Interview de Thomas Zurbuchen Éducation, recherche et industrie spatiales en Suisse

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Le professeur Thomas Zurbuchen, ancien directeur du département des missions scientifiques à la NASA, dirige l'ETH Zürich | Space depuis août 2023. Cette entité a été créée dans le but de soutenir le développement des activités liées à la recherche spatiale à l'EPFZ (ETH Zürich), sachant qu'à l'échelle mondiale, 500 milliards de dollars sont actuellement investis dans le secteur spatial.

Le professeur Zurbuchen considère la Suisse comme l'un des meilleurs acteurs au monde, notamment parce que le pays dispose de l'ensemble du savoir-faire nécessaire, de la recherche à la réalisation. Entre science, industrie et formation, découvrez dans cette interview les prévisions de Thomas Zurbuchen pour l'avenir de la recherche spatiale.

L'EPFZ est censé jouer un rôle clé dans la recherche de la vie extraterrestre : qu'est-ce que cela signifie concrètement et comment peut-on détecter cette vie extraterrestre ?

L'EPFZ étudie, en collaboration avec des partenaires du monde entier, la présence de traces de vie sur les exoplanètes. La recherche de ces traces se fait via l'observation et la mesure de la composition de l'atmosphère de ces planètes par des télescopes spatiaux. Les exoplanètes sont des planètes qui tournent autour d'étoiles qui se trouvent en dehors de notre système solaire, tout comme la Terre tourne autour de son étoile, le Soleil. Nous savons aujourd'hui que chaque étoile possède au moins une planète. Le nombre de planètes dans l'Univers est donc bien plus important que ce que nous pensions jusqu'à présent.

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Combien y a-t-il d'étoiles dans l'univers ?

Dans notre galaxie, la Voie Lactée, il y a environ 400 milliards d'étoiles. Et dans l'univers, on estime qu'il y a entre 1000 et 2000 milliards de galaxies. Cependant, nous ne pouvons pour l'instant observer que les planètes de notre galaxie. Nous nous concentrons donc sur les planètes de 400 milliards de systèmes solaires moins un, notre système solaire. À l'heure actuelle, plus de 5500 exoplanètes sont observées et analysées, et certaines d'entre elles donnent l'impression prometteuse que la vie pourrait s'y développer.

Quelle sont les probabilités d'existence d'une vie extraterrestre ?

Nous ne le savons pas exactement. Néanmoins, nous avons acquis au cours des dix dernières années de biens meilleures connaissances sur les nombreux aspects qui rendent la vie extraterrestre possible. Si je devais faire une prédiction, je parierais sur l'existence non seulement de la vie, mais aussi d'une vie extraterrestre intelligente. Cette affirmation est cependant à relativiser, car bien que je le pense, la science, elle, ne l'a pas encore prouvée.

Quelles informations obtient-on exactement en étudiant l'atmosphère des exoplanètes ?

La présence de la vie modifie la composition de l'atmosphère. Si l'on avait observé la Terre depuis l'espace il y a trois ou quatre milliards d'années, on aurait compris, en observant la modification de la composition de l'atmosphère, que la vie était apparue, entre autres grâce à l'augmentation de la présence de molécules d'oxygène et d'azote dans l'atmosphère. C'est ainsi que l'analyse de l'atmosphère des exoplanètes permet de détecter, ou non, des traces de vie.

Quelles sont les difficultés liées à ses observations et mesures ?

Les exoplanètes sont extrêmement difficiles à étudier, car le rayonnement de l'étoile autour de laquelle elles orbitent est dominant. Nous devons donc nous affranchir de ce rayonnement pour pouvoir analyser l'atmosphère de la planète. Lorsque la planète disparaît derrière l'étoile, nous pouvons mesurer le rayonnement de l'étoile seule pour pouvoir le soustraire des autres mesures effectuées lorsque la planète se trouve à côté ou devant son étoile. Il y a également tout une partie d'analyse du signal et de réduction du bruit pour espérer obtenir des résultats probants.

L'un de vos plus grands projets dans le cadre de votre activité à la NASA était le télescope James Webb. L'EPFZ y a également participé. Quels ont été les plus grands défis de ce projet ?

Le télescope James Webb est la plus grande mission scientifique de l'histoire de l'exploration spatiale. Ce télescope est particulièrement complexe, tout d'abord du fait de la taille de son miroir principal de 6,5 mètres de diamètre. À titre de comparaison, le miroir principal du télescope spatial Hubble ne mesurait que 2,4 mètres. Ce miroir segmenté a dû être déployé dans l'espace. Une fois déployé, ce miroir est protégé du rayonnement par des écrans de protection appelés « sunshields ». Leur taille totale déployée équivaut à environ cinq courts de tennis. Le plus grand défi a été le déploiement automatiquement du miroir principal et des écrans de protection dans l'espace. Nous parlons ici d'un ensemble particulièrement complexe de mécanismes qui doivent fonctionner sans aucun problème. Au total, 344 étapes ont été nécessaires pour déployer le télescope. Il suffisait qu'une seule de ces étapes ne fonctionne pas correctement pour que la mission échoue. Nous n'avions jamais réalisé quelque chose d'une telle ampleur auparavant. 10 milliards de dollars qui ont été dépensés pour le développement et la fabrication de ce télescope.

