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Vénus
L'exploration in situ
Vénus a constitué une cible très tôt dans l'histoire de l'exploration spatiale. Les Soviétiques y ont dirigé les premières sondes, essentiellement dans le cadre de leur programme Venera. Celui, qui se développa de 1961 à 1983, compta 16 missions, et après des débuts difficiles eut à son actif le premier atterrissage en douceur et les premières images de la surface vénusienne. Les Américains, à qui l'on doit, avec Mariner 2, le premier vol réussi jusqu'à cette planète en 1962, ont été relativement absents de la scène vénusienne jusqu'à leur programme Pioneer Venus, en 1978, qui permet de conduire les premières études radar in situ.


Les nuages de Vénus
vus par la sonde Galileo.
Source : Planetary Photojournal.

Une originalité de l'exploration de Vénus est sans doute aussi qu'elle a souvent été une "cible d'opportunité" : des sondes, dont l'objectif était un autre corps céleste, se sont approchées de la planète, généralement pour bénéficier de son assistance gravitationnelle, et en ont profité pour transmettre quelques informations à son sujet. Il en a été ainsi des missions Mariner 10, envoyée vers Mercure, Galileo, dirigée vers Jupiter, Cassini-Huygens, à destination de Saturne. La mission Vega, avec ses deux sondes destinées à l'étude de la comète de Halley, a même cherché à exploiter au mieux cette logique en mettant à profit son passage à proximité de Vénus pour larguer des ballons-sonde et des modules atterriseurs sur la planète... 

Les conditions extrêmes de température et de pression qui règnent à la surface de la planète expliquent que les sondes qui ont réussi à s'y poser n'aient jamais réussi à fonctionner très longtemps. Les transmissions n'ont jamais été possibles que quelques dizaines de minutes, au mieux. quant aux sondes qui ont étudié Vénus en restant en orbite, elles ont été la plupart du temps réduites, à cause de l'opacité de l'atmosphère, à ne pouvoir s'occuper de quelques caractéristiques sommaires de sa structure nuageuse. Seules missions dotées d'un équipement radar (Pioneer Orbiter, Venera 15 et 16, et surtout Magellan), ont pu livrer une connaissance étendue de la topographie vénusienne. 

Dates clés :
1962 - Mariner 2 passe à moins de 35 000 km de Vénus.

1970 - Venera 7 réussit le premier atterrissage en douceur.

1975 - Venera 9 transmet les premières image des images du sol.

1978 - Début des études radar avec la sonde Pioneer Orbiter.

1985 - Les ballons sondes de la mission Vega parcourent plusieurs milliers de kilomètres.

1990-94 - La sonde Magellan réalise une cartographie radar détaillée.

Premières approches

La course vers Vénus, comme celle vers la Lune a opposé les États-Unis à l'Union soviétique. Ce dernier pays que l'on doit les premiers lancements en direction de Vénus en 1961. Les débuts vont être chaotiques.

Les premières sondes soviétiques, Spoutnik 7, lancée le 4 février 1961, et Venera 1, lancée le 12 du même mois échouent. La première à cause d'une défaillance du dernier étage de la fusée, qui empêche de placer l'engin sur la bonne trajectoire, la seconde à cause d'une perte de contact radio avec la sonde alors qu'elle était déjà en route vers Vénus. Elle en était à sont septième jour de voyage, et avait déjà parcouru deux millions de kilomètres. Et bien que Venera 1 n'ait ait pu le confirmer, les calculs ont montré qu'elle avait dû s'approcher à moins de 100 000 km de Vénus, le 20 mai 1961.


La sonde Venera 1. Source : NSSDC.
La sonde Spoutnik 19, lancée le 25 août 1962, restera pour sa part coincée en orbite terrestre et retombe dans l'atmosphère trois jours plus tard. Échec encore pour Spoutnik, 20, lancé le 1er septembre la même année, et dont un arrêt du dernier étage l'empêche de quitter l'orbite terrestre, puis de Spoutnik 21, lancé onze jours plus tard, et dont la fusée explose au décollage.

