La NASA choisit PRIMA, un télescope infrarouge lointain à un milliard de dollars, pour un lancement en 2033

La NASA va construire un télescope pour étudier les régions les plus froides et les plus poussiéreuses de l'univers. Le 23 septembre 2026, l'agence a retenu PRIMA, la PRobe far-Infrared Mission for Astrophysics, comme première mission d'une nouvelle classe d'observatoires astrophysiques appelée Probe Explorers, et l'a fait passer à l'étape de développement suivante.

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Cette décision place la NASA sur la voie d'un lancement de l'observatoire en 2033 pour une mission prévue de cinq ans. L'agence présente PRIMA comme un pont jeté sur une lacune de sa flotte : un arpenteur de l'infrarouge lointain qui couvre des longueurs d'onde situées entre celles du télescope spatial James Webb et celles des réseaux radio au sol.

« La mission PRIMA est la prochaine fenêtre de l'humanité sur l'univers profond », a déclaré Nicky Fox, administratrice associée de la direction des missions scientifiques de la NASA. « Elle révélera l'obscur au fil du temps cosmique pour mieux comprendre la formation des planètes, des étoiles, des trous noirs, et même l'origine de l'eau sur Terre. »

Un télescope conçu pour fonctionner dans le froid

Le miroir primaire de PRIMA mesure 1,8 mètre de diamètre. L'optique doit être refroidie cryogéniquement à environ 4,5 kelvins, soit près de moins 268 degrés Celsius (moins 451 degrés Fahrenheit). Ars Technica rapporte que les plans focaux des détecteurs à inductance cinétique de la mission seront refroidis davantage, jusqu'à environ 100 millikelvins, ce qui placerait l'observatoire parmi les plus froids jamais envoyés dans l'espace.

Le refroidissement est au cœur de la conception, et non un simple raffinement d'ingénierie. Aux longueurs d'onde de l'infrarouge lointain, une optique chaude émet une lueur vive qui peut noyer les sources faibles. TU Delft, dont des chercheurs travaillent sur les systèmes de détecteurs de PRIMA, décrit la mission comme le premier télescope spatial doté d'un miroir activement refroidi et estime que cette approche le rend entre mille et cent mille fois plus sensible que les télescopes infrarouges lointains antérieurs.

Plutôt que de développer un nouveau cryoréfrigérateur de zéro, PRIMA réutilisera une pièce de rechange laissée par le développement de l'instrument infrarouge moyen de Webb, modifiée pour utiliser de l'hélium 3 comme fluide frigorigène, selon Ars Technica.

Deux instruments portent la science. PRIMAger est un polarimètre imageur conçu pour cartographier de vastes étendues de ciel, et FIRESS un spectromètre à haute résolution destiné à l'étude détaillée de cibles individuelles. Ensemble, ils couvrent des longueurs d'onde de 24 à 235 micromètres. Caltech note que 235 micromètres correspondent à peu près à l'épaisseur de deux feuilles de papier superposées, tandis que 24 micromètres représentent environ un tiers de l'épaisseur d'un cheveu humain. La NASA s'attend à ce que l'observatoire pèse moins de 3,4 tonnes métriques au lancement et opère depuis le point de Lagrange L2 du système Soleil-Terre, à environ 1,5 million de kilomètres de la Terre.

Ce que révèle la lumière infrarouge lointaine

Le rayonnement infrarouge lointain provient de matière froide : poussières froides, gaz, et régions denses où se forment étoiles et planètes. Une grande part de ce signal n'atteint jamais les télescopes optiques au sol, car la poussière obscurcit la vue, ce qui explique que les astronomes réclament depuis longtemps un observatoire spatial dédié à ces longueurs d'onde.

La NASA indique que PRIMA s'attaquera à l'origine des planètes hors du système solaire, à la croissance et à l'évolution des galaxies et de leurs trous noirs au fil de l'histoire cosmique, ainsi qu'à l'accumulation de poussières et d'éléments lourds au cours du temps ; tous ces processus contribuent à l'apparence actuelle de l'univers. Le directeur de la division d'astrophysique de l'agence, Shawn Domagal-Goldman, situe la mission dans une séquence plus longue.

