De la conception d’instruments spatiaux à l’analyse de leurs données : l’expertise unique d’IDOC
L’espace continue de fasciner et de nous révéler bien des secrets grâce aux sondes spatiales qui embarquent des instruments issus de multiples collaborations internationales. Parmi ces nombreux acteurs du spatial, le Centre intégré de données et d'opérations1 basé en Essonne, a toutes les compétences pour opérer les instruments spatiaux, collecter, sauvegarder, mettre en valeur et analyser leurs données : une somme d’expertises dont disposent peu d’organismes.
- 1IDOC (CNRS/Université Paris-Saclay), situé à Orsay
Les missions spatiales sont des projets colossaux avec de nombreux acteurs internationaux et de multiples objectifs. Il en résulte des projets scientifiques spatiaux nécessitant d’une part le développement d’instrumentations de très haute technologie embarquées à bord de satellite ou de sondes interplanétaires, et d’autre part le développement de méthodes innovantes d’analyse des observations (en astronomie-astrophysique comme pour l’observation de la Terre). L’exploitation de ces observations a pour objectif l’avancée des connaissances jusqu’aux limites de l’observable et du mesurable.
Les instruments sont conçus pour répondre aux besoins spécifiques des missions spatiales, et doivent répondre à des contraintes portant sur la taille ou bien encore l’énergie consommée. Cependant, dans le monde, très peu de plateformes de recherche en instrumentation spatiale sont capables de gérer la conception, l’opération, le traitement et l'analyse des données captées par un instrument spatial. Ces différentes étapes nécessitent des compétences multiples et très pointues. Justement, l’une des rares exceptions les rassemblant toutes est le Centre intégré de données et d’opération (IDOC1), labellisé « centre d’expertise régional » par le CNRS. IDOC a été créé au sein de l’Observatoire des sciences de l’Univers de l’Université Paris-Saclay (OSUPS), qui compte deux laboratoires spatiaux, l’Institut d’astrophysique spatiale (IAS2 ) et le laboratoire Astrophysique instrumentation modélisation (AIM3 ).
« La philosophie d’IDOC est d’être présent sur l’ensemble de la vie d’un instrument, et même avant » explique Marian Douspis, directeur scientifique d'IDOC et enseignant-chercheur à l’Université Paris-Saclay. Plus on est proche de la conception, mieux on sait ce que l’instrument fera, quelles seront ses qualités et ses défauts ; et plus on connaît le software plus on sait quels types de données seront produits et comment. »
En effet, chaque partie d’un instrument altère la mesure idéale : les circuits électroniques peuvent induire des « parasites », les propriétés des éléments optiques peuvent évoluer dans le temps et introduire des variations de mesure, par exemple. « En étant capable de gérer chaque étape, de la conception au traitement des données reçues d’un instrument, on peut anticiper ces différentes perturbations et les corriger, pour obtenir des images et des relevés les plus fidèles possibles », détaille Marian Douspis.
IDOC repose donc sur l’expertise de d’ingénieurs et de chercheurs dans des domaines très variés. Par exemple, « connaître la trajectoire exacte d’une sonde spatiale et par conséquent le futur positionnement de notre instrument par rapport aux structures que nous souhaitons observer permet de décider quels seront les sujets visibles de plus fort intérêt. Il en découle l’élaboration d’une série d’instructions que l’instrument devra respecter pour réaliser ces observations optimales. Toutes ces instructions sont à transmettre à l’avance à l’instrument par l’intermédiaire de la sonde, précise Gilles Poulleau, directeur technique d’IDOC et ingénieur de recherche CNRS. Nous avons la chance à IDOC de pouvoir compter sur une équipe de scientifiques d’exception, capables de tirer le meilleur parti de toutes les opportunités et d’une équipe technique à même de parfaitement mettre en œuvre ces préconisations. »
La conjonction de compétences de haut niveau en informatique et en recherche scientifique est le pilier d’IDOC, et forge son unicité. Sélectionné pour participer à sept des huit missions lancées par l’Agence spatiale européenne (ESA) sur les 25 dernières années, IDOC est à la pointe des compétences d’instrumentation spatiale, avec un savoir-faire développé dans de multiples domaines spectraux, de l’UV au millimétrique en passant par l’infrarouge. « De plus en plus d’objets astronomiques sont observés sous différentes longueurs d’ondes, ce qui donne accès à des informations supplémentaires, ajoute Marian Douspis. C’est une compétence rare, et nous sommes fiers de l’avoir à IDOC. »
Après captation, il est nécessaire de traiter les données, et de les partager avec le reste de la communauté scientifique. IDOC stocke à des échelles de temps très longues ses données entreposées dans ses 42 dépôts, auxquels toute la communauté scientifique peut accéder, s’inscrivant pleinement dans la démarche d’open science de l’astrophysique. La plateforme a par ailleurs récemment obtenu un certificat international prestigieux, intitulé « CoreTrustSeal », attestant de sa qualité et de l’accessibilité exceptionnelles de ses données.
L’expertise de l’IDOC continuera d’être mise à profit pour des futures missions spatiales, telles Exomars qui étudiera en particulier si Mars a abrité une vie biologique, ou encore le télescope spatial PLATO qui décollera en 2026 pour notamment caractériser des exoplanètes.