La comète 67P/Churyumov-Gerasimenko, photographiée
à 285 km de distance par la sonde Rosetta.

La comète 67P/Churyumov-Gerasimenko constitue l'un des objets les plus étudiés de la science planétaire contemporaine. Son intérêt scientifique tient à la fois à ses caractéristiques physiques singulières, à son appartenance à la famille des comètes à courte période et surtout à l'exploration' in situ réalisée par la mission européenne Rosetta. Cette mission a profondément renouvelé la compréhension des comètes en permettant, pour la première fois, l'observation prolongée et détaillée du noyau d'une comète au cours de son approche du Soleil, ainsi que le déploiement d'un atterrisseur à sa surface. 67P/Churyumov-Gerasimenko apparaît ainsi comme un objet privilégié pour étudier les premiers stades de la formation du Système solaire, l'évolution des petits corps et le rôle potentiel des comètes dans l'histoire chimique de la Terre. Son étude révèle un corps à la fois ancien, complexe et dynamique, dont l'apparente simplicité de "boule de glace et de poussière" est largement dépassée par les données recueillies au cours de la mission Rosetta.

La comète 67P/Churyumov-Gerasimenko a été découverte le 20 septembre 1969 par les astronomes Klim Ivanovitch Churyumov et Svetlana Ivanovna Gerasimenko. La découverte a été réalisée à l'observatoire d'Alma-Ata, au Kazakhstan, lors de l'examen de photographies prises dans le cadre d'une recherche consacrée à la comète 32P/Comas Solà. Churyumov identifia sur les clichés un objet qui semblait se situer à proximité de cette dernière comète. L'analyse ultérieure montra qu'il s'agissait en réalité d'un nouvel objet cométaire. La comète reçut alors le nom de ses deux découvreurs, conformément aux conventions de nomenclature astronomique. Son appellation 67P indique qu'elle est la 67^e comète périodique numérotée. Le terme  périodique signifie que son orbite est suffisamment bien déterminée et que son retour près du Soleil est prévisible. Cette caractéristique la distingue des comètes à longue période ou des objets apparaissant pour la première fois dans les régions internes du Système solaire.

67P/Churyumov-Gerasimenko accomplit une révolution autour du Soleil en environ 6,45 années. Son orbite est elliptique et son périhélie, c'est-à-dire le point de l'orbite le plus proche du Soleil, se situe à environ 1,24 unité astronomique. L'aphélie, en revanche, se trouve bien au-delà de l'orbite de la Terre, dans une région proche de l'environnement orbital de Jupiter. La dynamique de la comète est fortement influencée par les interactions gravitationnelles avec les planètes géantes, en particulier Jupiter. Ces perturbations peuvent modifier progressivement les paramètres orbitaux d'une comète et la faire passer d'une orbite très éloignée à une trajectoire plus proche du Soleil. Dans le cas de 67P, son orbite actuelle est probablement le résultat d'une évolution dynamique complexe au cours de laquelle des rencontres gravitationnelles ont modifié sa trajectoire. La comète appartient ainsi à une population d'objets dont l'histoire orbitale est étroitement liée à la structure gravitationnelle du Système solaire.

L'intérêt fondamental de 67P réside dans son origine. Les comètes sont généralement considérées comme des vestiges relativement peu transformés de la formation du Système solaire, il y a environ 4,6 milliards d'années. Dans le disque protoplanétaire qui entourait le jeune Soleil, la matière s'est progressivement agrégée pour former des corps de tailles croissantes. Les régions froides et externes du disque ont permis la condensation de glaces d'eau et de diverses espèces volatiles, tandis que les grains minéraux et les composés carbonés se sont incorporés à ces matériaux. Les comètes sont donc susceptibles de conserver une partie de la composition et de la structure de la matière primitive qui a participé à la formation des planètes. Toutefois, cette idée doit être nuancée. Une comète n'est pas un échantillon parfaitement intact de la nébuleuse solaire : son passage répété près du Soleil entraîne des transformations physiques et chimiques importantes. 67P est donc à la fois un objet ancien et un corps soumis à une évolution active.