Vous avez dit un jour que le travail d'équipe joue un rôle crucial dans ce type de projet.

Dans son ensemble, le projet James Webb a impliqué plus de 10 000 personnes. L'un des plus grands défis a été l'encadrement et le soutien de cette immense équipe de telle manière qu'elle soit à même de mener à bien une telle mission. Le projet était d'une telle complexité qu'on pouvait parfois perdre l'espoir d'y arriver. C'est là que la psychologie entre en jeu. Il m'est arrivé une ou deux fois de devoir m'interdire de penser que le projet était désespérément voué à l'échec. La pensée positive est décisive dans ce type de projet. Cela est valable à tous les échelons de l'équipe.

Comment avez-vous procédé ?

Nous avons divisé le projet en sous-systèmes qui devaient finalement s'assembler parfaitement, comme un puzzle. L'intégration de ces différents composants pour former le système global a été extrêmement exigeante.

Quand on a travaillé si longtemps sur un tel projet et que les premières images arrivent, comment se sent-on ?

J'ai ressenti un énorme soulagement. C'était formidable. J'étais extrêmement fier de notre équipe. Il était impossible d'être sûr à 100 % que la mission serait couronnée de succès. La plupart des journalistes américains pensaient que le projet allait échouer. Et comme je l'ai dit plus tôt, je comprends leur point de vue. Mais cela signifie aussi que nous étions sous l'observation massive du public, la pression extérieure était immense. Il y a des milliers de choses que nous aurions pu faire de travers, mais nous avons tout fait correctement. Nous avons rendu possible quelque chose d'impossible. L'équipe a effectué un travail formidable.

Quelle est la particularité des images prises par le télescope James Webb ?

Nous n'avions encore jamais vu l'univers avec une telle résolution. Les images sont époustouflantes et pleines de surprises. C'est rare qu'un chercheur puisse voir l'univers d'un œil nouveau. Des images d'Uranus et de ses anneaux ont été prises récemment, elles sont spectaculaires.

De nouvelles missions lunaires sont prévues dans les années à venir, comment l'EPFZ est-elle impliquée dans ces projets ?

Pour de futures missions lunaires, nous développons actuellement des robots qui peuvent marcher sur leurs pieds comme des chamois. L'avantage de ces robots est leur flexibilité. Ils peuvent en effet de déplacer de manière plus efficace et plus sécurisée sur les terrains en pente et sont plus aptes à franchir des obstacles. Avec ces robots, nous pourrons étudier des endroits sur la Lune où il serait impossible d'aller avec des véhicules à roues, notamment les cratères volcaniques et les canaux. Ces robots sont développés ici, à l'EPFZ, qui dispose de l'un des plus grands centres de développement robotique au monde.

Quels sont les points forts de la Suisse dans le secteur spatial et quels sont les instituts suisses qui collaborent avec la NASA et l'ESA ?

Il existe différents projets dans lesquels la Suisse joue un rôle important. Citons par exemple l'entreprise romande Clearspace, qui développe pour l'ESA des satellites permettant de récupérer les débris dans l'espace. Il y a également Swissto12, qui développe des technologies permettant d'observer la Terre depuis l'espace. Mais la véritable force de la Suisse réside dans ses collaborateurs, dont les compétences couvrent toute l'étendue et la profondeur nécessaires pour réaliser des projets spatiaux technologiquement ambitieux. De la physique au développement, en passant par la production/fabrication et le montage, nous disposons de spécialistes parfaitement formés, capables de mettre les développements en pratique. En Suisse, nous ne développons pas seulement de bonnes idées, nous savons aussi comment les mettre en œuvre.

Vous dirigez l'ETH Zürich | Space depuis août 2023 : quels sont les thématiques que vous souhaitez mettre en avant ?

Dans le cadre de l'ETH Zürich | Space, nous misons sur trois piliers. Premièrement, l'enseignement et la recherche, deuxièmement, la mise en place de coopérations avec des organisations partenaires externes et l'industrie, et troisièmement, la durabilité.

En ce qui concerne le premier pilier, nous lancerons à l'automne un nouveau master en sciences spatiales. Nous avons réussi à mettre en place ce master en un an, de l'idée à la réalisation, et tous les départements de l'EPFZ impliqués ont donné leur accord. L'objectif est de former 100 étudiants par an. Nous voyons par ailleurs la recherche comme faisant partie intégrante de l'enseignement. Astrophysique, robots lunaires, satellites et instruments de mesure : nous voulons nous positionner encore plus comme un accélérateur d'innovation. Nous pouvons par exemple soutenir massivement le développement d'un nouveau capteur quantique dans le cadre de travaux de diplôme et de doctorat. Nous disposons à la fois de l'infrastructure nécessaire et du personnel spécialisé.

