LE RÔLE DES TRÈS GRANDS ÉQUIPEMENTS DANS LA RECHERCHE PREMIÈRE PARTIE - LA MONTÉE DES BESOINS EN GRANDS ÉQUIPEMENTS DANS TOUTES LES DISCIPLINES SCIENTIFIQUES (suite)XVI- Astrophysique spatiale ** XVII - Planétologie **1. Les équipements lourds de la planétologie ** 2. Les TGE de la planétologie selon la nomenclature actuelle ** 3. Les besoins prévisibles en TGE de la planétologie **
L'astrophysique spatiale connaît un développement rapide depuis quelques décennies, grâce à d'importantes évolutions technologiques et théoriques. Grâce aux satellites et à la mise au point de nouveaux capteurs, les observations peuvent s'affranchir de l'écran que constitue l'atmosphère et porter sur l'ensemble de la gamme des longueurs d'ondes, ce qui ouvre à la connaissance des domaines entièrement nouveaux jusqu'ici seulement imaginés par les théoriciens. Par ailleurs, l'astrophysique bénéfice de la convergence de cette discipline avec la physique des particules ou la physique des hautes énergies, ainsi que de la mise en _uvre de nouvelles techniques de modélisation numérique des événements ayant pu survenir ou survenant encore dans l'Univers. Les TGE spatiaux sont donc désormais absolument indispensables au développement de l'astrophysique. Ils comptent pour 570 millions de francs par an, dont 400 millions de contribution à l'ESA (European Space Agency - Agence spatiale européenne). Pour autant, leur utilisation est complémentaire de celle des TGE au sol décrits précédemment, la frontière entre l'astronomie et l'astrophysique étant au demeurant fort ténue et n'étant reprise ici qu'en prolongement de ce qui est pratiqué par le ministère de la recherche. 1. Les moyens lourds de l'astrophysique spatiale Selon le modèle actuel de formation de l'univers, après le Big Bang, une inflation de l'univers est intervenue avec une phase de nucléosynthèse, puis de recombinaison des noyaux et de réionisation. Ensuite se sont produites successivement la formation de galaxies, de systèmes planétaires et enfin l'apparition de matériaux biologiques puis d'une vie intelligente. Les questions clés de l'astronomie peuvent être situées le long de ce trajet évolutif. Le point de départ est constitué par l'étude du corps noir cosmologique et la formation des grandes structures. Les autres sujets essentiels sont l'étude de la formation et de l'évolution des galaxies, des étoiles, des systèmes planétaires et enfin la compréhension de l'environnement spatial et la prévision. S'agissant des moyens d'observation indispensables à l'astronomie, il faut disposer d'une panoplie d'instruments recouvrant la plus large gamme possible de longueurs d'ondes. La nécessité de combiner des observations faites sur un large spectre et donc, le plus souvent, par un ensemble d'instruments distincts, a puissamment poussé l'astronomie à développer ses TGE sur une base internationale. S'il y a coopération globale, il reste une compétition au niveau des instruments eux-mêmes et de l'exploitation scientifique des données recueillies. On trouvera ci-dessous un tableau simplifié regroupant les différents équipements spatiaux de l'astrophysique par grand domaine d'observation. Tableau 40 : TGE de l'astrophysique spatiale en fonctionnement ou arrêtés
2. Les TGE de l'astrophysique dans la nomenclature actuelle On trouvera ci-dessous les dépenses correspondant aux TGE de l'astrophysique spatiale tels qu'ils sont répertoriés dans la nomenclature du ministère de la recherche. Tableau 41 : Evolution des dépenses relatives à ISO1
