Géocroiseurs

Parmi les objets du système solaire, une population spécifique nous intéresse particulièrement, il s’agit des objets approchant ou croisant l’orbite de la Terre. Ce sont en majeure partie des astéroïdes, mais aussi quelques comètes, qui peuvent d’une part devenir une menace pour la société mais aussi d’autre part donner l’opportunité d’une étude physique ou dynamique de grande précision lors de leur approche notamment par observations radar ou éventuellement par mission spatiale. On ne les connait pas tous, loin de là. Améliorer nos connaissances de ces objets consiste à les dénombrer et à les étudier pour comprendre leur origine, leur évolution, et mieux connaitre leurs propriétés dynamiques et physiques.

Les découvertes de ces objets géocroiseurs (NEO pour Near Earth Objects) sont continument réalisées par différents systèmes de surveillance à raison de plus de 1000 objets par an ces dernières années. Elles concernent essentiellement les astéroïdes de taille inférieure à 1 km, ceux de taille supérieure sont dénombrés à mieux que 90%. On peut notamment le constater sur les graphes de statistiques.

En règle générale, on distingue plusieurs domaines d’études de ces objets :

  1. la détection qui est réalisée en grande partie par des observatoires dédiés et au cours de programmes d’observation spécifiques de surveillance du ciel (les surveys) mais qui peut aussi être le résultat de l’activité de certaines missions spatiales (WISE, Gaia,…) ;
  2. le suivi de ces objets qui implique en général des réseaux d’observateurs amateurs et professionnels de par le monde (« follow-up ») et concerne des mesures astrométriques, photométriques ou spectroscopiques pour des objets spécifiques (cibles de mission spatiales par exemple) ou critiques. Les mesures astrométriques sont collectées par le Minor Planet Center(MPC, sous couvert de l’Union Astronomique Internationale) ;
  3. l’exploitation de l’ensemble des observations de ces corps permet de mieux identifier leur origine, leur lien avec les essaims météoritiques, de caractériser leur structure interne, etc., et globalement de caractériser leurs leurs propriétés dynamiques et physiques. De par leur proximité à la Terre certains astéroïdes gécroiseurs sont la cible de mission spatiales dédiées et de retour d’échantillon permettant des mesures poussées en laboratoires. Enfin l’étude générale des astéroïdes, ou des comètes, et des objets géocroiseurs en particulier nous donne par ailleurs des informations de premier ordre sur la formation et l’évolution de notre Système Solaire et au-delà des systèmes planétaires en général. Ainsi l’eau des océans terrestre (élément essentiel de l’apparition de la vie) proviendrait principalement des astéroïdes qui ont percutés notre Terre aux périodes géologiques originales, ou, pourquoi pas, d’autres planètes extra-solaires "habitables" ;
  4. l’exploitation des observations astrométriques avec l’objectif de déterminer avec la plus grande précision leurs paramètres orbitaux ainsi que l’évolution de leur orbite soumise à des effets perturbateurs très particuliers (effets radiatifs, effets gravitationnels lors des approches planétaires,…). Plusieurs centres de recherche, outre le MPC, s’intéressent à cette problématique et produisent aussi des outils en lignes pour faciliter les observations, publier des éphémérides, coordonner des observations (JPL aux USA, NEODys en Italie, ESA-SSA pour l’agence spatiale européenne, l’IMCCE en France (avec PoDET et Gaia-FUN-SSO).

L’ensemble de ces études permet en outre d’évaluer les risques d’impacts encourus, ou encore d’envisager des méthodes d’évitement d’une collision avec la Terre (notamment les laboratoires du consortium européen NEOShield).

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Météorite de Tchelyabinsk
Trainée laissée par une météorite lors de son entrée dans l’atmosphère de la Terre

En termes de risques

Les collisions dans notre système solaire sont courantes, mais leur fréquence décroit avec la taille de l’impacteur. Ainsi on admet qu’une collision d’un astéroïde d’une dizaine de kilomètres de diamètre avec la Terre est à l’origine du cratère chixculub de 185 km de diamètre dans le golfe du Mexique et probablement de la disparition de l’espèce des dinosaures (alors dominante) il y a 65 millions d’années. D’autres impacts ou ondes de choc, dans un passé plus récent, quelques dizaines de milliers d’années (cratères Meteor Arizona, Manicouagan, Rochechouart) ont eu des conséquences moins globales mais tout aussi importantes à un niveau régional. Dans le cas de collisions régionales, les fréquences deviennent plus importantes — comparées à l’échelle de temps d’une génération —avec une collision tous les ans pour des bolides dans un intervalle de taille 1 à 10m. Nous avons en mémoire le bolide de Tunguska en Sibérie (1908), l’astéroïde 2008 TC3 qui est entré en collision avec la Terre en octobre 2008 et plus récemment l’événement de Tcheliabinsk (Oural) en février 2013, qui était impossible à prévoir étant donné la faible élongation solaire de sa position et dont l’onde de choc a provoqué plus de 1500 blessés et des dégâts matériels.

