L’exploration de Mars s’élabore et se pilote depuis Toulouse

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Terre・Espace

L’exploration de Mars s’élabore et se pilote depuis Toulouse

Mars
© NASA/JPL/USGS

De la sonde Mars Odyssey lancée en 2001 au rover Perseverance arrivé en février dernier, les programmes d’exploration internationaux se succèdent sur la planète rouge, et se complètent. Chaque avancée permet d’élaborer les missions suivantes, et une belle majorité implique les scientifiques toulousains. C’est par exemple le cas de la très attendue mission ExoMars 2022, dont l’un des instruments est co-piloté par l’Institut de recherches en astrophysique et planétologie.

Par Fleur Olagnier, journaliste. Publication de la série Les sciences en apesanteur.

 

« Aujourd’hui, douze véhicules sont en activité sur et autour de Mars, et l’écosystème scientifique toulousain est impliqué dans plus de la moitié d’entre eux ! »

s’enthousiasme d’emblée Sylvestre Maurice, astronome Université Toulouse III - Paul Sabatier à l’Institut de recherches en astrophysique et planétologie (IRAP).

Ces vingt dernières années, huit sondes (ou orbiters) et quatre atterrisseurs (landers) et astromobiles (rovers) avec participation toulousaine ont été lancés par les différentes agences spatiales internationales. « Globalement, c’est la Nasa qui mène le jeu, précise le scientifique, avec les trois orbiters Mars Odyssey (2001), Mars Reconnaissance Orbiter (2005) et Maven (2013), le lander de la mission InSight et les deux rovers Curiosity et Perseverance. »

L’agence spatiale européenne (ESA) a quant à elle envoyé Mars Express en 2003 et le premier segment d’ExoMars en 2016. Les Chinois ont lancé Tianwen-1 et le rover Zhurong (2020), les Indiens leur mission Mangalyaan (2013) et les Emirats-Arabes Unis la sonde spatiale Al-Amal (2020).

« L’ensemble des véhicules martiens couvre une science large, et qui a évolué au cours du temps, décrypte Sylvestre Maurice. On peut distinguer trois grandes thématiques. Les missions lancées de 2000 à 2010 ont pour but la recherche de glace d’eau et la quantification de son abondance à la surface de la planète rouge. La deuxième étape jusqu’en 2020 est orientée sur les preuves de l’habitabilité passée de Mars, et désormais, la dernière génération d’engins s’intéresse directement aux traces de vie passée. Perseverance est pour l’instant le seul et pionnier sur cette thématique. »

 

perseverance
Le rover Perseverance Mars de la NASA revient sur ses traces le 1er juillet 2021 (le 130e sol, ou jour martien, de sa mission), après avoir conduit de manière autonome 358 pieds (109 mètres) – son plus long trajet autonome à ce jour. Un objectif clé de la mission de Persévérance sur Mars est l'astrobiologie, y compris la recherche de signes d'une ancienne vie microbienne. © NASA/JPL-Caltech.

 

Les Toulousains en voyage sur Mars

Le plus impressionnant dans tout ça ? L’écosystème scientifique toulousain occupe une place de choix dans la plupart de ces missions. L’IRAP a par exemple testé le spectromètre gamma de Mars Odyssey et fourni les instruments plasma de Mars Express et Maven. Ses équipes, en partenariat avec l'Observatoire Midi-Pyrénées et les ingénieurs toulousains du CNES, ont également conçu et fabriqué ChemCam (« Chemical Camera » ou « caméra chimique » en français) et SuperCam. Ces deux instruments équipent respectivement les rovers Curiosity et Perseverance actuellement en opérations sur Mars. L'Institut de mécanique des fluides de Toulouse est également impliqué côté science.  

En outre, l’Institut supérieur de l’aéronautique et de l’espace, situé sur le complexe scientifique de Rangueil, a fourni le microphone de SuperCam et prend part à la mission InSight lancée en 2018, avec sa contribution au sismomètre. De plus, l’IRAP a participé au projet chinois et au rover Zhurong, qui possède un double de l’une des cibles de calibration installées sur les deux rovers américains. Et c’est en partie depuis le CNES de Toulouse que sont orchestrées les opérations au sol de Curiosity, Perseverance et InSight.

