Revenus sur Terre en décembre dernier, la poussière et le gaz de l'astéroïde Ryugu sont entrés en analyse. L'agence spatiale japonaise à l'origine de la mission Hayabusa 2, qui a permis de rapporter ces échantillons, les a confiés à cinq laboratoires dans le monde, dont le CRPG à Nancy.

L'astéroïde Ryugu, vu depuis la sonde Hayabusa 2
L'astéroïde Ryugu, vu depuis la sonde Hayabusa 2 © JAXA, University of Tokyo, Kochi University, Rikkyo University, Nagoya Universi

Il est arrivé au laboratoire du Centre de recherches Pétrographiques et géochimiques (CPRG) du CNRS à Nancy dans un simple colis postal. Valeur estimée du contenu : 30 euros ! Une somme bien modeste pour un échantillon hors du commun : du gaz extraterrestre, issu de l'astéroïde Ruygu.

Envoyé par l'agence spatiale japonaise, la JAXA, le colis contenait "un bout de tuyauterie avec des vannes sur lequel sont rattachés deux petits containers", décrit Bernard Marty, directeur de recherche au CNRS. Ce simple bout de tuyauterie contient le précieux gaz et sera raccordé à la ligne d'analyse du laboratoire.

Envoi postal anodin pour un colis d'exception
Envoi postal anodin pour un colis d'exception © Radio France / Sophie Becherel

Seuls cinq laboratoires au monde se sont vu confier l'analyse. "Je compare ça à la Formule 1", sourit Bernard Marty : "les équipes les plus performantes ont le plus de chance de gagner." Dans cette course à l'analyse de matière extraterrestre, il y a une compétition et un savoir-faire acquis au fil des décennies. Le CRPG a commencé à travailler sur les pierres lunaires rapportées par les missions Apollo puis a été sélectionné pour la mission Genesis (étude des vents solaires). "À l'époque, on a développé un savoir-faire pour analyser l'azote et on a été choisis parce qu'on a été très performants", explique Bernard Marty, également professeur à l'Université de Lorraine.

Ensuite, les missions se sont enchaînées : Stardust, Hayabusa 1, Hayabusa 2 actuellement, et demain Osiris Rex, un astéroïde exploré par la NASA et dont le retour d'échantillons est attendu en 2023.

Un laboratoire spécialisé dans les gaz rares

Pour le gaz contenu dans le container comme pour les autres matières extraterrestres, le travail est très codifié. Les laboratoires d'analyse sont choisis par la JAXA pour leurs compétences sur tel ou tel éléments. "On peut aussi proposer des choses en plus et on en discute."

À Nancy, la spécialité, ce sont les gaz rares. Situés à l'extrémité du tableau périodique, Xenon, Helium, Argon, Néon, Krypton entre autres ont la particularité de ne pas réagir chimiquement. On les dit inertes car ils ne s'accrochent à aucun autre atome. Rares sur terre, ils le sont tout autant dans les petits corps célestes. Ce sont donc des quantités infinitésimales que les chercheurs doivent isoler et quantifier. Ce qui se trouve dans l'un des deux containers envoyés par la JAXA est un mélange de gaz qu'il va falloir décrypter ; l'autre, un étalon, ne comporte pas d'échantillons de l'astéroïde et servira à faire un "blanc", un point de référence neutre.

Bernard Marty, professeur à l'Université de Lorraine et Michael Broadley, post doctorant au laboratoire
Bernard Marty, professeur à l'Université de Lorraine et Michael Broadley, post doctorant au laboratoire © Radio France / sophie becherel

"Le gaz que l'on va extraire de la matière, ce sera un mélange de carbone, d'eau, d'espèces soufrées et de gaz rares. Nous, on ne veut que les gaz rares pour les analyser grâce au spectromètre de masse." Il faut donc les séparer un à un. Pour cela, la recette consiste à brancher le morceau de tuyauterie sur la ligne d'analyse. Ensuite, par étape, en refroidissant puis chauffant les conduits dans lesquels circulent les gaz, ils apparaissent un à un. Les conditions exigent que le vide poussé soit fait à l'intérieur du circuit (mille milliardième d'atmosphère) et à l'arrivée, les quantités ne seront que de quelques millions d'atomes de xénon ou d'argon. La ligne d'analyse est entièrement métallique, dénué de joint en plastique en raison de l'ampleur thermique (froid cryogénique puis température pouvant aller jusqu'à 300°).