A titre indicatif, la participation française cumulée de 1990 à 2000 aux dépenses de construction d'ISO, un programme de l'ESA, représente une dépense de 515 millions de francs, pour un satellite ayant fonctionné de 1995 à 1998. Compte tenu des délais d'étude, les investissements dans les missions FIRST et PLANCK ont commencé dès 1998, pour un lancement prévu en 2007. Tableau 42 : Evolution des dépenses relatives à First/Planck 2
S'agissant de l'astronomie des hautes énergies, la dépense cumulée relative au satellite XMM de spectroscopie en rayons X lancé en 1999, s'établit à 818 millions de francs, dont 787 correspondant à la construction. Tableau 43 : Evolution des dépenses relatives à XMM 3
Le satellite INTEGRAL d'observation en rayonnement gamma dont le lancement est prévu en 2002, correspond aujourd'hui à une dépense cumulée de 624 millions de francs. Tableau 44 : Evolution des dépenses relatives à INTEGRAL 4
La dépense cumulée pour le satellite SOHO d'observation du Soleil opérationnel de 1995 à 2003, atteint 1,17 milliard de francs sur la période 1990-2000. Tableau 45 : Evolution des dépenses relatives à SOHO 5
On citera pour mémoire les missions SIGMA d'astronomie gamma et HIPPARCOS, d'astrométrie spatiale. Tableau 46 : Evolution des dépenses relatives à HIPPARCOS 6
Tableau 47 : Evolution des dépenses relatives à SIGMA 7
Enfin, le programme Mission à coût réduit correspond à des micro-satellites, avec des coûts annuels de l'ordre de 60 millions de francs. Tableau 48 : Evolution des dépenses relatives à la Mission à coût réduit 8
Au total, en retenant les missions ci-dessus, la dépense annuelle relative aux TGE de l'astrophysique spatiale a été relativement constante au cours de la période, à l'exception des trois années 1995, 1996 et 1997 correspondant à un pic de dépenses pour SOHO et XMM. Figure 28 : Evolution des dépenses annuelles dans les TGE de l'astrophysique spatiale
Il reste que la part des TGE spatiaux de l'astrophysique dans le total des TGE scientifiques et techniques enregistre une diminution constante qui l'a conduit à 6,1 % du total en 2000. Figure 29 : Evolution des dépenses relatives aux TGE de l'astrophysique spatiale par rapport aux dépenses totales des TGE scientifiques et techniques
On peut citer enfin pour mémoire le Hubble Space Telescope (HST) au financement duquel la France participe, par l'intermédiaire de sa contribution à l'ESA. 3. Les besoins prévisibles en TGE de l'astrophysique Le télescope spatial NGST (New Generation Space Telescope) qui succédera au Hubble Space Telescope , fournira des relevés dans le proche infrarouge avec une sensibilité de 100 fois à 10 000 fois plus grandes que l'instrumentation actuelle. Complémentaire du projet au sol ALMA, il devrait permettre d'observer les premières étoiles qui se sont formées à la fin de la phase de découplage de la matière et de la lumière après le Big Bang. Le satellite FIRST, observatoire en infrarouge lointain et en submillimétrique, permettra aussi bien l'étude de la formation des galaxies que celle des étoiles et de leurs systèmes planétaires. PLANCK sera consacré à l'étude du fond cosmologique émis 300 000 ans après le Big Bang et de ses anisotropies. Le projet GAIA devrait permettre de décrire les structures de notre galaxie et leur distribution, avec une précision semblable à celle d'HIPPARCOS pour celles du voisinage du Soleil. Le projet INTEGRAL d'observation de l'univers en rayonnement gamma, dont le lancement est prévu en avril 2002, permettra l'observation des sources cosmiques les plus énergétiques, des galaxies actives aux objets non identifiés de rayonnement gamma par exemple. On trouvera ci-après le programme Horizons 2000 de l'ESA pour ce qui concerne l'astrophysique.