 

Des liens intergénérationnels

Bien que les agences spatiales soient au départ concurrentes, les différentes missions martiennes internationales forment un ensemble scientifiquement cohérent, dont l’intégralité des données recueillies sont rendues disponibles à toute la communauté.

« Finalement, tout s’imbrique : les sondes Mars Reconnaissance Orbiter et Mars Express ont permis de repérer les sites les plus intéressants pour l’envoi des rovers. Curiosity cherche les traces de la fin de l’habitabilité, tandis que Maven veut expliquer comment l’atmosphère s’est échappée. Or, si l’atmosphère a été ‘arrachée’ par le vent solaire, c’est une conséquence de la perte par la planète de son bouclier magnétique. Et comme le champ magnétique est lié à la structure interne de Mars, cela nous ramène à InSight, qui étudie l’activité géologique passée. Perseverance boucle la boucle avec sa quête des traces de vie. »

insiste Sylvestre Maurice

 

 

Un rover n’en remplace pas un autre

Depuis son arrivée en 2012, l’instrument toulousain ChemCam effectue des tirs laser sur les roches martiennes jusqu’à neuf mètres de distance, dans le but de déterminer leur composition. Au fil des 26,4 kilomètres parcourus par Curiosity, environ 887 000 tirs ont permis d’analyser plus de 3 100 cailloux ! C’est à ce jour la plus grosse statistique géochimique qui existe sur la planète rouge. La découverte la plus importante, réalisée en 2013 par l’ensemble des instruments de la mission Mars Science Laboratory et notamment ChemCam, est sans aucun doute la fameuse habitabilité passée de Mars.

« C’est la présence d’eau liquide douce ni acide ni basique, de chimie organique et de traces de sulfures qui en sont la preuve »

détaille Sylvestre Maurice.

À ce jour, plusieurs centaines d’articles scientifiques ont été publiés sur les trouvailles du rover américain dans des revues à comité de lecture. Un nombre qui va croissant, puisque les opérations continuent.

curiosity
Le rover Curiosity Mars de la NASA a pris ce selfie à un endroit surnommé "Mary Anning" d'après un paléontologue anglais du XIXe siècle. Curiosity a récupéré trois échantillons de roche forée sur ce site alors qu'il sortait de la région de Glen Torridon, qui, selon les scientifiques, était un site où les conditions anciennes auraient été favorables à la vie, si elle avait jamais été présente.© NASA/JPL-Caltech/MSSS.

 

« Curiosity est dans une phase très intéressante depuis six mois, partage Olivier Gasnault, chercheur CNRS à l’IRAP. Ces dernières années, le rover a traversé un terrain géologique assez constant constitué principalement d’argiles. Mais à présent, on passe à un sol riche en sulfates, marqueur d’une planète devenue plus sèche avec des phénomènes d’évaporation. » Les planétologues doivent encore déterminer si cette transition correspond à l'environnement local, ou si elle peut être attribuée à l’ensemble de la planète.

« Ce changement de terrain est un ‘petit renouveau’ pour Curiosity. Et avec Perseverance, tout est nouveau, tout simplement »

complète Olivier Gasnault.

 

Héritage scientifique et technique

Perseverance est arrivé sur Mars le 18 février 2021. Ce petit frère de Curiosity a été conçu par la Nasa sur le même modèle d’astromobile à six roues. Il est de la même façon orné d’un mât, au sommet duquel se trouve l’instrument SuperCam, tout comme ChemCam surmontait Curiosity.« Le rover de Mars 2020 est le plus complexe jamais réalisé pour une mission spatiale et SuperCam peut-être l’instrument le plus élaboré », met en avant Sylvestre Maurice.

