L’histoire de CHEOPS

December 7th, 2017

Les ingénieurs de l'Université de Berne développent en ce moment le télescope spatial CHEOPS qui est né en 2008 d’une idée d’astronomes suisses. En orbite autour de la Terre, ce télescope est censé mesurer le diamètre des exoplanètes qui passent devant leurs étoiles situées à des années-lumière de nous. [caption id="attachment_8349" align="alignright" width="700"][]1 CHEOPS dans la cuve sous vide à l’Université de Bern. (Photo UniBern)[/caption] En 2008, Willy Benz, alors professeur à l'Institut de physique de l'Université de Berne, souhaitait voyager pendant son congé sabbatique d'un semestre. Au lieu de passer ce congé sabbatique dans des universités étrangères, l'astrophysicien s’assit à son bureau pour travailler sur une proposition de recherche. Le Fonds National Suisse de la recherche scientifique avait en effet annoncé le projet de création de nouveaux pôles de recherche nationaux (PRN) et Willy Benz souhaitait soumettre une proposition de pôle de recherche planétaire avec son collègue de Genève, Didier Queloz. En 1995, l'ancien doctorant Didier Queloz et son professeur superviseur Michel Mayor de l’Université de Genève avaient découvert la première exoplanète en orbite autour d'une étoile semblable au soleil. En 2000, Willy Benz, qui avait également reçu son doctorat de Michel Mayor neuf ans plus tôt avait soumi au Fond National pour la Science une proposition de Pôle de Recherche sur les exoplanétaire, mais sa proposition a été rejetée. "C'est de la science-fiction, m'ont-ils dit dans une interview à l'époque", se souvient l'astrophysicien, et pourtant, en 2000, des dizaines d'exoplanètes avaient déjà été identifiées, en 2008 il y en avait 300, aujourd'hui il y en a plus de 3000. Les premières exoplanètes ont été découvertes par des astronomes capables de démontrer que les étoiles hôtes se déplacent périodiquement vers nous parce qu'elles tournent autour de leur centre de masse commun sous l'influence de la gravité. Cette technique est appelée méthode des vitesses radiales. Il fonctionne bien avec des étoiles brillantes (jusqu’à la 11eme magnitude) et permet de calculer la masse de la planète. Les astronomes ont ensuite utilisé une seconde méthode: si une planète passe devant son étoile elle provoque une sorte de mini-éclipse; la luminosité de l'étoile diminue périodiquement d'une fraction minuscule. Grâce à ces transits, le diamètre de la planète peut être déterminé. Le satellite français COROT, qui a été lancé en 2006, et plus tard la mission Kepler de la NASA, ont utilisé la méthode des transits avec beaucoup de succès. Progrès grâce aux nouveaux instruments «Dans le domaine de l'astrophysique aujourd'hui, les progrès sont principalement réalisés grâce aux nouveaux instruments», explique Willy Benz, «lorsque nous avons travaillé sur notre deuxième proposition de PRN en 2008, nous voulions proposer non seulement un projet de recherche scientifique mais aussi la construction d’un instrument, d’où l’idée d’un satellite suisse". Ce satellite était censé être unique grâce à une nouvelle stratégie d'observation. "La mesure du transit est une excellente méthode", explique l'expert, "malheureusement, elle n'a identifié que des planètes dont les étoiles ne sont pas très brillantes ». Leur magnitude moyenne n'est en effet que de 14 à 15. L'explication en est que seulement un très petit pourcentage des étoiles ont des planètes dont les orbites se trouvent exactement dans notre ligne de vue. Pour découvrir  des transits il faut cibler un grand nombre d'étoiles. COROT et Kepler ciblaient environ 100 000 étoiles, mais cela n'était possible que parce que les satellites étaient limités à une petite région. Les étoiles brillantes, elles, sont réparties dans tout le ciel. «À l'époque, nous pensions qu'il était possible de construire un petit satellite qui ne se concentrerait pas sur une petite zone, mais qui observerait des étoiles brillantes partout dans le ciel, des étoiles déjà connues par la méthode des vitesses radiales pour posséder une planète », explique Willy Benz, « la combinaison des deux méthodes de détection est particulièrement intéressante: si la masse est connue sur la base de la vitesse radiale et que le diamètre d'une planète est connu grâce au transit, sa densité peut être calculée et ainsi savoir si la planète est principalement composée de roches ou de gaz ». Un calcul au résultat particulièrement important dans le contexte de la recherche de planètes telluriques. [caption id="attachment_8350" align="alignleft" width="600"][]2 Prof. Willy Benz avec avec un modèle de CHEOPS. (Photo Alessandro Della Bella)[/caption] En 2009, Willy Benz et Didier Queloz ont soumis leur projet de Pôle de Recherche National incluant une étude de faisabilité pour un télescope spatial. En cherchant le nom du satellite, les astrophysiciens savaient que "CH" pour la Suisse devait se placer au début et que l'abréviation devait être accrocheuse. C'est