« Une seule mission ne peut pas explorer tous les mystères de l'univers », a-t-il dit. « Mais en étendant aux longueurs d'onde infrarouges lointaines les capacités de relevé de notre flotte avec PRIMA, nous permettons un regard incroyablement complet sur le cosmos. »

Caltech décrit la cible comme l'univers froid et poussiéreux et indique que PRIMA aidera à étudier la formation des étoiles et des systèmes planétaires, à retracer l'évolution des galaxies et à caractériser la composition des atmosphères d'exoplanètes et des corps du système solaire. Jonas Zmuidzinas, le physicien de Caltech dont les travaux sous-tendent les détecteurs de la mission, résume simplement l'ampleur du gain espéré.

« PRIMA représente quelque chose de rare en astronomie : dans cette bande de longueurs d'onde peu explorée, l'infrarouge lointain, nous avons la possibilité de faire un bond de sensibilité d'environ un facteur mille », a-t-il dit. « C'est très rare. »

Les détecteurs eux-mêmes remontent à 1999, lorsque Zmuidzinas et l'ingénieur du JPL Rick LeDuc ont mis au point l'utilisation de matériaux supraconducteurs pour détecter la lumière infrarouge lointaine, selon Caltech. Cette même technologie, connue sous le nom de détecteurs à inductance cinétique, constitue aujourd'hui la base des caméras et du spectromètre de la mission.

L'infrarouge lointain est aussi un angle mort. Faute d'observatoire de ce type en service aujourd'hui, les astronomes ont perdu l'accès courant à des longueurs d'onde qui tracent l'eau et d'autres molécules dans les nuages de formation d'étoiles, la lueur des poussières froides dans les galaxies lointaines, et les champs magnétiques qui parcourent les nuages s'effondrant en étoiles. Ars Technica note que PRIMA est conçu pour s'appuyer sur les découvertes du télescope spatial Herschel de l'Agence spatiale européenne, qui a offert aux chercheurs un nouvel éclairage sur le rôle de l'eau dans la formation des étoiles et des planètes. La NASA décrit la nouvelle mission comme un instrument de relevé en profondeur, plutôt que comme un visiteur de quelques cibles.

Qui construit PRIMA

Le Jet Propulsion Laboratory de la NASA, dans le sud de la Californie, dirigera la mission. Caltech, qui exploite le JPL pour le compte de la NASA, indique que le laboratoire pilotera l'architecture de la mission, l'ingénierie des systèmes et l'intégration du vaisseau et de la charge utile. Le centre de vols spatiaux Goddard, dans le Maryland, et le centre de vols spatiaux Marshall, en Alabama, sont partenaires, et l'IPAC de Caltech servira de centre scientifique de la mission, chargé de recevoir, traiter et archiver les données et de planifier le temps d'observation.

La mission comporte aussi un ensemble de contributions internationales. La NASA cite le CNES français, l'ASI italienne, le DLR allemand, l'Agence spatiale canadienne, le KASI coréen avec la KASA, la JAXA japonaise et l'Agence spatiale britannique. L'Institut Max-Planck d'astronomie, en Allemagne, fournit un matériel optomécanique essentiel : deux miroirs d'orientation de faisceau à contrôle actif, un par instrument, ainsi que l'électronique de commande, selon la Société Max-Planck.

« Nous sommes fiers que, grâce à notre expertise, l'MPIA contribue une nouvelle fois à un télescope spatial révolutionnaire de la NASA, désormais retenu pour l'étape de développement suivante », a déclaré Oliver Krause, qui dirige le groupe d'astronomie spatiale infrarouge de l'institut et est co-chercheur de PRIMA.

Thomas Henning, directeur émérite de l'MPIA et autre co-chercheur, a déclaré que l'accès aux observations de l'institut faisait partie de l'attrait. « PRIMA fournira des observations précieuses pour plusieurs domaines de recherche clés de notre institut, comme la formation des planètes et des étoiles, auxquelles nous pourrons accéder grâce à nos contributions matérielles proposées », a-t-il dit.