Là encore, comme pour le rover lui-même, l’héritage scientifique et technique est précieux, puisque SuperCam fonctionne sur le même principe que son prédécesseur, avec un laser qui tire sur les roches à distance. Les structures mécaniques et électroniques, ainsi que l’architecture optique - la forme des télescopes - ont été conservées. C’est la société Comat, du groupe flourenssois Agora Industries, qui en a été le maître d’œuvre. Elle a notamment travaillé avec les PME toulousaines Mecano ID, MAP coatings, Steel, Microtec, Hirex ou encore Gerac.

Dans la continuité de Curiosity qui a prouvé l’habitabilité passée, l’objectif de Perseverance est la quête de molécules prébiotiques, c’est-à-dire de molécules organiques qui sont de potentielles traces de vie. « Nous parlons bien sûr de vie passée si elle a existé, ou de ses précurseurs », précise Olivier Gasnault. De plus, SuperCam est doté d’un spectromètre Raman, technique de laboratoire utilisée pour la première fois dans l’espace. Cet appareil peut identifier les molécules, contrairement à ChemCam qui ne repérait que les atomes.

« Début septembre, Perseverance a réussi à prélever ses premiers échantillons, qui seront rapportés sur Terre par une mission ultérieure. Ils servent d’ores et déjà à analyser l’environnement du rover »

enchaîne Olivier Gasnault.

Les données abondent ainsi en flux continu, en provenance des véhicules spatiaux les plus récents comme les plus anciens. Mars Odyssey ou Mars Express, en orbite depuis près de 20 ans, nous envoient toujours leurs informations. Des données précieuses donc, qui améliorent notre compréhension de la planète Mars et servent à mieux préparer les missions ultérieures et leurs futurs objectifs scientifiques. 

 

Toujours plus profond

Trois grandes missions martiennes sont actuellement en préparation. Tout d’abord, citons le deuxième segment d’ExoMars qui sera lancé entre août et octobre 2022. Il aura pour objectif de déterminer si le méthane présent sous forme de traces dans l’atmosphère martienne est d’origine biologique. Deux de ses instruments ont une contribution française, dont le spectromètre Raman co-piloté par l’IRAP.

« Le rover Rosalind Franklin d’ExoMars 2022 va forer en profondeur (potentiellement jusqu’à 2 mètres contre 5 cm avec Curiosity, NdlR) pour y prélever des roches préservées de l’oxydation et des rayonnements. Sur place, les échantillons seront concassés, filtrés, tamisés puis analysés notamment par le spectromètre Raman, qui déterminera leur composition minéralogique »

explique Sylvestre Maurice.

L’écosystème toulousain apporte également sa contribution scientifique à la mission Martian Moons Exploration (MMX). Pilotée par le Japon, elle devrait être lancée aux alentours de 2024 avec un objectif inédit : préparer un retour d’échantillons -  la troisième grande mission  - depuis Phobos, le plus gros satellite naturel de Mars.

 

Vers les vols habités

D’autre part, puisque les missions d’aujourd’hui servent à préparer celles de demain, il va de soi d’évoquer les futurs vols habités. « Curiosity a effectué des mesures de radiation précises pour évaluer à quelles intensités de rayonnement seront soumis les explorateurs martiens. Sur Perseverance, l’expérience Moxie a déjà réussi à produire de l’oxygène sur place ! », se réjouit Sylvestre Maurice. Par ailleurs, le petit hélicoptère de Mars 2020 qui à la base devait être utilisé ponctuellement, tourne finalement à plein régime. « Il nous rapporte des images de ce que l’on ne peut pas voir avec les caméras du rover. Cela sert de démonstrateur pour les futures missions dans lesquelles on utilisera deux engins à la fois, un astromobile et un drone plus petit », ajoute Olivier Gasnault.

À quand le premier homme sur Mars ? Rien n’est certain, sauf peut-être une chose, les scientifiques toulousains apporteront, d’une manière ou d’une autre, leur pierre à l’édifice.

 

IRAP : Institut de recherches en astrophysique et planétologie sous tutelle de l’Université Toulouse III – Paul Sabatier, du CNRS et du Centre national d’études spatiales (CNES).