Stardust : de l'aérogel double face pour une double mission

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C'est en ces termes que Tom Duxbury, directeur de projet de StardustStardust au JPLJPL, a accueilli l'atterrissage de la sonde américaine. A l'issue d'une mission de 7 ans à travers notre système solaire, la capsule est enfin de retour à la maison et ouvre la voie à une quête d'une importance encore plus déterminante : l'analyse de sa précieuse cargaison cosmique...

Mais comment ces poussières de comète ont-elles été collectées par Stardust au cours de son long pèlerinage dans notre système solaire ? L'ingrédient essentiel de la recette utilisée par la NASA s'appelle l'aérogel...

Un retour des plus attendus

Après l'atterrissage de la SRC (Sample Return Capsule) de Stardust, et sa localisation par des hélicoptères de l'armée américaine, la capsule a rejoint hier un bâtiment de la base d'entraînement. Le compartiment étanche contenant les poussières de la comète Wild 2 et les poussières interstellairespoussières interstellaires sera transporté dans les prochains jours à un laboratoire de la NASA, situé à Houston. Les particules contenues dans l'aérogel seront récupérées, avant d'être distribuées à différents laboratoires dans le monde pour analyses (dont, en France, le Muséum national d'Histoire naturelleMuséum national d'Histoire naturelle et l'Institut d'AstrophysiqueAstrophysique d'Orsay).

Capturer des poussières interstellaires : pas si simple que cela en a l'air !

L'objectif de la mission Stardust était double : capturer des échantillons de la comète Wild-2 ainsi que des poussières interstellaires. Le premier défi à surmonter pour mener à bien la collecte de Stardust était de ralentir suffisamment les particules, afin d'éviter leur échauffement et l'altération de leurs propriétés physiquesphysiques. En effet, au moment de la rencontre de Stardust avec les poussières de la comète Wild-2, la vitesse d'impact des particules était six fois supérieure à celle d'une balle de fusil. Etant données leur vitesse et leur taille - proche de celle d'un grain de sablesable - éviter leur altération physique et chimique tenait de l'exploit.

Mais les ingénieurs de la NASA ont réalisé cet exploit, en utilisant un matériaumatériau révolutionnaire nommé aérogel. Formé à base de siliconesilicone, l'aérogel a une structure poreuse, et son volumevolume est composé à 99.8 % de vide. A titre de comparaison, sa densité est mille fois inférieure à celle du verre.

Quand une particule à haute vélocitévélocité entre en contact avec l'aérogel, il y creuse un cônecône de 200 fois sa propre longueur - ce qui le ralentit considérablement - avant de s'y trouver emprisonné. La section de ces cônes est maximale à la surface de contact vide/aérogel, tandis que les particules, théoriquement intactes, se trouvent à leur extrémité.

Une fois Stardust de retour sur Terre, les chercheurs n'ont « plus qu'à » suivre les sillons à la recherche des particules. En effet, la transparencetransparence de l'aérogel permet de les détecter aisément au microscopemicroscope, et la forme des cônes de déterminer leur direction incidente.

Les propriétés physiques surprenantes de l'aérogel

S'il en adopte globalement la structure, l'aérogel est à mille lieues d'une moussemousse ou d'une éponge traditionnelle. En effet, il s'agit d'un matériau à très grande microporosité, formé de multiples cellules d'une grandeur caractéristique de quelques nanomètresnanomètres, reliées entre elles en un ensemble héritant de leurs propriétés physiques intrinsèques.

L'aérogel est fabriqué par assèchement en autoclaveautoclave d'un gelgel composé de silicesilice et de solvantssolvants, par élévation de la température et de la pressionpression, permettant le dépassement du point critique du liquideliquide. Sa mise au point et sa qualification en vol ont été réalisées dans les laboratoires du JPL.

Hormis sa capacité à capturer des particules à haute vélocité, les autres propriétés physiques de l'aérogel sont des plus singulières : faible conductivité thermiqueconductivité thermique, faible indice de réfractionindice de réfraction (peu de modification de la direction de propagation des ondes à la traversée de la surface de séparationséparation vide/aérogel) et faible vitesse du sonvitesse du son.

Une raquette de tennis « double face » pour capturer des poussières cométaires et interstellaires

Le collecteur mis au point par la NASA présentait la forme d'une « raquette double face » et avait la faculté de se déployer puis de se rétracter dans la SRC (Sample Return Capsule), la capsule qui vient justement d'être récupérée par la NASA. Une face de cette raquette était dévolue à la capture de particules de la comète Wild 2, l'autre au prélèvement d'échantillons de poussière interstellaire.

A l'issue de son travail, le collecteur a été rétracté dans la capsule SRC, puis la sonde Stardust a commencé son retour sur Terre, pour finalement atterrir avec succès dans le DésertDésert de l'Utah.

Si les méthodes utilisées par Stardust pour mener à bien sa mission étaient révolutionnaires, les résultats des analyses des poussières qu'elle a récoltées le seront probablement bien plus. En effet, comme vous le découvrirez en détails demain sur Futura-Sciences, l'étude de ces particules nous éclairera probablement sur la genèse de notre système solaire...