Lorsque Galilée a pointé son télescope vers Jupiter il y a 400 ans, il a vu trois gouttes de lumière autour de la planète géante, qu'il a d'abord pensé être des étoiles fixes. Il a continué à regarder, et finalement, il a repéré une quatrième goutte et a remarqué que les gouttes bougeaient. La découverte par Galilée d'objets en orbite autour d'autre chose que la Terre - que nous appelons les lunes galiléennes en son honneur - a porté un coup à la vision du monde ptolémaïque (géocentrique) de l'époque.

Galileo n'aurait pas pu prévoir l'ère de l'exploration spatiale dans laquelle nous vivons actuellement. Avance rapide de 400 ans, et nous y sommes. Nous savons que la Terre n'occupe aucun point central. Nous avons découvert des milliers d'autres planètes, et beaucoup d'entre elles auront leur propre lune. Galileo en serait étonné.

Que penserait-il des missions robotiques pour explorer l'une des taches de lumière qu'il a repérées ?

Europa, la lune de Jupiter, est la cible la plus convaincante dans la recherche de la vie dans notre système solaire. Europa est recouverte d'une coquille de glace de 15 à 25 kilomètres (9 à 15 miles) d'épaisseur. Sous la glace se trouve un océan d'une épaisseur comprise entre 75 et 85 kilomètres (46 à 53 milles).

Cela signifie que cette lune, la plus petite des quatre lunes galiléennes, pourrait avoir trois fois plus d'eau que la Terre. L'eau est chaude et salée, ce qui signifie qu'Europe pourrait abriter une vie simple.

La NASA envoie le très attendu Europa Clipper sur la lune gelée en 2024 (prévu) pour explorer son potentiel vital. Il n'enverra pas de sonde à la surface et, en fait, il ne sera pas en orbite autour d'Europe elle-même ; à la place, il orbitera autour de Jupiter et effectuera une série de survols d'Europe.

Mais un jour, nous enverrons un explorateur robotique à la surface d'Europe. Et la seule chose qui vaut mieux que d'envoyer un robot explorer Europe, c'est d'envoyer un essaim de robots pour le faire. C'est l'idée derrière le concept Sensing With Independent Micro-Swimmers (SWIM).

Un ingénieur en robotique du JPL de la NASA a reçu un financement de 600 000 $ d'un programme de la NASA pour développer le concept. L'ingénieur est Ethan Schaler, et c'est le deuxième tour de financement que lui accorde le programme Innovative Advanced Concepts (NIAC) de la NASA. Lors de la phase 1 du programme NIAC, il a reçu 125 000 $.

L'idée de base derrière le concept SWIM est d'étendre la portée de collecte de données d'une mission Europa et de collecter une plus grande taille d'échantillon.

Le concept SWIM de Schaler décrit comment un vaisseau spatial envoyé vers Europe ou une autre destination similaire comme la lune Encelade de Saturne pourrait utiliser un essaim de robots pour une plus grande efficacité. Un atterrisseur atteindrait la surface et déploierait un cryobot conçu pour voyager à travers la coquille de glace jusqu'à l'océan. Une fois sur place, le cryobot déploierait environ quatre douzaines de minuscules robots de la taille d'un téléphone portable. Le cryobot aurait de la place pour ces robots indépendants, plus suffisamment de volume pour héberger ses propres instruments, qui recueilleraient des données pendant la longue descente à travers la glace et dans l'océan.

Le cryobot serait connecté à l'atterrisseur via une attache de communication, et l'atterrisseur de surface stationnaire serait le point de communication pour les contrôleurs de mission basés sur Terre. Mais les plus petits robots SWIM seraient indépendants.

Selon Schaler, les robots indépendants résolvent certains des problèmes associés à une mission en Europe en collectant des données plus solides.

"Mon idée est, où pouvons-nous prendre la robotique miniaturisée et les appliquer de nouvelles façons intéressantes pour explorer notre système solaire ?" Schaler a dit. "Avec un essaim de petits robots nageurs, nous sommes en mesure d'explorer un volume d'eau océanique beaucoup plus important et d'améliorer nos mesures en ayant plusieurs robots collectant des données dans la même zone."

Le groupe de robots SWIM indépendants résoudrait un autre problème lié à l'exploration des mondes océaniques recouverts de glace. Le seul moyen possible de traverser la calotte glaciaire de 15 à 25 km d'Europe est la chaleur. Le cryobot creuserait un tunnel à travers toute cette glace avec une source d'énergie nucléaire chaude. En raison de contraintes de conception et de mission, le cryobot ne se déplacerait probablement pas au-delà du point où il a percé le fond de la glace et atteint l'océan. La source de chaleur nucléaire du cryobot chaufferait l'eau à proximité du cryobot, et les réactions chimiques modifieraient la nature de l'eau, polluant les données et dégradant sa valeur. Les robots SWIM indépendants pourraient échapper à cette bulle de chaleur et recueillir une image plus précise de l'océan d'Europe.

Samuel Howell est un scientifique de la NASA/JPL impliqué dans la mission Europa Clipper. Il fait également partie de l'équipe qui développe le concept SWIM. "Et si, après toutes ces années qu'il a fallu pour entrer dans un océan, vous traversiez la coquille de glace au mauvais endroit ? Et s'il y avait des signes de vie là-bas mais pas là où vous êtes entré dans l'océan ?" dit Howel. "En amenant ces essaims de robots avec nous, nous serions en mesure de regarder 'là-bas' pour explorer beaucoup plus de notre environnement qu'un seul cryobot ne le permettrait."

