Contexte

La mission Venus Express a été décidée en 2002 par l'ESA suite à un appel à idées dont l'objectif principal était la réutilisation du modèle de rechange du satellite Mars Express. Les modèles de rechange d'instruments scientifiques développés soit pour la mission Mars Express, soit pour la mission Rosetta ont été également proposés pour Venus Express. Il s’agissait de la première mission de l’ESA vers la planète Vénus.

Voici les questions auxquelles la mission a tenté de répondre :

• Quel est le mécanisme et quelles sont les forces dominantes induisant la super-rotation de l'atmosphère ?
• Quels sont les processus fondamentaux de la circulation générale de l'atmosphère ?
• Quel est l'état d'équilibre de la vapeur d'eau dans l'atmosphère aujourd'hui et par le passé ?
• Quel est le rôle de l'effet de serre dans le passé, aujourd'hui et dans l'évolution future de la planète ?
• Existe-t-il actuellement une activité volcanique et/ou tectonique sur la planète ?

Et finalement, la question fondamentale suivante :

• Pourquoi Vénus est-elle si différente de la Terre étant donné leurs ressemblances de taille et de composition ?

De façon plus détaillée, les principaux objectifs scientifiques de cette mission orbitale étaient les suivants :

• Étude globale du profil de température atmosphérique depuis la surface jusqu'à une altitude d'environ 200 km ;
• Étude détaillée de la circulation atmosphérique (super-rotation, vents thermosphériques) et des ondes de 50 à 150 km d'altitude ;
• Étude complète de la composition et de la chimie de la basse atmosphère (0 - 40 km) et de l'atmosphère dans et au-dessus des nuages (55-150 km) (H₂O, SO₂, SO, COS, CO, HCl, HF...) ;
• Étude de la structure, des nuages, de la nature et de la distribution de l'absorbeur inconnu des radiations UV-bleues, étude des processus de formation et d'évolution des nuages ;
• Étude du bilan d'énergie et de l'effet de serre ;
• Recherche des éclairs atmosphériques ;
• Étude de l'environnement plasma (atomes neutres énergétiques, ions et électrons), des processus d'échappement et d'interaction avec le vent solaire ;
• Mesure du champ magnétique induit par l'interaction du vent solaire avec l'ionosphère ;
• Cartographie infrarouge de la surface, et mesure des contrastes d'émissivité infrarouge ;
• Recherche d'activité volcanique et sismique et étude de l'impact du volcanisme sur la formation du climat actuel ;
• Étude de la couronne solaire par sondage radio pendant les conjonctions de Vénus.

Sur l’image ci-dessus, on peut voir en haut le côté nuit de la planète Vénus avec des images en lumière infrarouge à 1,74 µm montrant les couches nuageuses basses à 45 km d’altitude. En bas, côté jour, on peut voir des images en lumière ultraviolette à 480 nm montrant les couches nuageuses hautes à 65 km d’altitude.

Déroulé du projet

Lancement

Venus Express a été lancé avec succès le 9 novembre 2005 depuis le cosmodrome de Baïkonour au Kazakhstan. Le lanceur Soyouz a propulsé l'étage supérieur Frégat sur une trajectoire suborbitale, puis sur une trajectoire de libération avant séparation du satellite de l'étage Frégat.

Croisière

Au cours de la croisière, d'une durée de 153 jours, le satellite a été suivi par la station sol de New Norcia (Australie) et la station Cebreros (Espagne), qui a été opérationnelle pour la première fois pour la mission Venus Express, et a reçu des instructions afin de corriger la trajectoire en allumant ses propulseurs. Au moins une correction de trajectoire était prévue environ 60 jours après le lancement. Lors de son arrivée à proximité de Vénus, le satellite a utilisé son moteur principal pour réduire sa vitesse afin d'être capturé par la gravité de la planète.

Insertion en orbite vénusienne

Venus Express a été initialement injectée dans une orbite polaire très elliptique dont le péricentre était d'environ 250 km et la période d'environ 5 jours terrestres. Des moteurs auxiliaires ont été utilisés pour réduire l'apocentre et atteindre l'orbite opérationnelle.

Orbite vénusienne

L'orbite opérationnelle était fixée de manière à ce que toutes les longitudes soient couvertes en un jour sidéral vénusien (243 jours terrestres). La période de révolution sidérale de Vénus (année vénusienne) est de 225 jours, supérieure à la rotation diurne (rétrograde) de la planète. La durée de vie de la mission nominale en orbite était de deux jours sidéraux vénusiens. La couverture de la planète était obtenue à différentes résolutions spatiales.

Contrairement à Mars Express, qui recherchait une couverture globale de la surface, la mission Venus Express, n'a pas effectué une couverture globale systématique à haute résolution de la surface, mais a étudié la variabilité spatiale et temporelle de l'atmosphère (et de la surface) à différentes échelles. L'orbite opérationnelle choisie était une orbite elliptique quasi polaire dont le péricentre était d'environ 250 km et l'apocentre d'environ 66000 km avec une période d'un jour terrestre pour faciliter la synchronisation avec les opérations de suivi au sol.

Fin de la mission

La mission scientifique s’est terminée en mai 2014. L’ESA a alors pris la décision de placer la sonde sur une trajectoire de rentrée atmosphérique. Une série de manœuvres a rapproché la sonde toujours plus près de l’atmosphère vénusienne à chaque nouvelle orbite, durant plusieurs mois. De nombreuses informations précieuses sur l’atmosphère vénusienne et ses capacités d’aérofreinage ont été récoltées. Venus Express a fini par se consumer dans l’atmosphère de Vénus. Le contact avec la sonde a été perdu le 28 novembre 2014.

Organisation

Le CNES a créé les conditions favorables pour que les laboratoires spatiaux puissent développer et exploiter les expériences en participant à chaque étape de leurs vies (R&D, consolidation des propositions, support et expertise technique pendant le développement, moyens d'exploitation, de traitement et d'archivage des données).

Le domaine d'expertise du CNES le plus utilisé pour ces expériences a été l'étude des méthodes et procédés nécessaires pour la spatialisation des composants, au sens large, des instruments. Plusieurs interventions ont été nécessaires pour Venus Express afin d'analyser des anomalies de fonctionnement pendant les tests en environnement spatial et trouver les meilleures solutions correctives.

L'étalonnage des instruments a nécessité la mise en œuvre de moyens de laboratoires spécialisés, recréant les conditions de mesure dans l'espace, que les laboratoires ont développé grâce à leur participation à de nombreuses missions et aux études de R&T. Ces moyens étaient des atouts importants pour acquérir et développer la maîtrise des performances instrumentales.

Le CNES a fédéré les besoins pour l'exploitation et l'archivage des données afin de minimiser les coûts associés à l'exploitation des données scientifiques.

L'ESA a confié la maîtrise d'œuvre du développement du satellite à la société Airbus Defence & Space.

Participations des laboratoires français

Pour Venus Express, l'IRAP (ex CESR) a réalisé l'étalonnage du spectromètre d'ions et l'IAS a réalisé l'étalonnage de VIRTIS.

L’instrument ASPERA-4 était sous maîtrise d’œuvre de l’IRF (Suède), et l’IRAP y a participé.

L’instrument SPICAV a été développé par le LATMOS avec la participation importante de l’IASB (Belgique) et l’IKI (Russie).

L’instrument VIRTIS a été développé en coopération par le LIRA/Observatoire de Paris et le CNR-IASF (Italie).