Surtout ne pas se louper

Les méthodes les moins destructives sont faites au début, celles qui nécessitent de détruire l'échantillon à la fin. Pas question de se louper face à l'importance de cet échantillon. C'est pourquoi l'analyse va durer plusieurs jours, avec un maximum d'attention entre chaque étape. À la manœuvre, Mickael Broadley, post doctorant au laboratoire. C'est lui qui aura l'œil rivé sur les écrans afin de voir quels isotopes sortent de l'analyseur. Une responsabilité "un peu stressante mais aussi excitante" puisqu'il s'agit du premier retour d'échantillons gazeux en provenance extraterrestre.

Un isotope est une forme particulière d'un atome et signe l'origine. "Si on trouve de l'hélium 3 (un noyau avec 2 neutrons et 1 proton) par exemple, ce sera un smoking gun", dit l'Écossais. Comprendre : une preuve que ce gaz vient bien d'un astéroïde. Mais pour le reste, Mickael Broadley affirme n'avoir aucune idée de ce qu'il va trouver dans ce gaz ! Peut-être même une information sur l'irradiation par le Soleil qu'a subie Ryugu depuis qu'il existe. 

Dans ce bout de tuyauterie, le gaz de Ryugu
Dans ce bout de tuyauterie, le gaz de Ryugu © Radio France / Sophie Becherel

Découvrir le lien génétique entre les astéroïdes et nous

L'intérêt de connaitre la nature et la quantité des gaz rares dans l'astéroïde Ryugu peut échapper au commun des mortels. Nos préoccupations terrestres sont bien éloignées du quotidien de ces chercheurs. Pourtant, les résultats de ces missions spatiales nous concernent tous puisqu'il s'agit de comprendre quelles parenté les astéroïdes ont avec la Terre. "Ce qu'on cherche à savoir", précise Bernard Marty, "c'est s'il y a une relation génétique entre cette matière extraterrestre et la composition de la Terre, dans l'atmosphère ou les océans."

Ces astéroïdes ont-ils pu contribuer à former la Terre ? Ne sont-ils pas trop loin pour avoir, au début de la formation du système solaire il y a 4,5 milliards d'années, participé à l'accrétion de matière qui a conduit à former les planètes ? Chaque élément de réponse est un morceau du puzzle pour les scientifiques. "Pendant un temps, on a cru que les comètes avaient apporté l'eau sur Terre et maintenant qu'on a analysé les isotopes de la matière cométaire, on se rend compte que ce n'est pas possible", explique Bernard Marty.

Vers la fin de l'année, ce sont les poussières collectés sur Ryugu qui devraient arriver à Nancy, puis dans deux ans eux celles d'Osiris Rex, l'autre astéroïde visité par une sonde spatiale. Sûrement par la Poste, là encore. Car les temps changent : "À l'époque d'Apollo, on devait aller à Paris, à l'ambassade des États-Unis, pour récupérer les échantillons qui arrivaient par la valise diplomatique. Quand on a travaillé sur les particules solaires de Genesis, on a eu l'échantillon N°1 de la mission, le plus précieux. La NASA m'a demandé de venir à Houston. J'ai pris l'avion, deux personnes de la NASA m'attendaient à l'aéroport. On est allés déjeuner dans un restaurant mexicain. Elles m'ont donné les papiers et j'ai repris l'avion le soir même", se souvient Bernard Marty. Un souvenir délicieux en cette période d'immobilité et d'échanges en vidéo imposés par la crise sanitaire.

Le géologue sera aussi du groupe qui étudiera les échantillons martiens ramenés sur terre en 2031. Ils seront traités avec un maximum de précaution afin de ne contaminer ni la Terre, ni les roches martiennes. Il est ainsi envisagé de ne traiter ces échantillons que dans des laboratoires haute sécurité, du type de ceux qui accueillent les virus hautement pathogènes.