PRIMA : le télescope qui comble le vide entre Webb et ALMA

Une classe de missions qui n'existait pas

Le communiqué de la NASA, publié le mercredi 23 septembre 2026, tient en une phrase simple : PRIMA avance au stade suivant de son développement. Derrière cette formule administrative se cache une décision de fond. La mission devient la toute première d'une catégorie nouvelle, les Probe Explorers, inscrite dans le programme Explorers qui a lancé plus de cent missions depuis 1958.

Pour comprendre l'enjeu, il faut voir l'astrophysique américaine comme une gamme d'appareils à trois échelles. En bas, les missions Explorer, petites, rapides et bon marché, à l'image de SPHEREx, qui cartographie le ciel entier. En haut, les grands observatoires, ou flagships, comme le James Webb et le Nancy Grace Roman, capables de tout mais très coûteux. Entre les deux, il manquait un échelon intermédiaire, plus ambitieux qu'une Explorer mais plus contenu qu'un flagship.

C'est précisément ce que recommande Astro2020, le rapport décennal publié en 2021 par l'académie des sciences américaine. Ce type de document fixe tous les dix ans les priorités de l'astronomie outre-Atlantique, et il proposait de créer cette classe intermédiaire. La NASA l'a fait, puis a départagé les projets candidats sur trois critères : la valeur scientifique, la faisabilité technique et budgétaire, et la capacité à préparer les missions plus grosses de demain.

Concrètement, PRIMA passe maintenant en phase B. Dans le vocabulaire des ingénieurs, ces phases découpent la vie d'un projet comme les étapes d'un chantier : d'abord l'esquisse, puis les plans détaillés, ensuite la construction, enfin les essais. La phase B correspond aux plans détaillés et à la mise au point des technologies. Le projet devra ensuite passer une revue de confirmation, un examen qui vérifie que les performances, le calendrier et le budget tiennent la route, avant d'être autorisé à entrer en réalisation.

Le pilotage revient au Jet Propulsion Laboratory, en Californie, qui a conçu et opère déjà de nombreuses missions infrarouges. Les centres Goddard et Marshall de la NASA apportent leur expertise, et sept partenaires internationaux sont associés au projet : les agences française (CNES), italienne (ASI), allemande (DLR), canadienne (CSA), britannique, l'institut coréen KASI et l'agence japonaise JAXA. Un projet à cette échelle se construit rarement seul.

Pourquoi l'infrarouge lointain était un angle mort

Venons-en à la raison d'être de PRIMA. La lumière que nous voyons occupe une toute petite portion du spectre, entre 0,4 et 0,7 micromètre, un micromètre valant un millième de millimètre. Juste au-delà commencent les infrarouges, plus longs, que l'œil ne perçoit plus. Le James Webb travaille dans cette zone, d'environ 0,6 à 28 micromètres. Plus loin encore, à partir de quelques centaines de micromètres, entrent en scène les radiotélescopes comme ALMA.

Entre les deux subsiste un intervalle mal couvert, l'infrarouge lointain, de 24 à 235 micromètres. Pour donner un ordre de grandeur, 24 micromètres représentent environ un tiers de l'épaisseur d'un cheveu, et 235 micromètres à peu près l'épaisseur de deux feuilles de papier superposées. Depuis la fin de la mission européenne Herschel, en 2013, aucun observatoire spatial n'exploitait cette bande comme sa raison d'être. C'est ce vide que PRIMA vient combler.

Cette bande est précieuse pour une raison simple. Les objets les plus froids de l'univers, poussières glaciales, nuages moléculaires, disques où se forment les planètes, émettent principalement dans l'infrarouge lointain. Leur lumière ne perce pas l'atmosphère terrestre, qui absorbe ces longueurs d'onde à cause de la vapeur d'eau. Il faut donc observer depuis l'espace. Le problème, c'est que tout instrument tiède brille lui-même dans l'infrarouge et masque les signaux faibles.

D'où la solution de PRIMA : refroidir le télescope. Son miroir de 1,8 m, entièrement en aluminium, descend à 4,5 K, soit environ -269 °C, à quatre degrés seulement du zéro absolu, la température plancher de l'univers (-273 °C). L'image est celle d'un photographe qui voudrait saisir une bougie dans une pièce : dans une salle éclairée par des projecteurs, la flamme disparaît. Dans le noir, elle devient évidente. Le froid de PRIMA éteint les projecteurs.

Deux instruments se partageront le travail. Le premier, PRIMAger, est un imageur qui photographie de larges portions de ciel sur 24 à 235 micromètres et mesure la polarisation de la lumière, c'est-à-dire l'orientation dans laquelle ses vibrations sont dirigées. Le second, FIRESS, est un spectromètre : il décompose la lumière reçue en ses longueurs d'onde pour identifier les molécules présentes, un peu comme un prisme sépare les couleurs d'un arc-en-ciel. Les deux s'appuient sur des détecteurs supraconducteurs, les KID, refroidis à 0,1 K et répartis sur environ 12 000 pixels, contre quelques milliers seulement sur les missions infrarouges spatiales précédentes.

