Contexte

Mercure est la planète la moins bien connue du Système solaire. En effet, il est difficile d’y envoyer des sondes spatiales en raison de sa proximité du Soleil. Pour pallier ce déficit d’informations, la mission européenne BepiColombo a lancé en 2018 les deux sondes MPO (Mercury Planetary Orbiter) et MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter), rebaptisée Mio par la JAXA qui arriveront en orbite autour de Mercure fin 2026. 

Avant cette mission, seules deux sondes interplanétaires, lancées par la NASA, ont atteint la planète : Mariner 10, en 1974, et Messenger en 2008, ayant chacune effectué 3 survols. Après son troisième survol, Messenger a été mise en orbite autour de Mercure le 18 mars 2011 et a terminé sa mission mercurienne le 30 avril 2015.

BepiColombo est la première mission en collaboration totale entre l'ESA (Agence Spatiale Européenne) et la JAXA (Agence Spatiale Japonaise), pour l'étude interdisciplinaire de la planète Mercure. La planète Mercure, la plus proche du Soleil, est connue depuis l'Antiquité, mais l'observation directe de Mercure n'a été faite que par la sonde Mariner 10 dans les années 1974-1975 et par la sonde américaine Messenger lancée en août 2004 et dont la mission s'est terminée en 2015.

La planète Mercure a une structure unique c'est-à-dire un noyau très gros (3/4 du rayon de la planète). Ceci pourrait être lié à son champ magnétique intrinsèque (champ généré par la planète elle-même). Des observations détaillées ont permis de mieux comprendre l’intérieur et la surface de la planète et ont ainsi pu révéler que la formation de la planète s'est produite dans la zone la plus proche du Soleil.

Les seules planètes telluriques avec un champ magnétique intrinsèque sont la Terre et Mercure. L'observation détaillée du champ magnétique de Mercure et de sa magnétosphère par Bepi-Colombo permettra de réaliser les premières études comparatives avec la Terre et ainsi d’avancer significativement dans la connaissance de ces domaines.

Une mission constituée de deux sondes

La mission BepiColombo contribuera à l’étude complète de l'intérieur, la surface, l'exosphère, la magnétosphère et l'environnement de Mercure et ouvrira une nouvelle frontière pour la science du système solaire. 

Cette mission est constituée de deux sondes : la sonde MPO (Mercury Planetary Orbiter) et la sonde Mio (Mercury Magnetospheric Orbiter).

La sonde MPO est dédiée à l'étude de la surface et de l'intérieur de la planète Mercure (géologie de la surface, géomorphologie, géophysique, volcanisme, tectonique globale, âge de la surface, composition de la surface de Mercure) ainsi que de son exosphère.

Les instruments de la sonde Mio sont principalement destinés à étudier le champ magnétique, la magnétosphère, l'espace interplanétaire interne, les ondes et particules dans l'environnement de Mercure et l'exosphère. La comparaison du champ magnétique et de la magnétosphère avec ceux de la Terre fournira une nouvelle vision de la dynamique et des processus physiques de la magnétosphère.

Les instruments de MPO couplés aux instruments de Mio réaliseront des mesures coordonnées du champ magnétique planétaire.

Déroulé du projet

Le lancement, qui a eu lieu en octobre 2018 par un lanceur Ariane 5, conduira à une mise en orbite autour de Mercure fin 2026, une fin de mission nominale au printemps 2028 et une fin de mission étendue en 2029 et plus.

Pour la croisière, un vaisseau composite constitué des 4 éléments suivants est assemblé :

• MPO,
• Mio,
• MOSIF (Mio Sunshield & Interface Structure) : bouclier solaire de Mio et structure d'interface entre Mio et MPO
• MTM (Mercury Transfer Module) : Module de propulsion utilisé pendant la phase de croisière

La croisière dure 7 ans et s'effectue avec plusieurs assistances gravitationnelles : autour de la Terre (1 fois), de Vénus (2 fois) et de Mercure (6 fois).

À l'arrivée à proximité de Mercure, la sonde MTM sera larguée. Ensuite, la sonde Mio sera mise en orbite autour de Mercure, puis MOSIF sera libéré et enfin MPO sera placé en orbite basse autour de Mercure.

• Mio aura une orbite elliptique polaire dont le périherme (point de l’orbite le plus proche de Mercure) sera à l'altitude de 600 km et l'apoherme (point de l’orbite le plus éloigné de Mercure) à 11800 km. La période orbitale de Mio aura une durée approximative de 9,2 heures. Le périherme de Mio est conçu pour être proche du point subsolaire de Mercure (le point de la surface de Mercure qui est le plus proche du Soleil à tout instant) aux environs de l'aphélie et proche de minuit aux environs du périhélie. Cette orbite a été sélectionnée pour minimiser les effets des radiations infrarouges émises par la surface de Mercure.
• MPO aura une orbite basse polaire faiblement elliptique dont le périherme sera à l'altitude de 480 km et l'apoherme à 1500 km. La période orbitale de MPO aura une durée approximative de 2,3 heures. L'orbite polaire a été choisie pour faciliter l'observation globale et d'aussi près que possible pour optimiser la résolution spatiale.

Organisation

Le projet BepiColombo est sous maîtrise d'ouvrage ESA en coopération avec le Japon. La JAXA est responsable de l'orbiteur Mio (Bon voyage en japonais). L'ESA est chargé du reste du projet, à savoir de l'orbiteur MPO (Mercury Planetary Orbiter), du lancement, de la navigation vers Mercure et de l'injection des sondes en orbites circummercuriennes.

Le CNES contribue au financement du projet BepiColombo via sa participation au programme scientifique obligatoire de l'ESA et directement, au titre du programme national, en ce qui concerne la participation française aux instruments des deux orbiteurs (MPO et Mio). Le CNES, en tant que représentant de la France au Science Program Committee de l'ESA, est garant des fournitures françaises.

Le CNES assure, pour le compte de l'ensemble des partenaires nationaux (CNRS, Université) la maîtrise d'ouvrage de la contribution française à BepiColombo. A ce titre :

• Il finance les contributions françaises des laboratoires ;
• Il supervise les développements des contributions françaises ;
• Il fournit des supports dans certains métiers du spatial en fonction des besoins des laboratoires (assurance qualité, mécanique, thermique, expertise composants...) ;
• Il gère l'interface avec l'ESA et la JAXA pour les aspects techniques et programmatiques ;
• Il finance l'accompagnement scientifique de chercheurs français qui ne fournissent pas de matériels, mais qui peuvent être associés aux équipes instrumentales ou retenus suite à des appels d'offres ESA et JAXA pour participer à des travaux scientifiques sur les données de la mission.