Une voile solaire visera bientôt Mercure

voile solaire Mercure
Illustration d'artiste d'IKAROS. Crédit : JAXA

Une nouvelle mission spatiale, appelée Mercury Scout, propose d’explorer Mercure en utilisant une voile solaire. Contrairement aux moteurs de fusée conventionnels qui nécessitent du carburant, une telle structure utilise la pression exercée par la lumière du soleil sur de grandes surfaces pour propulser un vaisseau spatial à travers l’espace.

Une ancienne idée qui refait surface

L’idée de l’utilisation de voiles solaires dans l’espace remonte au 17e siècle. En effet, en 1610, le célèbre astronome Johannes Kepler écrivit à son ami et collègue, Galileo Galilei, pour lui proposer sa théorie d’utiliser la pression de la lumière solaire afin de propulser des objets dans l’espace.

Dans le détail, l’efficacité des voiles solaires réside dans le fait que la lumière, constituée de particules appelées photons, exerce une pression lorsqu’elle frappe la voile. Bien qu’ils ne possèdent pas de masse, les photons ont un élan, et lorsqu’ils frappent la voile solaire, ils lui transfèrent une petite poussée qui s’accumule lentement, permettant au vaisseau spatial de gagner de la vitesse dans l’espace.

Cependant, à l’époque, la technologie nécessaire pour réaliser cette idée visionnaire était bien au-delà des capacités techniques disponibles. Il aura fallu attendre le début du 21e siècle pour que la technologie rattrape cette idée audacieuse. En 2001, la Planetary Society, une organisation scientifique à but non lucratif dédiée à l’exploration spatiale, avait en effet lancé un projet ambitieux appelé Cosmos 1. Il s’agissait alors du premier vaisseau spatial à voile solaire jamais construit dans le cadre d’une mission spatiale. Malheureusement, le lancement du Cosmos 1 en juin 2005 s’était soldé par un échec, la fusée porteuse ne parvenant pas à atteindre l’orbite prévue.

Cependant, malgré cet échec initial, l’idée des voiles solaires a continué à prendre de l’ampleur. En 2010, l’Agence japonaise d’exploration aérospatiale (JAXA) a notamment lancé avec succès le vaisseau spatial Ikaros, le premier vaisseau spatial à voile solaire à atteindre l’orbite terrestre. Ikaros avait alors démontré la viabilité de cette technologie en effectuant des manœuvres de vol contrôlées à l’aide de sa voile solaire dans l’espace.

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Représentation d’une voile solaire en orbite autour de la Terre. Crédits : NASA

Une voile pour sonder Mercure

Depuis lors, plusieurs autres projets ont exploré et utilisé cette technologie pour des applications scientifiques. La mission Mercury Scout en profitera notamment bientôt pour explorer Mercure.

Cette voile solaire aura une superficie d’environ 2500 mètres carrés et une épaisseur de 2,5 microns. Fabriquée en CP1 aluminisé, similaire à celui utilisé dans le bouclier thermique du télescope James Webb, elle sera divisée en quatre quadrants qui se déploieront le long de supports en fibre de carbone.

Une fois sur place dans 3,8 ans, la mission se chargera de cartographier la surface de la planète pour y rechercher des dépôts d’eau dans les cratères ombragés. De telles études nécessiteront des ajustements réguliers de la structure, à la manière d’un voilier ajustant l’angle et la position de sa voile en fonction du vent.

Il existe plusieurs raisons pour lesquelles l’utilisation d’une voile solaire est avantageuse par rapport aux fusées conventionnelles. D’une part, les coûts de fabrication et de lancement sont considérablement réduits. Cela rend les missions spatiales utilisant des voiles solaires plus économiques et accessibles. D’autre part, ces voiles ne nécessitent pas de carburant supplémentaire. Les missions qui en bénéficient sont donc plus efficaces sur le plan énergétique et sont moins lourdes, ce qui permet d’intégrer davantage d’instruments à bord.

Les voiles solaires offrent également une plus grande flexibilité en matière de conception et de configuration. Par exemple, la surface réfléchissante de celle proposée dans le cadre de cette mission pourrait être utilisée pour éclairer les cratères ombragés de Mercure, facilitant la recherche de dépôts d’eau ou d’autres caractéristiques géologiques.

Enfin, contrairement aux fusées conventionnelles dont la durée de vie est limitée par la quantité de carburant, les voiles peuvent potentiellement fonctionner indéfiniment tant que le matériau reste intact. Cela offre la possibilité de prolonger la durée des missions spatiales.