L'Agence spatiale européenne (ESA) vient de clore une année extrêmement intense au cours de laquelle la mission Proba-3 est passée d'un projet expérimental de vol en formation de précision à une "machine à éclipses solaires à la demande" pratique. Deux petits satellites, qui volent en orbite commune autour de la Terre depuis décembre 2024, ont depuis réalisé plus de 50 éclipses solaires artificielles dans l'espace et recueilli environ 250 heures d'observations continues de l'atmosphère solaire. Ce sont précisément ces données qui comblent une lacune cruciale dans notre compréhension de la partie la plus mystérieuse de l'atmosphère solaire : la couronne interne.

Jusqu'à l'apparition de Proba-3, les chercheurs devaient s'appuyer sur une combinaison d'instruments qui enregistrent de manière fiable la surface du Soleil et la couronne externe lointaine, tandis que la zone intermédiaire n'était couverte que de manière fragmentaire et occasionnelle. Une vue complète de la couronne n'était possible que lors de courtes éclipses solaires totales naturelles, lorsque la Lune occulte le disque solaire pendant quelques minutes. Proba-3 reproduit désormais ce phénomène naturel en orbite - indépendamment de la position de la Lune, des conditions météorologiques et de la géographie, et ce depuis une orbite qui permet des éclipses répétables de plusieurs heures.

Comment le duo Proba-3 crée une éclipse solaire en orbite

Proba-3 est la première mission de l'ESA à démontrer un vol en formation de précision de deux satellites avec une précision allant jusqu'au millimètre. Sur une orbite culminant à environ 60 500 kilomètres, deux engins spatiaux – Coronagraph et Occulter – volent séparés d'environ 150 mètres mais se comportent comme un télescope unique étendu dans l'espace. Sur la plateforme Occulter se trouve un bouclier circulaire de 1,4 mètre de diamètre qui sert de Lune artificielle au système : il bloque l'éblouissante lumière visible du disque solaire et projette un cône d'ombre étroit et précisément dirigé sur le second satellite, le Coronagraph, sur lequel est placé l'instrument principal ASPIICS.

Lorsque les deux satellites s'alignent avec le Soleil pendant plusieurs heures, une ombre de quelques centimètres de diamètre seulement couvre parfaitement l'ouverture de l'instrument. De cette manière, ASPIICS obtient la clé de toute bonne image coronographique : une "nuit artificielle" très sombre en plein jour où ressort l'éclat de la couronne, faible mais physiquement extrêmement important. Toute l'astuce réussit grâce à une combinaison de récepteurs GPS, de télémètres laser, de trackers d'étoiles et de liaisons radio, qui permettent aux ordinateurs des satellites de maintenir de manière autonome la formation donnée sans commandes constantes de la Terre.

La période orbitale de la mission est d'environ 19 heures et 40 minutes, et à chaque orbite, les satellites peuvent entrer dans un alignement précis et maintenir une éclipse totale artificielle jusqu'à six heures. Les éclipses solaires totales naturelles se produisent en moyenne une fois par an (et seulement depuis une bande étroite sur la surface de la Terre) et ne durent que quelques minutes. Proba-3, au contraire, reproduit cette condition toutes les vingt heures environ – pratiquement chaque fois que la communauté scientifique le demande – et offre une période de totalité plusieurs fois plus longue.

Combler une lacune critique dans l'observation de la couronne solaire

La plus grande valeur scientifique de la mission découle du fait que Proba-3 cible précisément la zone où les observations traditionnelles ont leur plus grand "point aveugle". Les coronographes spatiaux classiques, où le disque d'occultation du Soleil et le télescope sont sur la même plateforme, sont généralement limités par la limite interne du champ de vision – trop près du Soleil, il y a tout simplement trop de lumière résiduelle et de diffusion dans l'optique. D'autre part, les caméras ultraviolettes extrêmes sur les satellites solaires donnent d'excellents détails de la surface et de la couronne très basse, mais ne captent pas les structures qui s'étendent vers l'extérieur sur plusieurs rayons solaires.

