Dans deux jours, le rover Perseverance et le drone Ingenuity vont passer l’épreuve du feu. Si tout se passe comme prévu, jeudi soir ils seront à la surface de Mars, parés pour débuter les opérations scientifiques, et notamment chercher des traces de vies avec l’instrument français SuperCam.

Depuis quelques semaines, Mars est le théâtre d’une agitation importante. Après les sondes chinoise et émiratie, c’est maintenant au tour de la NASA d’entrer en piste avec Mars 2020. Son objectif est de larguer un atterrisseur sur la surface de la planète rouge, avec le rover Perseverance à bord. La France est fortement impliquée dans cette mission, notamment via l’instrument SuperCam.

Elle comprend quatre objectifs principaux, comme le rappelle l’Observatoire de Paris : poursuivre l’exploration géologique de ses prédécesseurs (Spirit, Opportunity et Curiosity), chercher des traces de vie, prélever des échantillons et enfin préparer l’exploration humaine.

Avant d’en arriver là, les scientifiques et le rover vont devoir passer par les « sept minutes de terreur » que représentent la descente. « Plus de mille personnes ont travaillé dur pendant presque dix ans pour préparer cette mission, et c’est en seulement sept minutes que tout se joue », explique Eric Lorigny, responsable des opérations. Les Français par exemple se sont fait une belle frayeur en 2018 (nous y reviendrons). Cette étape clé est donc le point d’orgue d’une mission qui a décollé il y a sept mois (juillet 2020).

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La procédure d’atterrissage est entièrement automatisée

En l’espace de quelques minutes seulement, l’avenir de la mission va se jouer : « c’est le temps nécessaire à la sonde spatiale pour atterrir sur Mars à partir de son entrée dans l’atmosphère. Durant cette phase critique, encore appelée EDL (pour Entry, Descent and Landing), aucune assistance humaine n’est possible », tout se fait via l’ordinateur de bord qui est le seul à prendre des décisions.

Eric Lorigny insiste : « La moindre erreur d’angle d’entrée, d’estimation de vitesse ou de télécommande qui ne se déclenche pas au bon moment, et tout déraille ». Un message envoyé par la sonde mettrait au moins trois minutes à arriver sur Terre (lorsque les deux planètes sont au plus proche l’une de lautre), puis à nouveau trois minutes dans le sens inverse. Envoyer un ordre en réaction à un événement prendrait donc au moins six minutes, autant dire qu’un tel délai de réponse est totalement inutile. 

La procédure est la suivante : dix minutes avant d’entrer dans l’atmosphère, le module larguera son étage de croisière qui l’a transporté jusqu’à Mars. Dans les 90 premières secondes de la phase de descente, la sonde atteindra son pic de température et de décélération, puis elle larguera son parachute au bout de quatre minutes.

Au moment de toucher le sol, la vitesse sera passée de plus de 20 000 km/h à moins de 3 km/h seulement. L’atterrissage est prévu vers 21h55 (heure de Paris) ce jeudi 18 février… en espérant que Perseverance ne finisse pas comme Schiaparelli, la sonde d’ExoMars 2016 de l’Agence spatiale européenne. La NASA n’en est pour rappel pas à son coup d’essai pour poser des rovers sur la planète rouge, loin de là.

Pour résumer, les principales opérations de l’atterrissage sont les suivantes : « Rentrée atmosphérique pilotée, descente sous parachute supersonique, descente propulsée, séparation de l’étage de descente, déploiement des roues du rover, contact au sol… ».

Plusieurs instituts seront en direct jeudi soir afin de vivre cet événement au plus près de Mars, en voici quelqu’un :

• Direct de l’Observatoire de Paris à partir de 19 h
• Direct du CNES et CNRS à partir de 19h45
• Direct de la NASA à partir de 20h15

À la découverte du cratère Jezero

Perseverance ne doit pas se poser n’importe où, le rover doit atterrir dans le cratère Jezero d’environ 45 km de diamètre. « C’est comme demander à Mbappé de marquer un but à plus de 160 000 km des cages », explique le CNES. Pour réussir son entrée, la sonde doit passer à travers une petite lucarne bien précise dans l’atmosphère, et avec un angle très précis : « un degré de plus et l’engin qui arrive à plus de 20 000 km/h se détruit. Un degré de moins et il rebondit sur l’atmosphère et se perd dans l’espace ».

Il est âgé de plus de 3,5 milliards d’années et « aurait abrité un lac qui s’est rempli et vidé au moins deux fois », une zone au fort potentiel pour cette mission. « Les couches de sédiments sont favorables à la préservation de traces d’une forme de vie, si elle s’y est développée. Après avoir exploré le delta formé lors de l’assèchement du lac, Perseverance se dirigera vers les vestiges d’anciens rivages ».

