La cinquième édition du concours « Ciel imagé, ciel imaginé, ciel représenté », pour l’année scolaire 2024–2025, a pour thème « La Terre et les planètes dans l’Univers ». La participation consiste en la réalisation d'une figure imposée et d'une figure libre. La figure imposée est une photo originale du ciel nocturne véhiculant un message scientifique. Une interprétation scientifique devra accompagner cette image. La figure libre peut être une photo, un dessin, une courte vidéo ou toute autre création en lien avec le thème du concours.

Voici la page Web du concours 2024-2025 : https://www.sciencesalecole.org/astro-ciel-image-ciel-imagine-ciel-represente-cinquieme-session/ 

Début janvier, nous avons réfléchi en groupe à la façon de développer ce thème. Très rapidement, nous sommes tombés d’accord pour discuter du droit de l’humain à exploiter les ressources à sa disposition, à commencer par celles de la Terre, et celles présentes sur d’autres astres dans l’univers.

La question de l’eau a immédiatement été soulevée, ressource vitale et en grand danger sur notre planète. Nous avons commencé des recherches pour savoir où on pouvait trouver de l’eau en abondance ailleurs que sur Terre, au moins dans notre système solaire. L’idée première concernait les comètes, mais nous avons lu un paragraphe de la page 140 du livre « Histoire de l’astronomie », qui dit que le ratio D/H (deutérium/hydrogène) mesuré sur plusieurs comètes est deux à trois fois plus élevé que sur Terre, alors que le rapport D/H sur plusieurs astéroïdes est semblable au rapport D/H dans l’eau terrestre. Nous avons donc écarté les comètes, et nous avons fait des recherches sur la présence d’eau dans les astéroïdes, recherches qui nous ont conduit vers Cérès (1-Ceres), planète naine de la ceinture principale d’astéroïdes.

Sachant que Lydwenn écrit des poèmes, nous avons décidé l’écriture d’une nouvelle, illustrée par des dessins réalisés par d’autres élèves, à présenter en tant que figure libre au concours. La figure imposée serait une image de Cérès, à réaliser entièrement nous-même, prise de vue et traitement des images, ou sur la base de fichiers brutes faites par des missions spatiales.

Lydwenn a proposé un scénario pour l’histoire. Chaque élève du groupe a pu donner des idées pour enrichir ce scénario. Nous avons décidé en groupe des illustrations à réaliser, et par qui. Le travail préparatoire a abouti à cette répartition des taches :

• Lydwenn (Tale) : écriture du texte de la nouvelle ;
• Loïc (1ère) : réalisation des images de l’astéroïde Cérès, à l’aide du logiciel Siril, utilisées pour la figure imposée (voir les détails plus loin) mais aussi pour la figure libre, pour la couverture de la nouvelle ;
• Théo (2nde) : création de l’illustration de la partie I (dessin au crayon) ;
• Lupin (1ère) : création de l’illustration de la partie III (logiciel de dessin ProCreate sur tablette) et recherches sur la mission DAWN de la NASA ;
• David (3ème Prépa Métiers) : illustration « ingénierie » de la partie IV, montage réalisé à partir de représentations générés par IA avec des prompts conçus par David ;
• Juliette (2nde) : création de l’illustration « salle de réunion » de la partie IV (aquarelle) ;
• Kallisto (1ère) : création de l’illustration de la partie V (logiciel de dessin Sketch sur tablette) ;
• Nathan (Tale) : recherches documentaires sur Cérès et la présence d’eau dans les astéroïdes.

Vous pouvez accéder au fichier PDF de la nouvelle en pièce jointe de cet article. Nous espérons qu'elle vous plaira ! 

Nathan, Loïc et Lupin ont fait des recherches sur Cérès, concernant l’astéroïde en lui-même, mais aussi sur les missions qui auraient eu pour objectif cet astéroïde. Ils ont trouvé que la mission DAWN de la NASA a survolé Cérès et en a fait des images.

Cérès était à l’opposition en juillet 2024, ce qui rendait impossible la réalisation d’une image pendant l’hiver et le début du printemps, car on ne pouvait pas le voir pendant la nuit. Il a donc été décidé d’utiliser les images brutes faites par DAWN, uniquement. Ce n’était pas un problème pour nous, car nous avons déjà appris à créer des images à partir de brutes faites par d’autres télescopes (Iris, …) que ce soit avec des filtres RVB ou même la palette SHO.

Les informations que nous avons trouvé sur la mission DAWN sont extraites des sites de la NASA :

• https://science.nasa.gov/mission/dawn/
• https://arcnav.psi.edu/urn:nasa:pds:context:investigation:mission.dawn_mission_to_vesta_and_ceres

La sonde DAWN a été lancée le 27 septembre 2007, pour un voyage qui a d’environ 6,9 milliards de kilomètres. Elle était propulsée par des moteurs ioniques. La sonde a achevé sa mission le 31 octobre 2018. Elle avait pour objectif d’étudier deux grands corps de la ceinture d’astéroïdes afin de répondre à des questions sur la formation du système solaire, ainsi que de tester les performances de ses propulseurs ioniques dans l’espace lointain.

Cérès et Vesta ont été choisis comme deux protoplanètes contrastées : la première étant apparemment « humide » (c’est-à-dire glacée et froide) et l’autre « sèche » (c’est-à-dire rocheuse). 

