa glace souterraine a pu fondre, jusqu'à donner naissance à une circulation hydrothermale, exactement comme sur les astéroïdes ou les planètes..."

SCÉNARIO À CONFIRMER : Des poches d'eau ont donc pu se former, favoriser des réactions chimiques et donner naissance à de nouveaux matériaux, comme la cubanite ! CQFD ? Presque ! Car les spécialistes souhaitent voir ce scénario confirmé par de nouvelles mesures. "C'est un modèle très convaincant, mais pour l'instant, il est impossible de garantir que les choses se sont bien passées comme cela, tempère ainsi Hugues Leroux. Il reste des incertitudes sur la chronologie exacte de la formation des astéroïdes, de Jupiter, sur l'ampleur des transports de matière qui agitait la nébuleuse avant la formation des planètes". "S'il y a vraiment eu de l'eau liquide sur Wild 2, d'autres minéraux semblables à la cubanite doivent s'être formés, renchérit Janet Borg. Pour prouver ce scénario, il faudra les trouver, mais la présence de cubanite, à elle seule, confirme qu'avant Stardust, on s'était trompé sur les comètes." Cette conclusion sonne comme un chant du cygne... Car à minuit précis dans la nuit du 24 au 25 mars dernier, la sonde a vidé dans l'espace les derniers litres de carburants que contenait son réservoir. Ses antennes, désormais immobiles, ne pointent plus vers la Terre. Elle a cessé d'émettre et vogue en silence dans l'espace, en ayant rempli bien plus que ses objectifs. Elle qui devait autopsier des boules de glace a mis au jour un nouveau monde, riche et peut-être fertile.

LA COURSE AUX GRAMMES DE MATIÈRES EXTRATERRESTRES Les quelques millionièmes de grammes de poussière de comètes recueillis par la mission Stardust ont coûté 200 millions de dollars, mais pour les chercheurs, les découvertes qui en ont découlé indiquent que l'investissement en valait la peine. "On ne peut se contenter d'observer les astres à distance, milite Patrick Michel, astrophysicien à l'observatoire de la Côte d'Azur. L'idéal serait même que nous disposions de plusieurs centaines de grammes de matière extraterrestre". Heureusement, si les comètes, lointaine, sont difficiles d'accès, les astéroïdes, dont certains viennent croiser l'orbite de la terre, sont eux à portée de sonde. Ils constituent donc l'objectif principal des agences spatiales. Trois projets, actuellement en phase de sélection, devraient ainsi offrir aux minéralogistes du grain à analyser. La mission Osiris Rex (photo), si elle est sélectionnée ce mois-ci par la NASA, partira à l'assaut de l'astéroïde 1999 RQ36 en 2018 pour lui arracher une centaine de grammes de sa matière. L'agence spatiale européenne (ESA), elle, propose d'envoyer une sonde baptisée Marco Polo-R en 2020 prélever 2 kg de matière sur l'astéroïde primitif binaire (175.706) 1996 FG3. Et les chercheurs comptent sur les grammes d'échantillons de l'astéroïde 1999 JU3 que devrait rapporter en 2020 la mission Hayabusa 2 de l'agence spatiale japonaise Jaxa.