Le résultat est que la zone située entre environ 1,1 et 2 rayons solaires au-dessus de la surface est restée la moins bien couverte par les observations pendant des décennies. C'est précisément là que le vent solaire accélère jusqu'à des vitesses de plusieurs centaines de kilomètres par seconde, et que de nombreuses éjections de masse coronale (CME) – de gigantesques nuages de plasma et de champ magnétique – se forment et se détachent du Soleil. Proba-3, avec son concept de coronographe "étendu", sépare l'occulteur et le télescope sur deux plateformes et réduit ainsi drastiquement la quantité de lumière résiduelle qui pénètre dans l'instrument. ASPIICS peut observer la couronne pratiquement depuis le bord même du disque solaire jusqu'à une distance de plusieurs rayons solaires, en un seul plan continu.

Pour les scientifiques travaillant sur la physique solaire, cela signifie qu'ils peuvent suivre comment les structures magnétiques et le plasma changent de forme et d'énergie de la surface jusqu'à la couronne externe. Un mystère de longue date est particulièrement important : pourquoi la couronne est chauffée à plus d'un million de degrés Celsius, alors que la surface visible du Soleil, la photosphère, n'est qu'à environ 5 800 K. Parallèlement, un regard détaillé sur la région où le vent solaire accélère est crucial pour comprendre la météo spatiale, car les mêmes processus qui animent le vent sont également à l'origine des tempêtes géomagnétiques les plus puissantes.

Premières images : une vue continue de la surface à la haute couronne

Les premières phases de fonctionnement d'ASPIICS ont déjà montré de quoi Proba-3 est capable. L'ESA a publié en juin 2025 les premières images de la couronne interne prises lors d'une éclipse totale artificielle, y compris un cliché spectaculaire du 23 mai 2025 où la couronne brille d'un vert pâle – exactement comme l'œil humain la verrait lors d'une éclipse totale, observée à travers un filtre approprié. Dans ce plan "figé", on distingue clairement de fins filaments de plasma, des arcs de structures magnétiques et des cavités plus sombres au-dessus des régions actives de la surface.

Encore plus impressionnantes sont les vues en accéléré (time-lapse) qui résultent de la combinaison de plusieurs instruments : la caméra ultraviolette extrême SWAP de la mission Proba-2, qui montre le disque solaire et la couronne très basse ; le coronographe classique LASCO C2 de la mission SOHO, chargé de la couronne plus élevée ; et ASPIICS sur Proba-3, qui "couvre" l'espace intermédiaire critique. Sur de telles animations composites, une éjection de masse coronale devient visible dès le bord du disque solaire, puis se propage à travers la couronne interne qu'il était jusqu'à présent presque impossible de filmer, et continue vers l'extérieur où des instruments comme LASCO prennent le relais.

Pour des chercheurs comme Andrei Zhukov de l'Observatoire royal de Belgique, chercheur principal d'ASPIICS, cette "histoire continue" est une avancée majeure. Au lieu de combler les lacunes avec des modèles ou des simulations numériques, ils peuvent désormais observer directement comment une CME naît, accélère et change de forme sur toute la gamme de hauteurs dans la couronne. Cela aide non seulement à comprendre la physique du Soleil, mais aussi à construire des modèles de prévision de la météo spatiale plus précis, qui sont la base de la protection des satellites, des systèmes de communication et des réseaux électriques sur Terre.

Plus de 50 éclipses artificielles et 250 heures d'observation

Depuis le début de la phase opérationnelle de la mission jusqu'à la mi-décembre 2025, Proba-3 a déjà réalisé plus de 50 éclipses artificielles réussies et effectué environ 250 heures d'observation de la couronne dans des conditions de totalité. C'est une quantité de données qui ne pourrait être collectée sur Terre qu'au cours de milliers d'éclipses naturelles. L'ESA estime que l'ensemble des observations réalisées à ce jour correspond à ce que nous obtiendrions si nous organisions environ 6 000 expéditions distinctes pour observer des éclipses solaires totales en différents points de la planète.