Howell a souligné les similitudes entre SWIM et Ingenuity, le petit hélicoptère qui s'est rendu sur Mars avec le Perseverance Rover.

"L'hélicoptère étend la portée du rover, et les images qu'il renvoie sont un contexte pour aider le rover à comprendre comment explorer son environnement", a-t-il déclaré. "Si au lieu d'un hélicoptère, vous en aviez plusieurs, vous en sauriez beaucoup plus sur votre environnement. C'est l'idée derrière SWIM."

Schaler dit que les robots individuels pourraient également agir ensemble dans un essaim si vous le souhaitez, un peu comme le font les troupeaux de poissons. Cette manœuvre pourrait jouer un rôle critique dans la recherche de la vie en identifiant des gradients d'énergie ou de salinité. Les gradients d'énergie sont considérés comme essentiels au développement de la vie parce que la vie s'en nourrit essentiellement. La vie exploite les gradients d'énergie pour faire de meilleures copies d'elle-même qui se propagent dans l'environnement, à la recherche d'autres gradients d'énergie à exploiter. (En fait, d'une certaine manière, la vie existe pour aplatir les gradients d'énergie et répandre l'entropie jusqu'à ce qu'il n'y ait plus d'ordre dans l'univers, mais c'est un peu hors sujet. Lisez ceci si vous êtes curieux :"Physique, Vie, et tout ce qui est bien.")

"S'il y a des gradients d'énergie ou des gradients chimiques, c'est ainsi que la vie peut commencer à apparaître. Nous aurions besoin d'aller en amont du cryobot pour les détecter", a déclaré Schaler.

Les SWIM-bots auraient chacun des instruments pour mesurer la température et la salinité. Ils mesureront également l'acidité et la pression, et chacun aura ses propres systèmes de propulsion et de communication.

Le concept SWIM est une étape fascinante dans l'effort d'exploration d'Europe. Il traite de certains des problèmes inhérents à l'exploration d'un océan enfoui sous la glace, que ce soit sur Europe ou sur l'une des autres lunes océaniques à coquille de glace du système solaire. Mais il existe d'autres obstacles à l'exploration de ces lunes, et certains d'entre eux peuvent être extrêmement difficiles à surmonter.

Europe n'a d'océan qu'en raison de sa proximité avec Jupiter. Alors que la lune orbite autour de la planète gazeuse, la flexion des marées chauffe suffisamment Europe pour maintenir l'eau à l'état liquide. Mais cette proximité et cette flexion des marées ont un coût :Jupiter émet un puissant rayonnement. Si puissant, en fait, que la mission Juno de la NASA vers Jupiter garde ses instruments sensibles à l'intérieur d'une voûte en titane pour les protéger. Il suit également une orbite polaire qui l'aide à éviter le pire des rayonnements. Mais à chaque orbite, la voûte en titane est dégradée par les radiations jusqu'à ce que les instruments soient tellement endommagés que la mission se termine effectivement.

Toute mission en Europe devra faire face à ce rayonnement d'une manière ou d'une autre, bien que la barrière de glace fournirait une certaine protection au cryobot et aux SWIM-bots.

Un autre problème consiste à amener un vaisseau spatial en toute sécurité sur la surface d'Europe. Les images montrent une surface fracturée recouverte de blocs de glace à certains endroits. D'autres zones sont déchirées par des crevasses. La région équatoriale d'Europe peut être dominée par les pénitents , des pointes glacées atteignant 15 mètres (49 pieds) de haut. Manœuvrer vers un point d'atterrissage pourrait être très difficile. Contrairement à Mars, où les rovers étudient la surface en détail et peuvent aider les planificateurs de mission à trouver des points d'atterrissage sûrs et scientifiquement précieux, la surface d'Europe n'est pas bien cartographiée. Ce n'est pas si bien compris non plus. La surface peut être si dure ou si molle qu'il est difficile de concevoir un vaisseau spatial qui puisse atterrir avec succès sur la surface glacée.

Mais alors que le concept SWIM n'est qu'un concept à ce stade, l'Europa Clipper ne l'est pas. Les scientifiques espèrent que le Clipper sera capable de cartographier la surface d'Europe comme le Mars Reconnaissance Orbiter l'a fait pour Mars. Les données du Clipper devraient aider un atterrisseur à faire face à la surface d'Europa.

Espérons que tout le capital intellectuel dépensé pour explorer Europa rapportera des dividendes. L'Europa Clipper lui-même n'atteindra même pas l'orbite autour de Jupiter avant 2030. Nous devrons donc attendre longtemps avant qu'une mission n'atteigne la surface d'Europe. Et la première mission en surface pourrait même ne pas avoir de cryobot pour percer la glace et étudier l'océan.

Mais un jour, sauf effondrement de la société ou quelque chose d'autre d'apocalyptique, nous aurons un vaisseau spatial là-bas, et nous explorerons. Si vous êtes assez jeune quand vous lisez ceci, peut-être serez-vous en vie pour entendre les cris de "Eureka!" alors que des scientifiques enthousiastes annoncent la découverte de microbes dans le vaste océan d'Europe. + Explorer plus loin

Un essaim de minuscules robots nageurs pourrait chercher la vie sur des mondes lointains