Notre second centre d'attention est le renforcement de la coopération avec les entreprises et l'industrie dans le cadre de nos projets de recherche spatiale. Cela inclut également la réalisation de travaux de master en partenariat avec l'industrie. Nous avons actuellement des échanges technologiques avec une soixantaine d'entreprises et notre objectif est d'en attirer de nombreuses autres, y compris au niveau international. Nous sommes régulièrement en contact avec des investisseurs et des projets passionnants se profilent à l'horizon.

Et puis la thématique de durabilité vient compléter le tableau. Jusqu'à présent, les projets spatiaux sont tels qu'ils produisent systématiquement des déchets. Au-delà de la problématique environnementale, nous faisons également face à un énorme gaspillage de ressources et cela doit changer. Nous devons réfléchir à la manière dont nous pouvons recycler les satellites, entre autres. Elon Musk joue en ce sens un rôle pionnier avec sa fusée réutilisable pour plusieurs lancements. C'est exactement dans cette direction que nous devons aller.

Pourquoi l'ETH Zürich | Space a-t-il été créé ?

Auparavant, la recherche spatiale était une activité secondaire, financée majoritairement par l'État. Cela a complètement changé. Aujourd'hui, 500 milliards de dollars sont investis chaque année dans la technologie spatiale à l'échelle mondiale. L'année dernière, les investissements dans ce domaine ont augmenté de 8 %. Les prévisions sont de 10 % d'augmentation par an, ce qui signifie que dans sept ans, nous en serons à mille milliards de dollars. Les investissements gouvernementaux sont principalement liés à des questions de sécurité : l'espace prend de plus en plus d'importance dans ce domaine et l'armée moderne misera à l'avenir énormément sur la technologie spatiale. Par ailleurs, la recherche spatiale jouera un rôle crucial dans la gestion de la problématique environnementale du réchauffement climatique.

Quels sont les objectifs du parcours d'études à l'ETH Zürich | Space ?

Il est primordial que nous adaptions notre profil de master aux besoins de l'industrie spatiale. Dans chaque cursus de pointe, on retrouve des thématiques centrales. Dans notre cas, les étudiants devront développer une très bonne compréhension des systèmes et environnement complexes. Une haute compétence technologique est également requise. Par exemples, les technologies laser sont désormais incontournables dans notre secteur, et les étudiants devront être capable de comprendre, développer, intégrer et utiliser ce genre de technologie, entre autres. Et puis il y a bien entendu la thématique des données. Avec des volumes en augmentation constante, il faudra être capable de développer de nouveaux systèmes de communication et d'analyse des données pour le domaine spatial.

Quel sera justement le rôle des données à l'avenir ?

Le traitement et l'analyse des données prennent de plus en plus d'importance. Les données n'ont en effet d'utilité que si nous pouvons les évaluer correctement. L'intelligence artificielle jouera ici un rôle central. Cela signifie à nouveau que là aussi, les étudiants doivent apprendre à penser de manière systémique.

Vous avez dit un jour que l'homme était massivement supérieur au robot. La combinaison de la robotique avec l'intelligence artificielle peut-elle combler cet écart ?

Je suis sûr à 100 % qu'à l'avenir, cette question pourra être répondue par l'affirmative. Aujourd'hui néanmoins, l'homme est fondamentalement supérieur au robot en ce qui concerne les applications complexes et imprévisibles, et ce quel que soit l'environnement, spatial ou terrestre. En cas d'éruption volcanique par exemple, des drones peuvent être déployés dans les airs pour effectuer des mesures mais ne peuvent s'approcher que dans une certaine mesure. Les chercheurs, quant à eux, sont actifs directement dans la zone d'intérêt et sont plus flexibles que les robots, en pensée comme en action. Je suis cependant certain que l'intelligence artificielle en symbiose avec la robotique va tout changer. Je suis à vrai dire surpris de la lenteur de ce processus. Mais peut-être suis-je parfois trop impatient.

Dans quels domaines voyez-vous déjà l'IA ou la robotique prendre l'avantage sur l'être humain ?

Il existe dans le domaine du diagnostic médical d'excellentes applications de l'IA. Celle-ci peut par exemple avoir accès aux données de milliers de patients, et aider à poser un diagnostic médical en étudiant les patients aux symptômes similaires. Un médecin, aussi expérimenté soit-il, ne dispose pas d'un savoir aussi grand à lui seul.

Quelles possibilités voyez-vous pour l'IA dans le domaine spatial ?

Pour l'instant, les satellites sont plutôt « stupides ». Ils reçoivent des ordres, effectuent le travail demandé comme prendre une photo par exemple, transmettent les données jusqu'à la Terre où celles-ci sont analysées puis se voient confier la tâche suivante et ainsi de suite. Je suis certain que l'on peut rendre les satellites beaucoup plus intelligents.

Auriez-vous un exemple concret ?

Prenons une constellation de satellites d'observation de la Terre, dont la mission est la recherche de foyers d'incendie. On peut imaginer que le satellite détectant un potentiel foyer puisse transmettre l'information directement au reste de la constellation ou à une partie des satellites, et que les satellites informés se concentre alors automatiquement sur la région d'intérêt pour générer à plusieurs des données plus détaillées. C'est une idée parmi d'autres, mais de manière générale, l'intelligence artificielle trouvera sa place, y compris dans le domaine spatial.

MSM

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