Le rythme opérationnel de la mission repose sur le fait qu'une éclipse artificielle peut être planifiée et répétée une fois par orbite, soit environ toutes les 19,6 heures. De cette manière, on peut réaliser en moyenne deux éclipses totales par semaine, et sur la durée nominale de deux ans de la mission, près de 200 éclipses et plus de mille heures de totalité sont attendues. Déjà au cours des premiers mois de fonctionnement, la plus longue éclipse individuelle a duré environ cinq heures, et l'objectif est d'atteindre de manière standard six heures d'observation continue à chaque orbite. Une telle "extinction du Soleil" prolongée et fréquemment répétée en orbite est sans précédent dans l'histoire des recherches héliosphériques.

Les éclipses naturelles n'ont pas perdu pour autant leur valeur scientifique – elles permettent toujours des observations sous d'autres perspectives, avec des instruments différents et dans différentes longueurs d'onde. Mais Proba-3 a montré que des parties clés du travail peuvent désormais être effectuées par un laboratoire spatial entièrement autonome, indépendant du calendrier imprévisible des éclipses dans le ciel. Cela signifie que la communauté scientifique peut planifier des campagnes d'observation liées à des activités accrues annoncées sur le Soleil, par exemple pendant des périodes de nombre élevé de taches ou après l'apparition de régions particulièrement actives.

Du lancement au vol en formation autonome

Le parcours de Proba-3, du lancement à l'exploitation opérationnelle sophistiquée, s'est déroulé en plusieurs phases. Les deux satellites ont décollé le 5 décembre 2024 du cosmodrome indien de Satish Dhawan à bord d'une fusée PSLV-XL. Après être entrées sur l'orbite hautement elliptique visée, les plateformes sont restées mécaniquement jointes pendant encore six semaines, au cours desquelles les ingénieurs ont testé tous les systèmes en détail. Ce n'est qu'ensuite qu'ont eu lieu la séparation et la mise en place progressive du vol en formation, d'abord avec des écarts plus importants et des périodes d'alignement plus courtes.

En mars 2025, la mission a réalisé son premier vol en formation autonome avec un écart de 150 mètres et un maintien de la formation pendant plusieurs heures sans contrôle actif de la Terre. Dès les semaines suivantes, la précision a encore été améliorée jusqu'au millimètre, condition préalable pour que l'ombre de l'Occulter "touche" de manière stable l'ouverture d'ASPIICS. Après cela, les premières véritables éclipses totales artificielles ont commencé, d'abord courtes, puis de plus en plus longues, à mesure que les équipes acquéraient de l'expérience.

Une caractéristique clé de la mission est le passage progressif à un niveau d'autonomie toujours plus élevé. Lors des premiers vols en formation, les équipes au sol surveillaient activement chaque manœuvre et étaient prêtes à intervenir si les satellites s'écartaient de la géométrie prévue. À mesure que les algorithmes de navigation ont été validés en pratique, le rôle des contrôleurs s'est déplacé vers une surveillance en arrière-plan – l'objectif final est que les satellites effectuent routinièrement les alignements et les éclipses avec une surveillance minimale, ce qui constitue une étape importante vers les futures flottes de télescopes spatiaux autonomes.

ASPIICS : un regard au cœur même de la couronne

Le cœur de la partie scientifique de la mission est le coronographe ASPIICS (Association of Spacecraft for Polarimetric and Imaging Investigation of the Corona of the Sun), développé au sein d'un consortium européen dirigé par le Centre Spatial de Liège en Belgique. Il s'agit d'un instrument qui utilise le concept classique d'occulteur externe, mais l'adapte au vol en formation : puisque le disque qui occulte le Soleil est physiquement situé sur un satellite séparé, le système optique sur le Coronagraph est exposé à une quantité de lumière diffuse nettement plus faible.