Les États-Unis ne réussissent pas mieux avec leur sonde Mariner 1, le 22 juillet 1962. La perte de contrôle de la fusée Atlas-Agena aussitôt après le lancement oblige à commander sa destruction. Mais le programme Mariner, qui utilise des engins assez analogues à ceux de la famille Ranger, envoyés vers la Lune, et destiné à l'exploration des diverses planètes du Système solaire interne, prévoit une seconde tentative en direction de Vénus : Mariner 2, qui sera le premier véhicule spatial à atteindre une autre planète, après la Lune. 

Mariner 2 - Cette sonde de 200 kg a été lancée le 27 août 1962, dont l'objectif principal était Vénus, embarquait également divers instruments destinés à étudier le milieu interplanétaire et le plasma solaire (détecteurs de particules et de poussières, spectromètre, en plus d'un magnétomètre et de radiomètres infrarouge et micro-onde, plus spécifiquement utilisés pour l'observation de Vénus). Son voyage a été quelque peu mouvementé, puisque parvenue à mi-course, le 8 septembre, le contrôle de la trajectoire est perdu pendant trois minutes, peut-être à cause de l'impact avec un petit météoroïde qui endommagera apparemment aussi un de ses panneaux solaires. La situation pourra cependant être rétablie et la sonde pourra atteindre Vénus sans plus d'encombre le 14 décembre 1962, s'en approchant à 34 800 km. Mariner 2 poursuivit ensuite sa route, continuant son étude du milieu interplanétaire et du vent solaire, et resta en orbite autour du Soleil. Le contact radio avec l'engin a été perdu le 3 janvier 1963. On doit à cette mission la confirmation de la rotation rétrograde de Vénus, et de la valeur de sa période, la mesure de température de son atmosphère (estimée à 428°C), qui s'avère principalement composée de dioxyde de carbone, et dans laquelle les nuages s'élèvent jusqu'à 60 km d'altitude. Une meilleure estimation de la masse de Vénus, et des distances dans le Système solaire, ainsi que le constat de l'absence de vapeur d'eau dans l'atmosphère vénusienne et la non détection du moindre champ magnétique autour de cette planète sont également à mettre à l'actif de Mariner 2.

La sonde Mariner 2 (vue d'artiste). Source : JPL Technology.

Deux ans plus tard, l'Union soviétique est de nouveau prête à lancer en rafale plusieurs sondes vers Vénus. Mais le succès n'est toujours pas au rendez-vous. Venera 1964A, lancée le 19 février 1964, et Venera 1964B, lancée le 1er mars 1964, ne parviennent même pas à se placer en orbite terrestre. Cosmos 27, lancé le 27 mars suivant subit une défaillance du dernier étage de son lanceur, et ne se place pas sur la bonne trajectoire. Zond 1, enfin, que l'on a lancée le 2 avril, est semble-t-il en bon chemin vers Vénus, quand le contact radio est perdu.

On observe cependant, un début de retournement de situation avec les sondes soviétiques envoyées en 1965. Venera 2, qui embarque une caméra de télévision et divers instruments, lancée le 12 novembre parvient à 25 000 km de Vénus, le 27 février suivant. Le contact radio est malheureusement perdu sans qu'aucune donnée ne soit transmise. Venera 3, lancée le 16 novembre va faire un peu mieux. Cette sonde, prévue pour se poser sur le sol vénusien, atteint la planète le 1er mars 1966 et pénètre dans son atmosphère. Mais elle y est détruite avant qu'aucune donnée cette fois encore ne puisse être transmise. On pourrait encore mentionner pendant cette période Cosmos 167, lancée le 17 juin 1967, qui manque son positionnement sur la bonne trajectoire, à cause d'une défaillance du dernier étage de sa fusée, et qui semble renouer avec la série noire des tous premiers tirs. Mais la situation est désormais moins désespérante, car, déjà un premier succès venait d'être obtenu avec Venera 4. 

