La mission VENUS EXPRESS, dédiée à l'observation à distance de l'atmosphère de la planète Vénus, est une mission de l’Agence spatiale européenne dont le lancement est prévu le 26 octobre 2005 à 6h43 (heure de Paris) par un Soyouz depuis Baïkonour au Kazakhstan. Le CNES en est l'un des partenaires aux côtés des laboratoires scientifiques français du CNRS.

Le développement de la mission VENUS EXPRESS est sous responsabilité de l’ESA qui a choisi EADS ASTRIUM comme maître d'œuvre. Les expériences scientifiques françaises sont développées par les laboratoires du CNRS sous la responsabilité du CNES.

Les objectifs scientifiques de la mission sont ambitieux :

- étude globale de la structure thermique de l’atmosphère et la surface jusqu’à 200 km ;
- étude cohérente de la circulation globale et des phénomènes d’ondes entre 50 et 150 km ;
- étude globale de la composition et de la chimie de la basse atmosphère (0 – 40 km) et de l’atmosphère dans et au-dessus des nuages (H2O, SO2, SO, COS, CO, HCl, HF, etc.) ;
- étude de la structure, de la nature et de la distribution des nuages de l’absorbant inconnu « UV-bleu », processus de formation des nuages et de leur évolution ;
- étude du bilan d’énergie et de l’effet de serre ;
- recherche des éclairs d’orage dans l’atmosphère de Vénus ;
- étude de l’environnement ionisé (atomes neutres, ions et électrons énergétiques), processus d’échappement et interactions avec le vent solaire ;
- recherche d’activités volcaniques et sismiques et étude du rôle du volcanisme dans la formation du climat.

Pour atteindre ces objectifs, les scientifiques se sont mobilisés avec le CNES et ont réalisé trois expériences à participation française dont deux sous maîtrise d'œuvre française :

- VIRTIS, spectromètre imageur visible et infrarouge à haute et basse résolution spectrale pour l’analyse de l’atmosphère de Vénus,
- SPICAV, spectromètre atmosphérique UV & IR pour occultations solaires et stellaires et observations nadir,
- ASPERA, analyseur de plasma, imageur d’atomes neutres énergétiques pour l’étude de l’environnement ionisé de la planète.

Le nombre de scientifiques français sélectionnés pour la mission est voisin de 30.

Le LESIA/CNRS est co-PI de l'instrument VIRTIS (Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer).
Cet instrument complexe a été initialement développé pour l’étude d’une comète dans le cadre de la mission Rosetta. VIRTIS couvre le domaine de 0,25 m à 5 m. Grâce à deux voies, Virtis-M dédiée à la spectro-imagerie visible et infrarouge, et VIRTIS-H dédiée à la spectroscopie infrarouge à haute résolution (R~1500), il combine les mesures de variations spatiales et de mesures de composition précise avec un haut pouvoir discriminant spatial et spectral.
L’adaptation aux observations de Vénus de VIRTIS est remarquable, en particulier pour l’étude des faibles émissions de la face nocturne qui donnent accès à l’atmosphère profonde de Vénus, jusqu’à la surface dans le proche infrarouge. Sur la face diurne, la réflectivité des nuages et l’absorption UV seront mesurées et cartographiées avec précision.
Enfin, de faibles émissions de l’oxygène et du gaz carbonique de la haute atmosphère sont également détectables, si bien que VIRTIS pourra, au cours de la mission VENUS EXPRESS, réaliser une tomographie complète de l’atmosphère de Vénus de la surface jusqu’à la thermosphère. L’objectif principal de VIRTIS sur Vénus est la mesure de la composition et de ses variations spatiales, liées à l’interaction chimique surface/ atmosphère.
Les tâches principales sous responsabilité du LESIA/CNRS ont été la réalisation de la voie haute résolution VIRTIS-H à partir des sous-ensembles de rechange de ROSETTA ainsi que l’élaboration des scénarios de missions de l’expérience.