Ce que PRIMA doit découvrir

Une fois en orbite autour du point de Lagrange L2, à 1,5 million de kilomètres derrière la Terre, PRIMA travaillera sur trois grandes questions, celles qui ont motivé sa sélection.

La première concerne la naissance des planètes et de leurs atmosphères. Autour des jeunes étoiles, la matière s'aplatit en un disque de gaz et de poussière où se forment les planètes. PRIMA mesurera la composition de ces disques, en particulier la présence d'eau et de molécules carbonées, pour comprendre d'où vient l'air que respirent les planètes. Il traquera aussi le rapport entre deux formes d'hydrogène dans les comètes, l'hydrogène ordinaire et son cousin lourd, le deutérium. Ce rapport est une empreinte : il dit si l'eau des comètes ressemble à celle des océans terrestres. Les estimations du projet suggèrent qu'une campagne de 1 200 heures suffirait à mesurer ce rapport sur un ensemble représentatif de comètes.

La deuxième question porte sur la croissance des galaxies et des trous noirs supermassifs qui nichent en leur centre. Les deux semblent grandir de concert, sans que l'on sache qui entraîne l'autre, ni comment les trous noirs freinent parfois la formation des étoiles. PRIMA remontera le temps jusqu'à une époque où l'univers avait environ un quart de son âge actuel, une période où ces monstres engloutissaient le plus de matière.

La troisième concerne la poussière et les éléments lourds, que les astronomes rangent sous le nom de métaux, tout ce qui est plus lourd que l'hélium. Fabriqués dans les étoiles puis dispersés dans l'espace, ils constituent la matière première des planètes et de la vie. PRIMA mesurera comment ils se sont accumulés dans les galaxies, depuis les toutes premières jusqu'à la nôtre.

Les capacités de la mission dépassent ces trois axes. En polarimétrie, PRIMA cartographiera les champs magnétiques des nuages galactiques, ces régions où les nuages de gaz s'effondrent pour donner naissance à des étoiles. Et la sensibilité des relevés change d'échelle : selon la fiche du projet, PRIMA pourrait balayer le ciel entier cent fois plus profondément que les missions IRAS et Akari, pour un temps d'observation de 5 000 heures. Une partie du temps, 75 %, sera mise à disposition de la communauté scientifique internationale par appel à propositions, comme cela se fait sur Hubble et Webb. Le reste sera consacré aux programmes de l'équipe scientifique de la mission.

Le calendrier, lui, reste à écrire

Prudence sur les dates. Le communiqué de la NASA du 23 septembre 2026 annonce un lancement visé en 2033. La page du centre scientifique IPAC, mise à jour plus tôt, mentionne encore 2032. À ce stade, un décalage d'une seule année est courant, et l'écart entre les deux documents rappelle que le calendrier d'une mission en phase d'étude reste une cible, pas une promesse.

Nicky Fox, directrice associée chargée des sciences à la NASA, résume l'ambition du projet : « PRIMA est la prochaine fenêtre de l'humanité sur l'univers profond. Elle dévoilera ce qui restait caché à travers l'histoire cosmique, pour mieux comprendre la formation des planètes, des étoiles, des trous noirs, et même comment l'eau est apparue sur Terre. »

Shawn Domagal-Goldman, directeur de la division d'astrophysique de la NASA, replace la décision dans son contexte : « Une seule mission ne peut pas percer tous les mystères de l'univers. Mais en étendant les capacités de relevé de notre flotte jusqu'aux longueurs d'onde de l'infrarouge lointain avec PRIMA, nous rendons possible un regard incroyablement complet sur le cosmos. » Il ajoute que la NASA veut garder ce rythme et ouvrir la prochaine décennie avec PRIMA.

Il faudra attendre la fin de la phase B et la revue de confirmation pour savoir si la mission tient son budget et ses délais. D'ici là, une chose est déjà acquise : la NASA a ouvert un échelon intermédiaire dans sa gamme de télescopes spatiaux, et PRIMA en sera le premier habitant.

Pour aller plus loin

• Les missions qui encadrent PRIMA dans la gamme : le grand observatoire James Webb, dont l'infrarouge s'arrête avant cette bande, le Nancy Grace Roman pour les relevés à grand champ, et la mission légère SPHEREx.
• Les notions clés pour suivre le dossier : l'infrarouge, qui traverse la poussière et révèle les objets froids, le télescope spatial, à l'abri de l'atmosphère, et les trous noirs supermassifs que PRIMA suivra dans les galaxies.
• Pour observer vous-même les cibles que PRIMA étudiera, comme les galaxies et les nébuleuses de poussière, la carte du ciel interactive et le guide d'observation sont là pour ça. La galerie d'astrophotographies montre ce que des amateurs capturent de ces mêmes objets.
• Les sources officielles : le communiqué de la NASA sur la sélection de PRIMA, la présentation de l'observatoire PRIMA par l'IPAC et la note de Caltech sur le rôle du JPL et de l'IPAC.