L'astrophysique est sans aucun doute une discipline en pleine expansion grâce à un recours aux satellites qui s'avèrent extrêmement précieux. La contrepartie de ce développement est de requérir des investissements considérables, compte tenu du coût des missions spatiales. Sans doute des arbitrages pourront-ils s'avérer nécessaires avec d'autres projets spatiaux. Ces arbitrages entre des projets de recherche fondamentale à long terme et d'autres projets d'utilité plus immédiate comme les projets de satellites météorologiques, pourraient en réalité s'avérer délicats. Si l'astrophysique spatiale a connu des développements théoriques et technologiques importants, la planétologie est elle aussi une discipline en plein essor du fait de la conception et de la réalisation concrète de missions d'exploration du système solaire de plus en plus ambitieuses. C'est pourquoi les TGE spatiaux de la planétologie connaissent, principalement, depuis 1998, une augmentation importante de leurs crédits. 1. Les équipements lourds de la planétologie Le programme de planétologie prend depuis quelques années un essor remarquable, avec des missions toutes internationales qui témoignent d'une ambition considérable et représentent souvent un défi scientifique historique. Le tableau ci-après résume brièvement le calendrier des programmes en cours ou déjà lancés. Tableau 49 : Programmes de planétologie spatiale en cours
Le premier programme concerne les interactions entre le Soleil et la Terre. Les quatre satellites Cluster 2 ont été lancés à la mi-2000 dans le cadre d'une collaboration ESA-NASA. Leur objectif est d'étudier les interactions entre les vents solaires et la magnétosphère de la Terre, deux points qui pourraient jouer un rôle important dans la variabilité du climat. MARS EXPRESS Orbiter, autre programme de l'ESA, devrait être lancé en 2003 par une fusée russe en vue de compléter la cartographie de Mars et de rechercher la présence d'eau sur cette planète. En 2004, c'est Saturne et Titan, sa principale lune, qui seront atteints par la mission CASSINI-HUYGENS, lancée en 1997. Enfin, en 2003 la mission ROSETTA partira pour un rendez-vous avec la comète Wirtanen en 2011, suivi d'une mise en orbite autour de la comète et du largage d'un atterrisseur. 2. Les TGE de la planétologie selon la nomenclature actuelle La dépense cumulée pour le programme de l'ESA CLUSTER 2 atteint 216 millions de francs pour la période 1998-2000 9.Tableau 50 : Evolution des dépenses annuelles relatives à CLUSTER 2 10
L'exploration de Mars est jugée comme prioritaire par l'ensemble de la communauté de la planétologie. Au vrai, la France a participé à de nombreux programmes, depuis le début des années 1990. La dépense cumulée, correspondant à MARS EXPRESS Orbiter et aux programmes d'exploration s'élève à 440 millions de francs sur la période 1990-2000. Tableau 51 : Evolution des dépenses annuelles relatives à MARS Express Orbiter 11
Tableau 52 : Evolution des dépenses relatives à l'Exploration de MARS 12
Les missions CASSINI-HUYGENS (Saturne) et ROSETTA (Comète Wirtanen) représentent quant à elles une dépense cumulée de 977 millions de francs sur la période 1990-2000. Tableau 53 : Evolution des dépenses annuelles relatives à CASSINI-HUYGENS 13
Tableau 54 : Evolution des dépenses relatives à ROSETTA 14
Au total, les dépenses relatives à la planétologie sont passées de 0,9 % du total des dépenses relatives aux TGE scientifiques et techniques en 1990, à 7,2 % en 2000. Figure 30 : Evolution des dépenses annuelles relatives aux TGE de la planétologie
Figure 31 : Evolution des dépenses relatives aux TGE de la Planétologie par rapport aux dépenses totales des TGE scientifiques et techniques
Compte tenu des liens forts entre l'astrophysique et la planétologie, on peut être tenté de faire la somme des dépenses des TGE les concernant. En définitive, l'astrophysique spatiale et la planétologie spatiale rassemblées enregistrent une augmentation d'un facteur 2,2 de 1990 à 2000. Figure 32 : Evolution des dépenses annuelles pour l'astrophysique spatiale et la planétologie
Le total des dépenses correspondantes s'élève à 563 millions de francs en 1999, soit 12,3 % des dépenses totales relatives aux TGE. Figure 33 : Evolution des dépenses relatives aux TGE de l'astrophysique et de la planétologie par rapport aux dépenses totales des TGE scientifiques et techniques
