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La NASA s’associe à des explorateurs des grands fonds pour développer une technologie pour la mission Europa

Une nouvelle technologie d’exploration en haute mer qui pourrait un jour rechercher la vie dans les océans souterrains sur les lunes de Jupiter et de Saturne sera mise à l’essai au cours d’une expédition de démonstration de deux semaines à bord d’un navire de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).

Le nouveau véhicule sous-marin, appelé Orpheus, repose sur un logiciel de navigation autonome développé par le Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA en Californie pour Mars. Rover de persévérance et le Hélicoptère d’ingéniosité. La tâche principale du mini-sous-marin, qui était construit par l’institution océanographique de Woods Hole (WHOI) dans le Massachusetts, sera de faire progresser la compréhension de l’humanité des régions les plus profondes des océans, la zone dite hadale.

Avec des tranchées et des creux aussi profonds que 20000 à 36000 pieds (6000 à 11000 mètres), la zone hadal présente des défis similaires à ceux rencontrés par les véhicules d’exploration sur d’autres planètes, a déclaré Russel Smith, roboticien au JPL, lors d’une conférence de presse en ligne en mai. 5.

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Les leçons de la persévérance

« Il y a pas mal de similitudes entre l’océan profond de la Terre et l’exploration spatiale », a déclaré Smith, citant « une communication limitée par les données, nécessitant beaucoup d’autonomie, mais aussi des conditions environnementales difficiles qui nécessitent beaucoup de travail d’ingénierie. »

Pour naviguer dans les profondeurs sombres et inexplorées, Orpheus s’appuiera sur Navigation relative au terrain (TRN) que la NASA a développée pour la mission Mars 2020. TRN a aidé Perseverance à atterrir en toute sécurité dans le cratère de Jezero le 18 février et a guidé l’hélicoptère Ingenuity lors de ses vols pionniers.

« Terrain Relative Navigation utilise des caméras qui regardent autour et identifient les caractéristiques importantes dans les environs », a expliqué Smith, qui a travaillé sur des logiciels pour Perseverance et Ingenuity, ainsi que pour Orpheus. « Le véhicule utilise ensuite ces fonctionnalités pour naviguer. C’est comme si vous entrez dans un salon et que vous reconnaissiez un canapé et une télévision. Les robots font exactement la même chose. »

L’ingénieur JPL de la NASA Russel Smith et l’ingénieur de l’OMSI Molly Curran calibrent les caméras d’Orpheus avant sa toute première plongée en 2018 (Crédit: Woods Hole Oceanographic Institution / Ken Kostel) (Crédit d’image: Woods Hole Oceanographic Institution)

À la recherche de la vie dans les profondeurs

Orphée sera mis à l’épreuve, bien qu’il n’atteigne pas encore les profondeurs ultimes, pendant deux semaines expédition sur le navire NOAA Okeanos du 14 au 2 mai7. Le mini-sous-marin non équipé fonctionnera 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, cartographiant le fond marin alors que le navire se rend de Cap Canaveral, en Floride, à Norfolk, en Virginie. Le sous-marin autonome testera également une nouvelle technologie d’ADN environnemental (eDNA) qui peut récupérer des échantillons d’ADN d’organismes dans l’eau et le sol dans lesquels ils vivent.

Tim Shank, biologiste des grands fonds de l’OMS, le scientifique principal de la mission, s’attend à ce qu’Orphée ouvre un nouveau chapitre dans l’exploration des grands fonds et fasse la lumière sur le monde mystérieux où la pression dépasse mille fois celle du niveau de la mer.

« Nous savons qu’il y a une quantité énorme de matière organique dans la zone hadal et beaucoup de biodiversité, des organismes qui ont développé des adaptations très uniques pour survivre dans l’environnement à haute pression », a déclaré Shank dans le briefing. « Mais jusqu’à présent, nous n’avions pas de véhicule pour y aller. »

Le sort du prédécesseur d’Orhpeus Nereus témoigne des défis de l’exploration en haute mer. En 2014, le véhicule a implosé 9990 m sous la surface de la mer dans la fosse de Kermadec près de la Nouvelle-Zélande, probablement en raison de la pression extrême d’environ 16000 livres par pouce carré (2860 kilogrammes par centimètre carré).

Philosophie Cubesat

La perte de Nereus a amené Shank et ses collègues à repenser leur approche de l’exploration de la zone hadal. Ils ont conçu Orpheus pour qu’il soit plus petit et moins cher que les premiers véhicules d’exploration en haute mer de WHOI.

À environ 550 livres. (250 kilogrammes), Orphée ne représente qu’environ un dixième de la masse de Nereus. Le mini-sous-marin de six pieds (2 m) a coûté environ 2 millions de dollars à développer et à construire, soit environ un quart du coût de Nereus. Utiliser ce que décrit WHOI comme philosophie cubesat, développer de nouvelles technologies rapidement et à moindre coût, permettra aux scientifiques de remplacer le véhicule en cas de panne, mais aussi de créer toute une flotte d’exploration.