Venera 4 - Cette sonde, dont l'objectif annoncé est l'étude de l'atmosphère de Vénus est lancée le 12 juin 1967.Elle atteint la planète le 18 octobre suivant et largue divers instruments, parmi lesquels un thermomètre et un baromètre. C'est ensuite au tour d'un module de descente, muni d'un parachute, de pénétrer dans cette atmosphère. Dans un premier temps, les instruments embarqués transmettent correctement les informations qu'ils recueillent, mais la transmission s'interrompt brusquement lorsqu'est atteinte l'altitude de 25 km. En dépit de cet arrêt prématuré, les données recueillies dans la haute atmosphère sont précieuses : Venera 4 a montré en particulier que la température variait avec l'altitude (entre 40 °C pour les couches supérieures de l'atmosphère, et 280 °C dans les couches plus basses); la pression, quant à elle, évolue entre 15 et 22 atmosphères. Enfin, la sonde confirme que l'atmosphère est presque entièrement composée de dioxyde de carbone. Ajoutons, que cette mission a également et l'occasion de préciser la connaissance du milieu interplanétaire.
Cette première réussite soviétique sur Vénus, marque aussi la suspension des programmes des États-Unis en direction de la planète. La Nasa va encore lancer en 1967 une sonde, Mariner 5, en direction de Vénus. Mais ses efforts se concentrent désormais sur d'autres objectifs, et particulièrement sur le programme lunaire. Aucune sonde américaine ne sera ainsi lancée spécifiquement à destination de Vénus jusqu'en 1978. Mariner 10, en route vers Mercure, ne fera que passer à proximité, le 5 février 1974. Elle frôlera Vénus à 4200 km, pour bénéficier de son attraction et reprendre de la vitesse, et transmettra tout de même 4000 clichés de ses nuages, notamment dans le domaine ultraviolet, 
Mariner 5 - La sonde, équipée d'instruments sensiblement plus perfectionnés que ceux de Mariner 2, est lancée le 14 juin 1967, et se place sur une orbite très resserrée autour de Vénus le 19 octobre. Circulant à moins de 4000 km de la planète, elle y effectuera diverses mesures. La température de la surface est estimée à 267°C, mais c'est surtout l'étude de l'atmosphère et de sa structure qui retient l'attention de cette mission, ainsi que celle de son faible champ magnétique, enfin détecté.
La revanche soviétique

Les soviétiques qui ont perdu la course à la Lune, vont profiter du désengagement américain en direction de Vénus, pour concentrer leur effort, à partir de la fin des années 1960, sur les programmes vénusiens. Malgré encore quelques échecs, la décennie qui va suivre va ainsi être des grands accomplissements du programme Venera.

Venera 5 - Cette sonde, soeur "musclée" de Venera 4, est lancée le 5 janvier 1969 et atteint Vénus le 16 mai suivant. Elle y libère le jour même un module de 400 kg, attaché à un parachute, qui est largué dans l'atmosphère de la planète. Des données seront transmises pendant 53 minutes, mais la capsule sera écrasée par la pression atmosphérique avant d'atteindre la surface.

Venera 6 - L'engin, lancé le 5 janvier 1969 est du même modèle que Venera 5 et a un objectif similaire et aura un même destin. La sonde atteint ainsi Vénus le 17 mai 1969, largue aussitôt sa capsule bourrée d'instruments, qui parvient à fonctionner pendant encore 51 minutes, puis est détruite cette fois encore par la pression très élevée de l'atmosphère.