ASPIICS peut ainsi "s'approcher" du Soleil plus que n'importe quel coronographe spatial précédent, observant les structures de la couronne dès environ 0,04 rayon solaire au-dessus de la surface. La caméra travaille en lumière visible, dans une plage spectrale étroite particulièrement sensible aux structures de plasma et de champ magnétique. Chaque image individuelle est en réalité la combinaison de trois expositions de durées différentes, des courtes pour ne pas "brûler" les parties les plus brillantes, aux plus longues qui captent les parties les plus sombres de la couronne externe. La fusion de ces expositions permet d'obtenir une image dynamiquement riche avec des détails allant du bord du disque jusqu'à l'extrémité du champ de vision.

Les données recueillies par ASPIICS sont traitées dans un centre d'opérations scientifiques situé à l'Observatoire royal de Belgique. Là, une équipe d'experts planifie jour après jour de nouvelles campagnes d'observation, envoie les commandes à l'instrument, télécharge les clichés et les distribue à la communauté internationale. Il est d'ores et déjà apparu que la qualité des données brutes est si bonne que de nombreuses structures de la couronne deviennent visibles même sans traitement numérique agressif, ce qui est un signe encourageant pour les futures analyses quantitatives.

DARA et 3DEES : une image complète de l'énergie solaire et des particules spatiales

Proba-3 n'est pas "seulement" un coronographe. En plus d'ASPIICS, la mission emporte deux autres instruments scientifiques qui complètent l'image de l'influence du Soleil sur l'espace environnant. Le radiomètre absolu numérique (DARA) mesure l'irradiance solaire totale – plus précisément, la quantité d'énergie par unité de temps que le Soleil envoie vers la Terre. Les enregistrements à long terme de ces mesures sont essentiels pour comprendre les variations du rayonnement solaire qui peuvent avoir un impact sur le climat de la Terre et les couches supérieures de l'atmosphère.

Le troisième instrument, le 3D Energetic Electron Spectrometer (3DEES), se concentre sur les électrons à haute énergie dans les ceintures de radiation de la Terre. Alors qu'ASPIICS regarde vers le Soleil, 3DEES suit comment le vent solaire et les CME injectent des particules dans la magnétosphère et comment ces particules se déplacent autour de la planète. Cette combinaison du "regard vers la source" et du "regard sur les conséquences" permet aux chercheurs de mieux relier les événements solaires aux changements dans l'espace autour de la Terre qui affectent directement le fonctionnement des satellites et autres systèmes spatiaux.

Éclipses numériques et nouveaux modèles de météo spatiale

La grande quantité de données de haute qualité que Proba-3 envoie vers la Terre stimule déjà le développement de modèles numériques avancés. Des équipes à travers toute l'Europe comparent les clichés réels aux résultats de simulations informatiques pour améliorer la description du mouvement du plasma et des champs magnétiques dans la couronne. Les modèles qui créent des "éclipses numériques" – des vues synthétiques de la couronne telles qu'elles seraient vues par un coronographe comme ASPIICS – jouent un rôle particulièrement important.

L'un de ces modèles, COCONUT, développé à l'Université catholique de Louvain, a déjà été intégré au Centre virtuel de modélisation de la météo spatiale de l'ESA. En comparant les images simulées et réelles de Proba-3, les chercheurs peuvent calibrer précisément le modèle et mieux relier les régions actives de la surface du Soleil aux phénomènes dans la couronne et l'héliosphère. À long terme, cela devrait conduire à des prévisions plus fiables sur le moment où une CME concrète frappera la Terre, avec quelle force et quelle réponse elle provoquera dans la magnétosphère et l'ionosphère.

Bénéfices sur Terre : des aurores aux réseaux surchargés

Les recherches apparemment abstraites sur la couronne ont des conséquences très tangibles. Les CME puissantes et les flux de vent solaire rapides peuvent déclencher des tempêtes géomagnétiques qui créent des aurores boréales spectaculaires, mais causent aussi des problèmes dans les réseaux énergétiques, la navigation par satellite, les liaisons radio et les systèmes de communication. En mai 2024, une forte vague d'activité solaire a provoqué l'une des tempêtes géomagnétiques les plus puissantes des dernières décennies, avec des conséquences visibles dans de nombreux pays.