Le Service d'Aéronomie/CNRS est PI de l'expérience SPICAV
SPICAV est une adaptation de l’instrument d’étude de l’atmosphère de MARS EXPRESS. Il est dédié à l’étude du cycle de l’eau et de son évolution historique sur Vénus, ainsi qu’à la dynamique et à l’évolution de l’atmosphère. Il peut effectuer des observations au nadir ainsi que des mesures par occultation solaire ou stellaire. C’est un spectromètre optique qui comprend trois canaux d’analyses : une voie UV, une voie IR et une voie pour les mesures d’occultation solaire (SOIR).
Le SA est le seul laboratoire français en charge de la maîtrise d’œuvre de l’instrument complet. Les scientifiques ont eu la volonté de rajouter le canal SOIR d’occultation solaire, proposé par l’IASB (Belgique), ce qui a constitué un véritable défi dans le planning très contraint de VENUS EXPRESS. Cet instrument utilise également pour les canaux IR, des filtres accordables (AOTF) fournis par un laboratoire russe.
Ce développement a été un succès, en premier lieu grâce au travail des équipes projets des laboratoires, mais aussi du fait de la collaboration du maître d’œuvre qui a accepté d’intégrer très tardivement l’instrument définitif sur le satellite et aux supports d’experts du CNES qui ont aidé à résoudre certains aléas de développement.

Le CESR/CNRS est co-PI de l'expérience ASPERA
ASPERA a un double objectif :
- mesurer in situ les ions, les électrons et les particules neutres du plasma de l’environnement de Vénus. Ceci à l’aide d’un spectromètre d’électron, quadri-sphérique symétrique, d’un spectromètre magnétique des ions et de spectromètres de neutres basés sur le principe de l’incidence rasante des particules sur une cible de titane ;- obtenir des images globales en atomes neutres de la planète et de son interaction avec le vent solaire. Les atomes énergétiques neutres résultent de l’échange de charge des ions du vent solaire avec l’exosphère de la planète ; chaque pixel de l’image obtenue renferme donc une information sur le profil de densité de l’exosphère et sur le flux des ions solaires. Ce dernier est mesuré directement, permettant ainsi d’inverser l’image pour obtenir une mesure globale de l’exosphère.
Le CESR est responsable du spectromètre de masse des ions, de sa calibration, de son intégration. Il a développé une anode de codage de position pour restituer la masse des ions à partir de travaux de R&D antérieurs.

Moyens nécessaires aux développements et à l’exploitation d’expériences scientifiques

Le CNES crée les conditions favorables pour que les laboratoires spatiaux puissent développer et exploiter les expériences en participant à chaque étape de leurs vies (R&D, consolidation des propositions, support et expertise technique pendant le développent, moyens d'exploitation, de traitement et d'archivage des données).

Le domaine d’expertise du CNES le plus utilisé pour ces expériences est l’étude des méthodes et procédés nécessaires pour la spatialisation des composants, au sens large, des instruments. Plusieurs interventions ont été nécessaires pour VENUS EXPRESS afin d’analyser des anomalies de fonctionnement pendant les tests en environnement spatial et trouver les meilleures solutions correctives.

L’étalonnage des instruments nécessite la mise en œuvre de moyens de laboratoires spécialisés, recréant les conditions de mesure dans l’espace, que les laboratoires ont développé grâce à leur participation à de nombreuses missions et aux études de R&T. Ces moyens sont des atouts importants pour acquérir et développer la maîtrise des performances instrumentales. Pour VENUS EXPRESS, le CESR a réalisé l’étalonnage du spectromètre d’ions et l’IAS a réalisé l’étalonnage de VIRTIS.

Le CNES essaie de fédérer les besoins pour l’exploitation et l’archivage des données afin de minimiser les coûts associés à l’exploitation des données scientifiques.

Quelques repères
- La proposition VENUS EXPRESS a vu le jour dans le cadre de l'appel d'offres à mission « flexible » 2002 de l'ESA.
- La charge utile retenue pour cette mission comprend le revol d'instruments de Mars Express ou Rosetta.
- Les instruments embarqués sont ASPERA, PFS, et SPICAM de Mars Express, VIRTIS et VeRa de Rosetta, et un nouvel instrument d'imagerie, VMC.
- Date de tir : 26 octobre 2005 (Soyouz-Fregat ).
- Transfert vers Vénus en 153 jours + 5 jours de mise en orbite finale.
- Orbite quasi polaire : périgée 250 km – apogée : 30 000 à 45 000 km (période : 10 à 16 heures).
- Durée de la mission : 500 jours (2 jours vénusiens).
- Plateforme dérivée de celle de Mars Express.