Ces deux demi-succès seront encore suivis de deux échecs au cours des années 1970. Ainsi, Cosmos 359, le 22 août 1970, et Cosmos 482, le 31 mars 1972, qui ne parviennent pas à se placer sur la bonne trajectoire à cause d'une défaillance du dernier étage de la fusée qui les propulse dans l'espace. Air connu. N'empêche, dès 1970, la première sonde soviétique interplanétaire à accomplir complètement sa mission va aussi être la toute première à se poser sur le sol de Vénus. Ce sera l'heure de Venera 7. Viendront ensuite Venera 8, 9, 10...
Venera 7 - Lancée le 17 août 1970, la sonde Venera 7 atteint Vénus le 15 décembre suivant. Une descente en parachute de 35 minutes (deux fois plus rapide que ce qu'on espérait) et, au sol, un signal qui durera 23 minutes résument l'opération. Il n'en demeure pas moins qu'il s'agit là du premier envoi d'informations par une sonde à partir de la surface d'une autre planète autre que la Lune. On saura ainsi à l'issue de cette mission que la température de Vénus au sol est de 475 °C, et que la pression qui y règne est presque cent fois supérieure à celle mesurée sur Terre.


Venera 7. Source : NSSDC.

Venera 8 - L'exploit est renouvelé avec Venera 8, lancée le 27 mars 1972, et qui se place en orbite vénusienne le 22 juillet de la même année. Cette fois, le parachute, d'un diamètre de 2,5 m et ouvert à une altitude de 60 km, fonctionne correctement, et l'on a prévu la réfrigération des instruments embarqués. Résultat : la sonde transmet des données depuis le sol pendant 50 minutes et affine les résultats de Venera 7. Elle se livre également à la première étude photométrique au niveau du sol vénusien, montrant que la luminosité y est comparable à celle qui régnerait sur Terre par un sombre jour d'orage.

Venera 9 - La mission de la sonde Venera 9, lancée le 8 juin 1975 va s'avérer plus complexe et plus ambitieuse que les précédentes. Arrivé à destination, le 20 octobre suivant, l'engin placé en orbite, se sépare du module de descente qui, après deux jours, atteint sans dommage le sol vénusien, depuis lequel il transmettra les premières images (en noir et blanc) d'un paysage vénusien, révélant en particulier quelques roches de 30 à 40 cm éparpillées et peu érodées, et l'absence de poussières visibles dans l'air. Ses instruments recueilleront par ailleurs quantités d'informations sur les conditions météorologiques au sol (pression de 90 atmosphères, température de 485 °C), ainsi que sur la composition atmosphérique (présence de molécules d'acide chlorhydrique, de fluorure d'hydrogène, de brome et d'iode ) et sur les nuages qui se révèlent avoir leur base à une trentaine de kilomètres d'altitude, et être épais de 30 à 40 kilomètres. De son côté, le module orbital sert de relais radio vers la Terre, mais possède aussi un programme d'études propre, principalement dirigé vers l'étude de la structure atmosphérique de Vénus.


Image transmise par Venera 9 : première vision du sol vénusien.
Source : NSSDC.
Venera 10 - Le programme de la sonde Venera 10, lancée le 14 juin 1975, et arrivée à destination le 23 octobre suivant, ressemble à celui de Venera 9. Des images noir et blanc sont également transmises. Les données obtenues précédemment sont confirmées et simplement affinées. S'y ajoutent de nouvelles informations sur le vent, dont la vitesse en surface est mesurée (3,5 m/s).
 
Les "temps modernes"

L'année 1978 marque le retour des États-Unis sur la scène vénusienne avec son programme Pioneer Venus, qui équipé d'un radar constitue un pas en avant, à la fois technologique, et dans la conception de l'exploration des planètes. L'Union soviétique, poursuivra de son côté jusqu'en 1983 le programme Venera, qui maintenant s'essouffle un peu, puis lancera l'année suivante les sondes Vega Venus, placées elles aussi sous le signe de l'innovation. Ces dernières missions vénusiennes avant la chute de l'URSS, marqueront aussi la fin de cette période de transition. 

Pioneer Venus 1 (Pioneer 12) ou Pioneer Orbiter - Cette sonde, qui appartenait au programme d'exploration planétaire Pioneer, a été lancée le 20 mai 1978, et s'est placée en orbite elliptique autour de Vénus le 4 décembre suivant. Un radar embarqué a permis de cartographier le relief de 93% de la surface de la planète avec une résolution de 80 kilomètres. La sonde disposait également de divers autres instruments, parmi lesquels un radiomètre infrarouge, un spectromètre UV, qui a été utilisé en plusieurs occasions pour observer aussi des comètes, un magnétomètre et un analyseur de vent solaire. Prévue initialement pour fonctionner 8 mois, elle est resté opérationnelle jusqu'au 8 octobre 1992, date à laquelle elle est entrée dans l'atmosphère vénusienne et s'y est consumée.