Pour les gestionnaires de réseaux de transport d'électricité, les compagnies aériennes et les fournisseurs de services par satellite, une prévision fiable de tels événements est tout aussi importante qu'une météo précise à la surface de la Terre. Proba-3 offre précisément ce qui manquait jusqu'à présent : la possibilité de suivre les CME et autres structures coronales depuis leur formation jusqu'au moment où elles quittent la couronne. Cela réduit l'incertitude dans l'évaluation de la direction, de la vitesse et de l'énergie d'impact potentielle sur le champ magnétique terrestre.

À mesure que le Soleil approche du maximum du cycle d'activité 25, on s'attend à ce que le nombre d'événements puissants augmente. Cela transforme Proba-3 en un outil idéal pour tester et améliorer les systèmes d'alerte précoce à la météo spatiale. Chaque nouvelle éclipse artificielle apporte une nouvelle série de données, et chaque nouvelle vague d'activité solaire une occasion de tester à quel point les prévisions modélisées correspondent à la réalité.

Technologie pour les futures missions

Au-delà de l'aspect scientifique, Proba-3 possède une composante technologique extrêmement forte. Le vol en formation de précision de deux satellites ouvrira la voie à de nouveaux concepts de télescopes spatiaux où les éléments optiques se trouvent sur plusieurs plateformes séparées : par exemple, des missions de chasse aux exoplanètes avec un "star-shade" extrêmement puissant ou des télescopes interférométriques utilisant plusieurs satellites comme miroirs segmentés. Les technologies développées pour Proba-3 – des algorithmes de navigation aux capteurs miniatures – ont déjà démontré qu'une telle approche est réalisable en pratique.

La mission est dirigée par l'ESA avec le soutien d'un consortium géré par l'entreprise espagnole Sener, auquel participent plus de 29 partenaires industriels de 14 États membres de l'ESA et du Canada. Parmi les participants clés figurent également les sociétés GMV et Airbus Defence and Space d'Espagne, ainsi que Redwire Space et Spacebel de Belgique. Proba-3 est ainsi une vitrine de la capacité industrielle européenne à réaliser des systèmes spatiaux très complexes et hautement intégrés dans une mission relativement compacte et financièrement accessible.

Ce que Proba-3 signifie pour l'avenir de l'observation solaire

Moins d'un an après son lancement, Proba-3 a déjà tenu ses promesses – et plus encore. Les éclipses totales artificielles sont devenues un outil utilisé quotidiennement par les physiciens solaires, et les premiers résultats montrent que la couronne interne n'est plus une zone inaccessible entre différents types d'instruments. Avec plus de 50 éclipses et des centaines d'heures d'observation, la mission a confirmé que le "manque d'éclipses naturelles" peut être compensé par une technologie de précision, une orbite bien conçue et une planification intelligente des campagnes.

À mesure que les opérations se poursuivent vers décembre 2025 et au-delà, on s'attend à ce que la quantité de données augmente de manière exponentielle. Chaque nouvelle série d'images de la couronne ajoutera une pièce supplémentaire au puzzle de la compréhension du comportement du Soleil, et chaque nouvelle éclipse artificielle réussie renforcera la confiance dans les technologies de vol en formation. Proba-3 est ainsi devenue à la fois un instrument scientifique et un démonstrateur du futur – un double rôle extrêmement recherché dans l'industrie spatiale.

Pour la science solaire, la mission marque le passage de l'ère de la dépendance aux éclipses naturelles rares et courtes à une période d'"éclipses numériques" qui peuvent être planifiées, répétées et analysées en permanence. Pour le grand public, il est peut-être encore plus important que ces recherches contribuent à une meilleure protection de la technologie sur laquelle repose la société moderne. Et pour l'industrie spatiale, Proba-3 prouve que les équipes européennes peuvent contrôler au millimètre près deux satellites séparés à des dizaines de milliers de kilomètres de la Terre – et par la même occasion, découvrir les couches cachées du "halo" scintillant du Soleil.