«Notre grande vision est d’avoir tout un réseau de ces véhicules, comme une douzaine environ, avec des stations de base», a déclaré Shank. « Ils communiquaient entre eux sur leur position, sur ce qu’ils font et sur ce qu’ils échantillonnent. »

Les sous-marins autonomes erreraient au-dessus du fond de l’océan, prenant des images haute résolution qui seront combinées en une carte 3D du fond marin, à la recherche de traces de vie dans le processus.

Un sous-marin sous l’épaisse croûte glacée de la Lune Europa de Jupiter subirait à peu près la même pression qu’un véhicule dans la zone hadal. (Crédit: NASA // JPL-Caltech / SETI Institute) (Crédit d’image: NASA)

Prochaine destination: Europe

Mais Shank a déjà les yeux rivés sur d’autres océans du système solaire, comme la lune de Jupiter Europe et Saturne Encelade. En fait, Shank a souligné lors du briefing, la pression sous la croûte de glace de 12 kilomètres d’épaisseur d’Europa sera à peu près la même que celle dans les tranchées les plus profondes de la zone hadal. De plus, les capteurs ADN environnementaux qu’Orpheus teste seraient un atout pour une mission de recherche de vie microbienne sur une lune couverte d’océan.

« L’océan hadal sur Terre représente une belle analogie de ce que nous vivrons sur Europe », a déclaré Shank. « Orpheus travaille dans les mêmes profondeurs, il est donc logique que nous utilisions Orpheus comme banc d’essai pour les instruments et les capteurs. Nous apprendrons à naviguer, nous apprendrons à fonctionner de manière autonome. »

Smith a ajouté qu’en s’associant à la communauté de l’exploration océanique, la NASA peut puiser dans un pool de connaissances et d’expériences qui, autrement, prendraient trop de temps à se constituer à partir de zéro.

La découverte d’écosystèmes abondants autour des évents hydrothermaux en eau profonde dans les années 1970 a changé les croyances des biologistes sur les exigences de la vie. Des écosystèmes similaires pourraient-ils exister sur les lunes couvertes par l’océan? (Crédit: NOAA) (Crédit d’image: NOAA)

Espace prêt

« NOAA et WHOI ont une tonne d’expérience dans l’exploration des océans de la Terre, qui sont un excellent banc d’essai pour l’exploration d’autres mondes océaniques », a déclaré Smith. « Notre expérience est très complémentaire et en coopérant, nous pouvons construire des véhicules qui demanderaient beaucoup d’essais et d’erreurs à construire seuls. Nous accélérons le développement des deux: les submersibles terrestres mais aussi ces futurs explorateurs du monde océanique. »

Grâce à sa petite taille, Orpheus est un point de départ pratique pour des itérations qui pourraient conduire à un mini-sous-marin explorant d’autres mondes océaniques, selon Smith. Cependant, pour rendre la technologie adaptée à un voyage interplanétaire, les ingénieurs devront la réduire d’au moins un facteur de 10.

« Les choses devraient devenir beaucoup plus petites parce que le lancement de véhicules dans l’espace coûte très cher quand ils sont lourds et gros », a déclaré Smith. « Nous devrions également nous assurer que l’électronique puisse résister aux bombardements de rayonnement dans l’espace mais aussi sur ces lunes car il n’y a pas d’atmosphère pour les protéger. »

Les promesses des évents hydrothermaux

Shank a déclaré que trouver la vie sur Europa ou Encelade ne le surprendrait pas. Les croyances des biologistes sur la vie sur Terre ont fondamentalement changé en 1977 avec la découverte de évents hydrothermaux. Ces fissures dans le fond marin, à des kilomètres sous la surface de l’océan, libèrent de l’eau chaude et riche en minéraux qui donne naissance à des écosystèmes florissants avec des types uniques de microbes, de mollusques ou de poissons. Ces écosystèmes survivent sans la présence de lumière. Au lieu de la photosynthèse, les micro-organismes autour de ces évents traitent des molécules contenant du carbone qui suintent du fond marin pour créer une matière organique dont d’autres créatures se nourrissent.

« Je ne vois aucune raison pour laquelle ces types d’habitats n’existeraient pas sur Europe », a déclaré Shank. «Tout ce dont vous avez besoin, c’est d’un noyau chaud, et vous l’obtenez grâce à l’attraction gravitationnelle. L’étirement et la contraction fissurent le fond marin, le fluide y pénètre et se réchauffe par les mouvements du fond marin. Une fois que vous avez de la roche, une source de chaleur et de l’eau chaude , vous pouvez avoir une vie microbienne. « 

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