3. Les besoins prévisibles en TGE de la planétologie Parmi les objectifs à 10 ans de la planétologie, il semble que le programme d'exploration de Mars soit le principal. Le programme du CNES d'exploration de Mars, programme intitulé PREMIER, tel qu'il a été présenté à vos Rapporteurs, comprend trois volets. Au demeurant, ce programme correspond à la recommandation des scientifiques français spécialisés en planétologie. Il faut à cet égard noter l'effet fédératif de ce projet pour les sciences du vivant et les sciences de la Terre. Le premier volet est la mission MARS EXPRESS Orbiter de l'ESA, prévu pour 2003, focalisée sur la cartographie et la recherche d'eau de la planète Mars. La contribution française sera de quelques dizaines de millions de francs, s'ajoutant à sa participation à ce programme obligatoire de l'ESA. Le coût réduit de cette mission s'explique par le fait qu'elle recourt à des instruments déjà développés pour la mission Mars 96. Le deuxième volet est le programme multilatéral NETLANDER, regroupant 11 pays européens avec une participation américaine de faible ampleur, dont l'objectif est de déployer 4 atterrisseurs Netlanders sur Mars pour installer un réseau de mesures géophysiques. Le coût de ce programme est de 600 millions de francs, que la France prend à sa charge à hauteur des 2/3. Le troisième volet est le retour d'échantillons, dans le cadre d'une coopération NASA-CNES. Sur la période 2001-2012, les Etats-Unis allouent un budget annuel de 450 millions de dollars à ce programme. Le coût de la participation française avait été estimé au départ à 2,7 milliards de francs. On estime aujourd'hui qu'il atteindra 3 milliards de francs pour la période 2000-2012, avec un échéancier au demeurant encore très imprécis. En définitive, le programme PREMIER devra tenir compte de la réévaluation faite par les Etats-Unis de leur propre programme. La méthode retenue par la NASA est en effet de procéder par étape afin de valider chacune des opérations nécessaires au retour d'échantillons. Des missions auront lieu en conséquence en 2005, 2007 et 2009, avant la mission retour d'échantillon proprement dite, repoussée à 2011. L'ordre de grandeur de la dépense cumulée pour une participation au programme d'exploration de la planète Mars sur la période 2000-2012 pourrait atteindre 4 milliards de francs dans la configuration actuelle, soit une charge annuelle supplémentaire d'environ 334 millions de francs pour le budget de la recherche. On trouvera par ailleurs dans le tableau ci-après, une présentation résumée des autres programmes à 10 ans de l'ESA dont les coûts estimatifs ne semblent pas encore publiés. Tableau 55 : Programme Horizons 2000 pour l'exploration du système solaire
En cas de participation de la France à ces programmes, une dépense supplémentaire serait à ajouter aux montants précédents. En tout état de cause, les estimations tant de coûts que de calendrier sont sujettes à des aléas importants, tant les défis technologiques à relever sont importants. Toutefois, s'il est vraisemblable que l'échéancier pourrait être décalé vers un horizon plus lointain, il est peu probable que les coûts soient révisés à la baisse. Cette forte augmentation explique qu'un débat puisse exister entre d'une part les partisans d'une recherche fondamentale accélérant son rythme de progression dès lors que des opportunités techniques nouvelles existent et, d'autre part, les partisans d'une priorité à donner aux très grands équipements ayant une utilité immédiate. La question de " l'Espace utile " renvoie en tout état de cause à des arbitrages à rendre dans la plus grande transparence. 1 Source : direction de la recherche, ministère de la recherche, juin 2000 2 Source : direction de la recherche, ministère de la recherche, juin 2000 3 Source : direction de la recherche, ministère de la recherche, juin 2000 4 Source : direction de la recherche, ministère de la recherche, juin 2000 5 Source : direction de la recherche, ministère de la recherche, juin 2000 6 Source : direction de la recherche, ministère de la recherche, juin 2000 7 Source : direction de la recherche, ministère de la recherche, juin 2000 8 Source : direction de la recherche, ministère de la recherche, juin 2000 9 Cette présentation ne prend pas en compte le financement des satellites perdus lors du premier lancement d'Ariane 5. 10 Source : direction de la recherche, ministère de la recherche, juin 2000 11 Source : direction de la recherche, ministère de la recherche, juin 2000 12 Source : direction de la recherche, ministère de la recherche, juin 2000 13 Source : direction de la recherche, ministère de la recherche, juin 2000 14 Source : direction de la recherche, ministère de la recherche, juin 2000 |
