23 Novembre 2023

Mission

Contexte

La Lune possède une « atmosphère » extrêmement ténue que l’on appelle exosphère. Elle a une durée de vie courte, à cause de son exposition aux rayonnements ultraviolets du Soleil et au vent solaire, qui l’expulsent rapidement dans l’espace. Cependant, elle existe toujours, ce qui signifie qu’elle se régénère en permanence.  Mais par quel processus ?

Il y a 3 explications possibles :

  • 1) Le vent solaire (qui apporte hydrogène, hélium, argon, carbone, azote, etc.) et les interactions entre ce rayonnement solaire et la surface lunaire (sodium, potassium, eau, méthane, CO2, etc.).
  • 2) Les impacts de météorites qui apportent des espèces volatiles (telles que H2O), qui, comme celles générées par le vent solaire, peuvent migrer à la surface de la Lune et éventuellement être piégées au niveau des pôles.
  • 3) Enfin, certains gaz peuvent provenir du dégazage de la Lune elle-même, comme le radon, qui est produit par la radioactivité de la croûte, voire du manteau lunaire.

C’est cette dernière composante que l’instrument DORN étudiera, en mesurant le flux de radon qui s’échappe du sol lunaire et qui pourra être comparé au flux s’échappant d’autres planètes.

Du haut de leurs orbites, les vaisseaux et sondes américains Apollo 15 et 16 (1971-1972), Lunar Prospector (1998-1999) et la sonde japonaise Kaguya (2007-2009) ont révélé d’énigmatiques variations spatiales et temporelles du radon qui pourraient être liées à l’activité sismique de la Lune.

Mais aucune mesure de ce gaz n’a encore été réalisée in situ. Ce sera bientôt chose faite.

Objectifs

Les objectifs scientifiques de DORN sont : 

  • Étudier le dégazage lunaire et le transport des gaz dans le régolithe (dont est constitué le sol lunaire).
  • Déterminer le flux de radon s’échappant de la Lune et le comparer à celui sur Terre, Mars et Mercure.
  • Etudier les propriétés thermo-physiques du régolithe lunaire.
  • Etudier le transport des gaz dans l’exosphère lunaire.
  • Etudier le transport de la poussière recouvrant le régolithe par la mesure du polonium.
  • Améliorer les estimations de la teneur en uranium du régolithe.
  • Etablir pour la première fois une mesure de référence depuis le sol, qui servira à étalonner les mesures orbitales passées, moins précises, d’Apollo 15 et 16 (NASA 1971 et 1972) et des sondes Lunar Prospector (NASA 1998) et Kaguya (JAXA 2007).

  

Déroulé du projet

Après son lancement à bord d’une fusée Longue Marche 5 depuis le centre spatial de Wenchang, sur l’île de Hainan en Chine, la sonde Chang’e 6 entamera un voyage de quelques semaines vers la Lune. S’en suivra un séjour en orbite autour de la Lune de quelques jours, puis l’atterrisseur de la sonde rejoindra la surface lunaire, au niveau du Pôle Sud-Aitken, sur la face cachée de la Lune. Commencera alors une mission scientifique de 48 heures, durant laquelle l’instrument DORN, installé à bord de l’atterrisseur, effectuera des mesures du radon.

Pendant ce temps, d’autres instruments (une caméra panoramique, un spectromètre minéralogique, un radar d'exploration lunaire et un dispositif de prélèvement) s’activeront. Notamment, l’un d'eux va récupérer des échantillons lunaires en prévision de leur retour vers la Terre. Un module de remontée les emmènera à bord du module de service, resté en orbite, qui se chargera du trajet retour des précieux matériaux.

Organisation

DORN a été conçu et réalisé à l’Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP) sous maîtrise d’ouvrage du CNES. 

L’IRAP a collaboré avec le CEA dont le LNE-Laboratoire National Henri Becquerel pour la production des sources d’étalonnage de Polonium-209 embarquées, ainsi qu’avec Albedo Technologies, une TPE spécialisée dans le développement d’instrumentation de mesure de la radioactivité et le CNRS à travers plusieurs laboratoires dont il est co-tutelle, notamment :

  • l’Observatoire Midi-Pyrénées (OMP – CNES/CNRS/IRD/Météo France/UT3) qui a mobilisé son Groupe d’Instrumentation Scientifique (GIS), un service technique mutualisé, pour l’architecture thermique et l’usinage de pièces mécaniques ;
  • le Laboratoire de physique subatomique et des technologies associées (SUBATECH - CNRS, IMT Atlantique, Université de Nantes) et le GIP Arronax qui ont participé à la caractérisation de l'instrument lors de tests de calibration utilisant les faisceaux protons et alpha de haute énergie du cyclotron Arronax.

Le développement de l’instrument s’est fait en partenariat avec l’Institut de Géologie et Géophysique de l’Académie des sciences chinoise (IGG-CAS), auquel appartient la co-responsable scientifique du projet DORN (Prof. He Huaiyu).

L’équipe scientifique inclut également des collaborateurs de l’Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP - CNRS, Université Paris Cité) de la China University of Geosciences Beijing (CUGB), du National Space Science Center (NSSC) chinois, de l’Université Christian-Albrechts de Kiel, du Centre de recherches pétrographiques et géochimiques (CRPG - CNRS, Université de Lorraine) et du Planetary Science Institute aux États-Unis.

   

Le saviez-vous ?

1 : Le nom de l’instrument DORN est un clin d’œil à la première mise en évidence en 1900 du radon-222 (gaz radioactif produit par le radium) par le physicien allemand Friedrich Ernst Dorn (27 juillet 1848 – 16 décembre 1916). Même si la véritable compréhension de la nature de cette nouvelle substance n’a émergé qu’un peu plus tard, le physicien a par la suite réalisé plusieurs travaux sur la diffusion de ce gaz dans différents matériaux.

2 : Des échantillons prélevés par la sonde Chang’e-5 ont été offerts à la France en 2023 en vue de leur analyse par la communauté scientifique française.

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