Le cas de l’astéroïde 2008 TC3 est emblématique de la problématique liée à la gestion des risques naturels pour ce type de collision. Cet astéroïde bien qu’orbitant dans le voisinage terrestre n’a été découvert qu’à peine une vingtaine d’heures avant sa « chute », ne laissant ainsi que très peu de marge de manœuvre entre sa détection et le calcul d’orbite amenant à prédire sa collision avec la Terre. Cet astéroïde large de quelques mètres s’est désintégré dans l’atmosphère. Finalement, des échantillons ont été retrouvés dans le désert nubien ; échantillons dont la composition était totalement inattendue sur la base du type spectral déterminé à partir d’observations télescopiques. D’une manière similaire l’astéroïde géocroiseur (99 942) Apophis a été découvert alors qu’il « frôlait » la Terre en décembre 2004. À noter que cet astéroïde d’environ 375 mètres de diamètre passera à l’intérieur de l’orbite des satellites géostationnaires (moins de 36 000 km) en 2029.

Lors de certaines découvertes, les calculs d’orbites préliminaires qui sont basées sur un petit nombre d’observations montrent parfois une probabilité élevée de collision avec la Terre. Celle-ci est très souvent révisée à la baisse quelques jours après la découverte, après que l’on ait pu retrouver des observations fortuites plus anciennes de l’objet (fouilles de données) ou que des observations de suivi soient possibles. Ce fut le cas de (99 942) Apophis dont le risque d’un impact avec la Terre a été inquiétant à sa découverte puis a considérablement diminué par la suite une fois des études ultérieures réalisées.

Il faut noter d’ailleurs qu’environ 50% des objets ne sont découverts qu’après leur date de passage au plus proche de la Terre ! Les satellites militaires (Brown et al. 2002, Nature 420) ont d’ailleurs régulièrement détecté des explosions atmosphériques liées à des collisions avec des géocroiseurs de taille comprise entre 1 et 10 mètres. Les flux enregistrés ont montré qu’un bolide dégageant une énergie 2 à 10 kton se désintégrait dans l’atmosphère tous les ans. Cependant la fréquence de ces évènements naturels ne croît pas avec le temps, en revanche c’est notre capacité à les détecter, voire à les prédire, qui a progressé.

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Orbites des PHAs
Orbites des PHAs

Cette progression est en particulier due à des efforts développés aux USAs et en Europe. Le programme de la NASA "Spaceguard Survey" avait ainsi pour but de recenser au moins 90% des astéroïdes géocroiseurs d’une taille supérieure au kilomètre. Cette taille correspond essentiellement aux catastrophes globales majeures du type de celle de la fin du crétacé (KT) entraînant une extinction globale d’espèces. Ce projet américain a été étendu en 2003 au recensement de 90% des objets plus gros que 140m. Plusieurs organismes internationaux se préoccupent de l’amélioration de nos connaissances de ces objets géocroiseurs, ainsi que des processus qui permettraient d’éviter des collisions catastrophiques.

LʼUnion Astronomique Internationale (IAU/UAI) et lʼInternational Astronautical Federation (IAF) se sont chacune dotées d’un groupe de travail.

L’ONU par le COPUOS comprend une "action team 14" pour les géocroiseurs et a promu la mise en place de deux entités :
- l’IAWN , un réseau d’institutions chargé de la coordination des actions depuis la détection jusqu’à l’émission de recommandations pour les gouvernements de pays qui seraient sous une menace d’impact,
- le SMPAG , un conseil d’experts, dont certains issus des agences spatiales, en charge d’initialiser et de mener des activités en réponse à une telle menace, incluant les liens avec la défense civile et une éventuelle mission spatiale d’évitement.

Enfin l’ESA a retenu les géocroiseurs dans son programme « Space Situational Awareness (SSA) » depuis 2009. L’Europe a également lancé des programmes de recherche dans le domaine et notamment le programme NEOShield pour étudier les méthodes d’évitement de collisions.