ROSINA, une expérience clé de la mission Rosetta

En 1986, la sonde européenne Giotto a survolé le noyau de la comète de Halley alors en pleine activité. Les observations de l’expérience PIA (Particle Impact Anayzer) installée sur Giotto ont permis de mettre en évidence dans cette comète des ions lourds à base de carbone, d’hydrogène, d’oxygène et d’azote, révélant la présence de molécules organiques complexes sans qu’il soit possible de déterminer lesquelles.

La nécessité de faire des mesures précises de ces molécules dans une mission comme Rosetta était donc évidente et Henri Rème (Professeur Émérite d'Astrophysique à l'Université Toulouse III-Paul Sabatier et chercheur à l'IRAP/OMP), qui était le principal investigateur de l’instrument RPA sur Giotto, a largement contribué à ROSINA.

Installée sur l’orbiteur de la mission Rosetta, l’expérience ROSINA (Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis), dont le principal investigateur est le Professeur Kathrin Altwegg de l’Université de Berne (Suisse), doit déterminer la composition élémentaire, isotopique et moléculaire de la coma et de l’ionosphère de 67P/Churyumov-Gerasimenko, ainsi que la température, la densité et la vitesse du gaz cométaire.

Le suivi de l’évolution du développement de l’activité de la comète lorsqu’elle se rapproche du Soleil est donc particulièrement important.

Pour pouvoir faire les mesures nécessaires avec une précision suffisante, ROSINA utilise 3 senseurs complémentaires, chacun optimisé pour remplir une partie des objectifs scientifiques tout en étant complémentaires et en fournissant une certaine redondance, nécessaire en raison de la très longue durée de la mission. L’ensemble des données de l’expérience est géré par un calculateur (DPU, Digital Process Unit).

Les 3 senseurs sont :
- DFMS (Double Focusing Magnetic Mass Spectrometer), un spectromètre de masse travaillant pour les masses comprises entre 1 uma (unité de masse atomique) et 100 uma. Cet instrument possède une très bonne résolution en masse et une grande dynamique ;
- RTOF (Reflectron Type Time Of Flight Mass Spectrometer). Ce spectromètre de masse fonctionne entre 1 et plus de 300 uma et il est optimisé pour avoir une très bonne sensibilité sur une large gamme de masse ;
- COPS est constitué de 2 jauges de pression qui fournissent des mesures de densité et de vitesse du gaz cométaire.

ROSINA a des capacités expérimentales jamais atteintes jusqu’ici. Outre sa grande dynamique (1 à 300 uma), permettant l’analyse de l’hydrogène aux molécules organiques lourdes, il dispose d’une très bonne résolution en masse, permettant de séparer CO de N₂ et ¹³C de ¹²CH.

ROSINA possède une excellente sensibilité pour mesurer les très importantes différences dans les concentrations des gaz neutres et ionisés et les grands changements dans les flux d’ions et de gaz lorsque l’activité de la comète évoluera à l’approche du Soleil.

Enfin, ROSINA à la possibilité de déterminer les vitesses d’écoulement des gaz cométaires. La nécessité d’avoir toutes ces possibilités tient dans le fait que ROSINA est une expérience clé de Rosetta, qui doit pouvoir fonctionner durant toute la mission.

Plusieurs instituts de recherche se sont associés pour la construction des instruments : l’Université de Berne, l’Institut Max-Planck für Aeronomie de Lindau transféré récemment à Göttingen (Allemagne), l’Université Technique de Braunschweig (Allemagne), l’Université de Giessen (Allemagne), le Lockheed Palo Alto Research Laboratory (USA), le Southwest Research Institute de San Antonio (USA), l’Université du Michigan (USA).

Les contributions françaises ont été fournies par l’IRAP de Toulouse, laboratoire du CNRS conventionné avec l’Université Paul Sabatier et faisant partie de l'OMP et le LATMOS-IPSL de Saint-Maur.

L’IRAP a eu la charge de réaliser l’ensemble très complexe des Hautes Tensions du senseur RTOF et l’ensemble des alimentations Basse Tension. Le LATMOS (CETP à l’époque) a fourni le détecteur du DFMS.

Les chercheurs français très impliqués dans le traitement des données de l’instrument ROSINA de Rosetta font partie :
- du Laboratoire atmosphères, milieux, observations spatiales (LATMOS, CNRS/UPMC/UVSQ) et de l’Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP, CNRS/Université Toulouse III-Paul Sabatier). Ces deux laboratoires ont été très impliqués dès le départ dans la réalisation de l'expérience ROSINA dont le Principal Investigateur est le Pr Kathrin Altwegg de l'Université de Berne.
- du Laboratoire de physique et chimie de l’environnement et de l’espace (LPC2E, CNRS/Université d’Orléans),
- du Centre de recherches pétrographiques et géochimiques (CRPG, CNRS/Université de Lorraine),
- du laboratoire Univers, transport, interfaces, nanostructures, atmosphère et environnement, molécules (Institut UTINAM, CNRS/Université de Franche-Comté).

Ces travaux ont notamment bénéficié du soutien du CNES, de l’ESA et de l’ERC.

Rosetta est une mission de l’ESA avec des contributions de ses États membres et de la NASA. Philae, l’atterrisseur de Rosetta, est fourni par un consortium dirigé par le DLR, le MPS, le CNES et l'ASI. Rosetta est la 1ere mission de l'histoire à se mettre en orbite autour d’une comète, à l’escorter autour du Soleil, et à déployer un atterrisseur à sa surface.