La mission Dawn a épuisé son carburant en 2018 et reste en orbite autour de la planète naine Cérès. L’instrument utilisé est le « Framing Camera » (FC). L’instrument est en fait double, pour la redondance. Le Max Planck Institute for Solar System Research, en Allemagne, était responsable de la conception et de la fabrication de l’instrument.

Chacune des deux parties de cet instrument est constituée d’une lunette de 150mm à f/7.9, d’une roue à filtres munie d’un filtre clair (1) et de sept filtres à bande étroite (2 à 8) – d’environ 45 nm – couvrant les longueurs d’onde allant de 438nm à 965nm – soit du visible à l’infrarouge proche – et d’un capteur CCD de 1024x1024 pixels.

Les images brutes calibrées de la sonde DAWN de la NASA utilisées pour la figure imposée ont été téléchargées depuis https://sbnarchive.psi.edu/pds3/dawn/fc/DWNCFC1_1B/DATA/FITS/

Plusieurs séries d’images ont été faites à des distances différentes de l’astéroïde. Voici les informations relevées par Loïc dans les fichiers LBL des séries d’images brutes qu’il a choisies...

Sur les filtres numérotés de 1 à 8, j’ai utilisé les images « fit » faites avec les filtres 2, 3 et 4 pour couvrir un large spectre autorisé par la caméra, en visible et proche infrarouge, et je les ai affecté aux couleurs RVB comme ceci : 

• F2: 555 nm => Bleu
• F3: 749 nm => Vert
• F4: 917 nm => Rouge

Loïc a réalisé des compositions RVB – avec alignement des trois couches de couleurs – puis un traitement avec le logiciel Siril, pour chaque image. Le traitement a consisté en un retrait du bruit vert et un étirement de l’histogramme. Pour mettre en évidence les variations de terrain sur la surface de Cérès, l’image « opposition » a subie un traitement de contraste assez poussé. Voici les deux images réalisées par Loïc :

Image « grand tour »

Image « opposition »

Pour la figure imposée, nous avons choisi de présenter l’image « opposition », dont nous avons nous avons aimé le rendu de la variété de la surface de Cérès. L'image est en pièce jointe de cet article.

Les différences au niveau de la surface sont intéressantes, que ce soit en terme de contraste ou en terme de teinte. On voit une zone très bleutée au niveau de certains cratères, dont celui à droite sur l’image, presque sur le limbe. Il y a aussi une zone très blanche au milieu de certains cratères, dont le cratère Occator, en haut à gauche sur l’image. Nous avons fait quelques recherches à ce sujet …

Sur la surface de Cérès, les zones rougeâtres sont riches en composés organiques. La présence de ces matériaux suggère une activité chimique complexe, potentiellement liée à des processus hydrothermaux passés. Les zones présentant des teintes bleues ou verdâtres sont associées à des matériaux récemment exposés, probablement issus d'impacts. Elles réfléchissent davantage la lumière bleue que la lumière rouge, ce qui est interprété comme le résultat de la désiccation de mélanges de phyllosilicates (minéraux silicatés qui se caractérisent par une structure en feuillets ou couches) et de glace d'eau, exposés à la surface après un impact, ce qui renforce l’hypothèse d’un océan souterrain ancien. Ces matériaux, initialement riches en eau, se déshydratent sous l'effet du vide spatial, modifiant ainsi leurs propriétés optiques. ( https://arxiv.org/abs/1701.08550 )

Ces couleurs ne sont pas visibles à l’œil nu. Nous pensons que les reflets verdâtres et rougeâtres subtils (diffus sur l'ensemble) sont certainement des défauts de la composition de l’image révélés par la combinaison des différents filtres.

Les régions sombres de Cérès sont généralement associées à des matériaux riches en carbone, tels que le graphite, le magnétite et des sulfures de nickel-fer. Il est suggéré que le graphite présent sur la surface de Cérès résulte de la graphitisation, un processus par lequel des matériaux riches en carbone sont transformés en graphite sous l'effet de l'exposition au rayonnement ultraviolet et aux rayons cosmiques. Ce processus est une forme d'altération spatiale qui assombrit progressivement la surface au fil du temps. ( https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7823631/ )

Les taches brillantes de Cérès sont composées principalement de carbonates de sodium. Ces dépôts sont le résultat de la remontée de saumures depuis le sous-sol, qui, en s'évaporant, laissent des résidus salins réfléchissants. La présence de ces sels indique une activité géologique relativement récente et suggère que de l'eau liquide a pu exister sous la surface de Cérès dans un passé proche. ( https://science.nasa.gov/missions/dawn/nasa-dawn-reveals-recent-changes-in-ceres-surface/ )

Grâce au thème du concours, nous avons pu apprendre beaucoup de choses sur Cérès. Cela a été intéressant de voir que l’instrument présent sur la sonde DAWN n’est fondamentalement pas différent d’un instrument que nous pouvons utiliser, comme Iris : une lunette ou un télescope, des filtres et une caméra monochrome. Nous n’avons donc pas été perturbé par le traitement des images des archives de la mission.

Nous avons aussi pu participer en groupe à la réalisation de la figure libre. Le travail préparatoire, effectué tous ensemble, nous a permis de voir que, quelques soient notre niveau au lycée ou nos capacités personnelles, nous avons pu travailler sur un projet commun.

"Le lycée Elie Cartan de la Tour-du-Pin remporte la BD QUANTIX remise par DUNOD"