Les observations de Rosetta ont montré que le noyau de 67P possède une forme particulièrement spectaculaire. L'objet est constitué de deux lobes principaux reliés par une région étroite, couramment décrite comme un "cou". Cette morphologie rappelle visuellement un canard ou un corps bilobé. La longueur totale du noyau est d'environ 4,1 kilomètres, tandis que sa largeur maximale atteint approximativement 4,3 kilomètres selon les dimensions considérées. La forme de la comète n'est pas une simple conséquence de l'érosion actuelle. Les données recueillies par Rosetta ont fortement alimenté l'hypothèse selon laquelle 67P pourrait être un corps de contact, résultant de la réunion très lente de deux petits corps cométaires formés séparément dans le Système solaire primitif. La faible vitesse de leur collision aurait permis aux deux noyaux de rester globalement préservés. Cette interprétation est particulièrement importante pour les modèles de formation planétésimale, car elle suggère que certains corps primitifs ont pu se constituer par une accrétion très douce plutôt que par des collisions violentes.

La densité moyenne du noyau de 67P est faible, de l'ordre de 500 kilogrammes par mètre cube. Cette valeur indique que la comète possède une structure très poreuse. Son intérieur ne correspond donc pas à un bloc compact de glace et de roche. La porosité est un élément essentiel de sa nature physique : elle témoigne de la présence de nombreux espaces vides entre les particules constitutives du matériau. La structure interne de la comète est ainsi comparable, sur certains aspects, à un agrégat très faiblement compacté. Les études de la mission Rosetta ont également suggéré que la comète présente une stratification et une organisation interne complexes. La question de savoir si les deux lobes possèdent une structure interne similaire ou s'ils ont des histoires distinctes a constitué un enjeu majeur de l'interprétation des données. Les résultats tendent à montrer que la comète conserve des traces de son processus de formation, mais que ces traces ont été partiellement modifiées par son évolution ultérieure.

La surface de 67P est extrêmement sombre. Son albédo, c'est-à-dire la fraction de lumière solaire réfléchie par la surface, est très faible. La comète absorbe donc une grande partie du rayonnement solaire qu'elle reçoit. Cette apparence sombre est liée à la présence de matériaux carbonés et de poussières. La surface présente une diversité remarquable de terrains, de textures et de structures géologiques. Les images de Rosetta ont révélé des falaises, des dépressions, des plaines couvertes de poussière, des zones accidentées et des formations associées à l'activité cométaire. Certaines régions semblent relativement lisses, tandis que d'autres présentent un relief très marqué. La surface est également parcourue de fractures et de structures résultant probablement de contraintes mécaniques et de l'évolution thermique du noyau.

La comète contient de la glace d'eau, mais également une grande diversité de molécules volatiles et de composés organiques. Les instruments de Rosetta ont notamment détecté de la vapeur d'eau, du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone et plusieurs molécules carbonées. Parmi les composés organiques identifiés figurent des espèces relativement complexes pour un objet de cette nature. La découverte de ces composés montre que des éléments constitutifs de la chimie prébiotique pouvaient être présents dans les petits corps du Système solaire primitif.

La détection de molécules telles que la glycine, un acide aminé, a suscité un intérêt particulier. La glycine est une molécule importante dans les processus biologiques terrestres. Sa présence montre que certains composés associés à la chimie du vivant peuvent se former ou être préservés dans des environnements cosmiques. La détection de phosphore dans le matériau cométaire est également significative, car cet élément joue un rôle fondamental dans la biochimie terrestre. Ces résultats ont renforcé l'idée selon laquelle les comètes ont pu contribuer à la complexification chimique de la matière présente dans les régions internes du Système solaire. La question de leur rôle dans l'apport d'eau et de molécules organiques sur la Terre reste cependant complexe et ne peut être résolue par l'étude d'une seule comète.

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Une des premières images de la surface de 67P/Churyumov-Gerasimenko
transmises, le 13novembre 2014, par l'atterrisseur Philae.
Sources :  ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team; MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA; 
et ESA/Rosetta/Philae/CIVA.