ainsi qu'ils ont créé "CH ExOPlanet Satellite" ou CHEOPS. Le projet de pôle national de recherche planétaire était l'un des 13 que la Fonds National avait classé comme excellents avec une note de A. "Malheureusement, le projet n'a pas été choisi. J'ai été très déçu, pour le projet et aussi pour avoir sacrifié mon semestre sabbatique » se souvient Willy Benz. Payante persistance L'astrophysicien n'a toutefois pas baissé les bras et a ensuite négocié avec le recteur de l'Université de Berne et le secrétaire d'Etat à l'éducation et à la recherche sur la poursuite du rêve d'un satellite suisse. En raison de sa persistance, le gouvernement fédéral et RUAG ont financé le rapport de faisabilité en tant que représentants industriels, et l'Université de Berne a fondé le «Centre pour l'espace et l'habitabilité» (CSH). "Dans le rapport de faisabilité, nous nous sommes rapidement rendu compte que le projet de satellite serait trop coûteux pour la Suisse", assure Willy Benz, l’Autriche et la Suède, deux pays où RUAG possède des agences furent les premiers partenaires européens, d’autres suivirent rapidement. Alors que les Suisses travaillaient encore à l'étude de faisabilité du CHEOPS, l'Agence Spatiale Européenne (ESA) discutait de la possibilité d'un nouveau programme de satellite. En plus des missions existantes de grande et moyenne taille (classes L et M), les plus petits états membres de l'ESA souhaitaient lancer une mission de classe S (Small). Le temps de développement de ces missions ne devait pas dépasser quatre ans et le coût ne devait pas excéder une limite prescrite par l'ESA. Les états membres de l'ESA se sont mis d'accord sur une expérience et ont lancé un premier appel de mission S en mars 2012. En tant que président du comité scientifique de l'ESA, Willy Benz était bien informé des discussions et des décisions des délégués de l'ESA. Il était donc prêt à répondre à l'appel de propositions avec le projet CHEOPS. Alors que la plupart des autres n'avaient que trois mois pour élaborer leurs propositions, les Suisses pouvaient compter sur les nombreux travaux préparatoires effectués dans le cadre de l'étude de faisabilité de CHEOPS et bénéficier de la connaissance de « Benz l’initié ». «Je connaissais les objections et les doutes que certains délégués de l'ESA avaient déjà formulés, et je me suis assuré que nous allions dans la bonne direction avec notre proposition en évitant, par exemple, l’explosion des coûts ». Bien que le projet initial ait eu pour but l’étude des transits dans deux longueurs d’onde, il a finalement été décidé de supprimer l’infrarouge pour des raisons de coût. [caption id="attachment_8351" align="alignright" width="700"][]3 L’équipe dans la salle blanche à l’Université de Bern. (Photo PlanetS)[/caption] Pas de plans de vacances Willy Benz a soumis la proposition de la mission CHEOPS, appelée dorénavant «CHaracterizing ExOPlantets Satellite» en juin 2012. C'était l'un des 26 projets proposés. Lorsque le groupe scientifique de l'ESA s'est réuni à Madrid en octobre 2012 pour sélectionner le gagnant, le président Willy Benz a évité la conférence pour des raisons de conflit d'intérêt et a attendu dans son bureau de Berne l’appel du secrétaire du comité. "Je me souviens très bien de sa première phrase", dit Willy Benz, "il m’a dit : vous ne devriez pas faire de plans de vacances pour les quatre prochaines années ". CHEOPS est donc un projet commun entre la Suisse et l'ESA. L'Université de Berne est responsable de la construction du télescope spatial et dirige le consortium formé de 11 états membres de l'ESA participant à la mission. La plate-forme du satellite sera construite en Espagne où se trouvera également le centre des opérations de la mission. Quant au centre de recherche, il est en cours de création à l'Université de Genève. Le lancement est prévu fin 2018 par une fusée Soyouz de Kourou. L'ESA supportera la moitié des coûts totaux d'environ 100 millions d'euros. La Suisse contribuera à hauteur de 30 millions d'euros, tandis que les autres partenaires concernés apporteront le reste des fonds nécessaires à cette entreprise. "Bien que nous n'ayons pas été sélectionnés par le Fonds National de la Recherche en 2009, finalement tout s'est très bien passé ", conclut Willy Benz, « malgré le stress supplémentaire et beaucoup de travail, nous avons pu démarrer nos projets et sommes maintenant proches du lancement!" En outre, le Pôle de Recherche National a également été décerné aux planétologues lors de leur troisième tentative. En juin 2014, Willy Benz et son co-directeur Stéphane Udry, professeur à l'Université de Genève, ont lancé le PRN PlanetS, auquel participent également l'ETH Zurich et l'ETH Lausanne ainsi que l'Université de Zurich. "Cela montre qu’il ne faut jamais abandonner", assure Willy Benz. Pour plus d'informations, visitez http://cheops.unibe.ch Cet article a été publié dans le magazine ORION de la Société suisse d'astronomie en août 2017.