Pioneer Orbiter. Source : NSSDC.

Pioneer Venus 2 (Pionneer 13) ou Pioneer Multiprobe - Cette sonde, lancée le 8 août 1978 est arrivée à proximité de Vénus le 16 novembre suivant. Elle était constituée de quatre modules qui, après avoir été largués d'un peu plus de 100 km d'altitude, ont pénétré dans l'atmosphère de la planète le 9 décembre. La plus grosse de ces sondes (315 kg), était accrochée à un parachute, les trois autres (d'une masse de 75 kg chacune) sont tombées directement. Des mesures ont été prises pour caractériser les nuages et les différentes couches atmosphériques, ainsi que les vents.

Venera 11 - Cette sonde est lancée le 9 septembre 1978 et atteint Vénus le 25 décembre suivant. L'engin se divise en deux parties : un module destiné à poursuivre sa route et à rester en orbite héliocentrique, qui sert de relais radio vers la Terre, et dispose d'instruments pour étudier le milieu interplanétaire, et un module de descente, qui se pose en douceur deux jours plus tard. Celui-ci recueille les premiers indices de possibles éclairs dans l'atmosphère vénusienne. La présence de monoxyde de carbone est par ailleurs constatée à basse altitude. La transmission des données se poursuivra pendant 95 minutes, puis le contact radio sera perdu du fait de la rotation de la planète qui interdit la poursuite de la liaison avec le module-relai.

Venera 12 - Lancée le 14 septembre 1978, cette sonde, identique à la précédente, parvient à proximité de Vénus le 19 décembre suivant. Sa mission repose elle aussi sur un concept similaire à celui de Venera 11, partie trois jours plus tôt. L'atterrissage du module de descente à lieu le 21 décembre, et l'accent est mis sur l'étude de la composition de l'atmosphère et des nuages. La transmission des données s'interrompra après 110 minutes, pour les mêmes raisons que dans le cas sa mission jumelle. Le module en orbite héliocentrique, qui embarque un spectromètre ultraviolet franco-soviétique, poursuivra encore quelque temps son étude du milieu interplanétaire, et aura notamment l'occasion d'étudier la comète Bradfield, en février 1980.
Venera 13 et Venera 14 - Il s'agissait de deux sondes identiques, parties, la première le 30 octobre 1981, et la seconde le 4 novembre suivant, et arrivées respectivement à destination les 1er et 5 mars 1982. Elles se composaient chacune d'un module-relai, qui a continué sa route dans l'espace, et d'un module d'atterrissage. Elles se poseront dans la Phoebe regio, à 950 km l'une de l'autre. Les deux engins disposent, comme les deux précédents, de caméras couleur. A la différence que cette fois elles fonctionnent et transmettent le premières images en couleur d'un paysage vénusien, révélant une fois de plus la présence de ces pierres en forme de dalles caractéristiques, et cet effet de réfraction atmosphérique extrême, qui incurve les lignes et rapproche l'horizon à seulement quelques centaines de mètres.


Venera 13 : le sol vénusien en couleurs!

Mais surtout, les deux sondes sont munies d'un bras articulée capable de recueillir des échantillons de sol, et équipées d'un spectromètre à fluorescence X pour les analyser. Venera 13 parvient a mettre en évidence des roches qui rappellent les basaltes terrestres subalcalins (ou leucitiques). Quant à Venera 14, son bras robotisé a rapidement donné des signes de défaillance. Un seul échantillon semble avoir été recueilli. Son analyse aurait montré cette fois une roche similaire à de la tholéite (basalte de nos fonds océaniques). Quoi qu'il en soit le contact avec cette seconde sonde a été perdu après seulement 57 minutes fonctionnement.