L'analyse isotopique de la vapeur d'eau a montré que le rapport entre le deutérium et l'hydrogène est nettement supérieur à celui mesuré dans l'eau terrestre. Cette différence suggère que les comètes de la famille de 67P ne peuvent probablement pas être considérées comme la principale source de l'eau des océans terrestres. Il convient toutefois d'éviter une conclusion trop générale. Les comètes présentent une diversité chimique importante et toutes ne possèdent pas nécessairement le même rapport isotopique. De plus, l'origine de l'eau terrestre résulte probablement d'un ensemble de processus impliquant différents types de corps planétaires. L'étude de 67P a donc surtout permis de complexifier le débat scientifique sur l'origine de l'eau terrestre en fournissant une contrainte observationnelle majeure.

La dynamique de l'activité cométaire de 67P est étroitement liée à son rapprochement du Soleil. Lorsque la comète se trouve dans les régions froides du Système solaire, ses glaces restent relativement stables. À mesure qu'elle s'approche du Soleil, l'augmentation du rayonnement solaire provoque le réchauffement de la surface et des couches proches de celle-ci. Certaines glaces passent directement de l'état solide à l'état gazeux par sublimation. Ce phénomène libère des gaz qui entraînent avec eux des particules de poussière. Il se forme alors autour du noyau une atmosphère temporaire appelée coma. La coma de 67P peut atteindre une extension considérable et devient de plus en plus dense à mesure que l'activité augmente.

L'interaction entre la coma et le vent solaire produit la chevelure et la queue cométaires observables à distance. La queue de poussière est composée de particules entraînées par la pression du rayonnement solaire et par la dynamique de la coma. Une seconde structure, la queue ionique, est liée à l'interaction entre les gaz ionisés de la comète et le vent solaire. Ces structures sont orientées selon des mécanismes physiques différents et ne correspondent pas simplement à une traînée laissée derrière la comète sur son orbite. L'étude de 67P a permis d'observer directement la manière dont l'activité se développe et évolue en fonction de la distance au Soleil. Rosetta a ainsi fourni une véritable chronologie de l'activation progressive du noyau.

Rosetta a observé des jets de gaz et de poussière provenant de régions localisées. Ces jets peuvent apparaître de manière intermittente ou devenir particulièrement intenses lors de certaines phases de l'approche du Soleil. Leur origine est liée à la sublimation de matériaux volatils présents sous ou à proximité de la surface. Lorsque des cavités ou des zones fragilisées s'effondrent, elles peuvent exposer de nouvelles surfaces à la lumière solaire et provoquer une augmentation soudaine de l'activité. Certaines éruptions ont été suffisamment importantes pour modifier localement la morphologie de la comète. L'observation de ces phénomènes a profondément transformé la représentation des comètes, désormais considérées comme des objets géologiquement actifs.
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L'étude de 67P/Churyumov-Gerasimenko a permis de remettre en question plusieurs représentations traditionnelles des comètes. Avant Rosetta, celles-ci étaient souvent envisagées comme des noyaux relativement homogènes, dont l'activité résultait principalement de la sublimation de glaces. Les observations de 67P montrent au contraire une diversité de terrains, une évolution géologique complexe et une organisation interne probablement liée à son histoire de formation. La comète apparaît comme un système dynamique dans lequel interagissent la chaleur solaire, les glaces, les poussières, les gaz et la structure du noyau.

67P fournit également des informations essentielles sur les mécanismes d'accrétion des petits corps. Sa forme bilobée et sa faible densité sont compatibles avec une formation progressive par agrégation de matériaux primitifs. Ces résultats contribuent à l'élaboration de modèles plus réalistes de la naissance des planétésimaux, c'est-à-dire des petits corps qui ont constitué les briques élémentaires des planètes. L'étude de 67P permet donc de relier directement l'observation d'un objet actuel à des processus qui se sont déroulés il y a plusieurs milliards d'années.