Une fois l'observatoire opérationnel, environ 75 % de son temps d'observation sera ouvert à la communauté astronomique au sens large, sur évaluation par les pairs, selon Caltech. L'équipe a déjà recueilli près de 200 idées d'utilisation des données auprès de plus de 400 astronomes.

Pourquoi la NASA a créé une nouvelle classe de missions

PRIMA est le premier élément de la ligne Probe Explorers, une catégorie que la NASA a créée sur la recommandation de l'enquête décennale d'astrophysique de 2020, « Pathways to Discovery in Astronomy and Astrophysics for the 2020s ». L'idée était de combler l'espace entre les missions relativement bon marché de la classe Explorer et les observatoires phares comme le télescope spatial Nancy Grace Roman, dont Ars Technica indique qu'il coûte environ 4,3 milliards de dollars.

Cet échelon intermédiaire fait débat depuis des années, et PRIMA n'est pas issue d'un plateau très disputé. La compétition remonte à octobre 2024, lorsque la NASA a retenu PRIMA et l'Advanced X-ray Imaging Satellite, ou AXIS, pour des études de concept de douze mois d'une valeur de 5 millions de dollars chacune, en annonçant son intention d'en sélectionner une pour la construction en 2026. À l'époque, la NASA décrivait PRIMA comme un télescope de 1,8 mètre destiné à combler l'écart entre Webb et les observatoires radio, et nommait Jason Glenn, du centre Goddard de la NASA, comme chercheur principal. AXIS a été disqualifiée en mars 2026 après que son étude de concept a dépassé le budget d'environ 10 % et n'a pas respecté le calendrier exigé, selon Science. Son chercheur principal, Christopher Reynolds, de l'université du Maryland, a imputé l'issue à la direction de l'agence, affirmant que la mission avait été victime de perturbations programmatiques à Goddard.

Le coût attendu de PRIMA a évolué en sens inverse. L'annonce de la NASA en 2024 fixait un plafond de 1 milliard de dollars par mission Probe Explorer ; le chiffre actuel est de 1,2 milliard de dollars, hors lancement et autres coûts non liés au projet.

Cette sélection intervient alors que le budget scientifique de la NASA subit des pressions politiques et que l'agence pèse des ambitions bien plus vastes. La NASA mène des études préliminaires pour l'Observatoire des mondes habitables, un projet phare prévu pour les années 2040 dont Ars Technica indique que les premières estimations de coût avoisinent 11 milliards de dollars. Domagal-Goldman a déclaré que l'agence espérait tirer les leçons de Roman, lancé dans les délais et le budget, pour garder les futurs projets phares sous un contrôle plus strict.

Ce qui reste à faire

L'annonce ne constitue pas un engagement définitif à construire le matériel de vol. PRIMA doit franchir un examen de confirmation avant que la NASA n'approuve sa réalisation, et le prestataire de lancement n'a pas été choisi. La date de 2033 est un objectif, et les propres formulations de la NASA laissent la place à des changements de calendrier et de coût.

Pour les astronomes, la question pratique est de savoir si un observatoire infrarouge lointain peut enfin atteindre l'orbite après une longue interruption. La NASA n'exploite aujourd'hui aucun télescope spatial infrarouge lointain. Le télescope Herschel de l'Agence spatiale européenne, qui a ouvert la voie à une grande partie de la science que PRIMA doit prolonger, a été mis à la retraite en 2013, et le télescope spatial Spitzer, qui travaillait à des longueurs d'onde infrarouges plus courtes, a été arrêté en 2020.

Si PRIMA franchit ses examens, elle rouvrirait une fenêtre close depuis plus d'une décennie, et l'un des derniers angles morts de l'astronomie. Les promesses de sensibilité de la mission, son calendrier et son coût final seront tous mis à l'épreuve avant que le télescope n'atteigne L2. D'ici là, le lancement de 2033 est un projet, pas une garantie.

Image de couverture : une vue d'artiste de l'observatoire PRIMA de la NASA. Image : NASA/JPL-Caltech.