Venera 15 et Venera 16 - Ces deux sondes, prévues pour fonctionner en tandem, sont les dernières du programme Venera. Venera 15 a été lancée le 2 juin 1983, et Venera 16, le 7 juin. Elles ont atteint leur objectif respectivement les 10 et 14 octobre suivants, et s'y sont consacrées pendant leurs huit mois de fonctionnement, à la cartographie radar de Vénus. La zone couverte est allée du pôle Nord, à la latitude septentrionale de 30°.

Le programme soviétique Vega, mené en coopération avec plusieurs autres pays (Allemagne de l'Est et de l'Ouest, Tchécoslovaquie, Hongrie, Bulgarie, France, Hollande et Autriche), comportait deux sondes jumelles, lancées en 1984 et navigant de conserve. Son objectif était double: approcher et étudier la comète de Halley (atteinte en mars 1986. ) et profiter du survol Vénus sur son trajet, pour y larguer des ballons-sonde et des modules d'atterrissage. (Par la suite, un survol de l'astéroïde Adonis a également été tenté, mais il a échoué).


La mission Vega Venus, célébrée par un timbre guinéen. Source : IKI.

Vega 1 et Vega 2 - ces deux sondesont été lancées respectivement le 15 et le 21 décembre 1984, et ont atteint Vénus les 11 et 14 juin 1985. Chacune a aussitôt largué une module de type Venera, destiné à atterrir, et un ballon. Au programme, des mesures de température, de pression, de la vitesse des vents, etc. Flottant à 54 kilomètres d'altitude, l'un des ballons a parcouru 9000 km, en 47 heures avant d'éclater. Quant à l'un des atterrisseurs (l'autre n'ayant pas pu fonctionner correctement), il pu analyser le sol vénusien pendant 23 minutes à l'aide d'un spectroscope à fluorescence X, et a mis en évidence une forme d'anorthosite, un minéral caractéristique des roches lunaires continentales.
La nouvelle donne

La désagrégation de l'empire soviétique a laissé le champ libre aux États-Unis, à qui appartiennent désormais les sondes qui atteignent ou survolent Vénus. En fait, à ce jour, Magellan est la seule mission spécialement destinée à l'étude de Vénus a eu lieu depuis cette époque. Les deux autres sondes qui ont approché la planète étaient en route vers le Système solaire externe. Il s'agissait de Galileo, lancée le 18 octobre 1989, destinée à l'étude du système de Jupiter et qui passe à proximité de Vénus en février 1990 (détection possible d'éclairs, données sur la magnétosphère), puis de Cassini-Huygens, lancée le 15 octobre 1997, et qui a utilisé à deux reprises l'assistance gravitationnelle de Vénus (avril 1998 et juin 1999) pour rejoindre la région de Saturne.

Magellan - Cette sonde, lancée le 4 mai 1989, s'est placée en orbite vénusienne à partir du 10 août 1990, s'aidant pour la première fois dans l'histoire de la navigation spatiale du freinage occasionné par la haute atmosphère d'une planète autre que la Terre pour finaliser et modifier sa trajectoire. Placée dans la continuité de la mission Pioneer Venus (Orbiter), la mission Magellan a consisté à établir une cartographie de 98% de la surface de la planète, avec une résolution spatiale en général de l'ordre de 75 à 100 m, à l'aide d'un radar à synthèse d'ouverture. 4225 orbites ont été accomplies, dans le but principal de mieux comprendre la tectonique de la planète et sa structure interne, et, entre autres choses, de mettre en évidence les divers processus d'érosion à sa surface, qui d'ailleurs se sont avérés négligeables. L'âge moyen de la la surface, couverte à 85% de dépôt volcaniques, a pu être estimé à 500 millions d'années seulement. des éléments qui qui attestent d'une importante activité volcanique récente (à l'échelle des temps géologiques). Le contact avec Magellan a été perdu le 12 octobre 1994.

Relief vénusien, reconstitué à partir des données Magellan.
Source : Planetary Photojournal.
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