Les nouveautés de Perseverance et SuperCam

Le rover embarque sept instruments scientifiques, dont SuperCam construit en partenariat avec plusieurs laboratoires français, et notamment ceux du CNES, du CNRS et des universités françaises. Nous avons déjà longuement détaillé les caractéristiques techniques de SuperCam, qui est une version améliorée de ChemCam du rover Curiosity.

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« La fréquence du laser est doublée : de rouge on est passé à vert. On ne va pas exploser la roche, mais simplement exciter les molécules », expliquait Sylvestre Maurice en 2018. Cette technique n’a jamais été utilisée sur Mars affirme Thales (le fabricant du laser), et « permettra de pister d’éventuels marqueurs de la vie ».

Le CNES détaille brièvement les cinq fonctions « son et lumière » du SuperCam :

• La spectrométrie Raman identifie des molécules et des structures minérales après excitation par un faisceau laser vert (532 nm).
• La spectroscopie LIBS détermine la composition chimique élémentaire par ablation laser (faisceau infrarouge à 1064 nm) et génération d'un plasma brillant.
• MIC : un microphone aide à la caractérisation de la dureté des roches, en enregistrant l'onde acoustique émise par le signal LIBS. Il enregistre aussi divers phénomènes atmosphériques et les bruits du rover.
• La spectroscopie Visible-Infrarouge (VISIR) analyse la lumière solaire réfléchie par les roches.
• La caméra couleur fournit une image détaillée des roches analysées et de leur environnement proche.

LIBS et Raman ont une portée de sept mètres, tandis que « l’infrarouge et la caméra portent jusqu’à l’horizon », expliquait le CNES. Début 2018, Philippe Caïs, ingénieur de recherche CNRS au LAB de Bordeaux et chef de projet SuperCam Mast Unit (la partie française dans le mât), expliquait que capter les sons environnants avec un micro avait déjà été tenté par deux fois, mais s'était soldé par deux échecs. 

Le développement de SuperCam n’a pas été un long fleuve tranquille, loin de là même. Dans le Journal du CNRS, Pernelle Bernardi (ingénieure système et responsable des spécifications et des performances de SuperCam) revient sur cette étape et plus particulièrement sur un incident d‘octobre 2018, soit deux ans avant le lancement.

« Un incident technique détruit la moitié de l’instrument de vol lors d’une dernière opération nécessitant un passage en étuve pour accélérer la polymérisation d’un collage. Et pour cause : le télescope et ses équipements (laser, caméra, spectroscope infrarouge) voient alors des températures qui grimpent jusqu’à 250 °C, bien au-delà de l’acceptable... », explique le Centre national de la recherche scientifique. 

« L’équipe a dû repartir de zéro ! », se souvient la responsable, alors que la livraison aux Américains était prévue pour quelques semaines plus tard seulement. Comme on peut s’en douter puisque le décollage à bien eu lieu comme prévu, une solution a été trouvée : « en plus de remplacer la pièce détruite en seulement six mois, les Français créent l’exploit d’améliorer ses performances ». 

Depuis son lancement, SuperCam a déjà été allumé à deux reprises – les 19 octobre et 12 novembre – afin de « vérifier que l’instrument avait bien vécu le lancement ». Bonne nouvelle : « toutes les données sont conformes », affirme Pernelle Bernardi. Bien évidemment, de nouveaux tests sont prévus après l’atterrissage. 

Préparer des échantillons, sans les contaminer

Comme nous l’expliquions en introduction, une des missions de Perseverance est de « collecter et stocker des échantillons de roches martiennes dans des conteneurs ultrapropres, stériles et hermétiquement scellés ». Avec la mission Mars 2020, il n’est pas prévu de les récupérer : ce sera le rôle « d’autres missions du programme Mars Sample Return (MSR) », mené conjointement par la NASA et l’ESA. L’horizon 2031 est pour le moment visé pour cette opération de récupération.

Comme le reste de la mission, les conteneurs avec les échantillons sont conformes aux recommandations de protection planétaire du COSPAR : « Perseverance a été biologiquement décontaminé pour préserver la planète Mars de toute contamination biologique. Le niveau de propreté atteint évite de détecter, dans les échantillons, des traces chimiques de vie terrestre qui pourraient être prises pour les traces d’une forme de vie martienne (faux positifs) ».

Un drone va essayer de voler sur Mars

En bonus, Perseverance emporte Ingenuity : « un drone hélicoptère capable de voler sur plusieurs centaines de mètres et qui pourra l’aider pour sa navigation », explique la NASA. Ce sera la première fois qu’un tel engin volant sera envoyé sur la planète rouge. Il dispose d’une caméra pour cartographier les alentours de Perseverance. Il lui envoie les images, puis le rover les transmet à son tour à la Terre.

Cette expérience est « distincte » du rover de Mars 2020. Il dispose de « quatre pales fabriquées en fibre de carbone, disposées en deux rotors qui tournent dans des directions opposées à environ 2 400 tours/minutes – beaucoup plus rapides qu’un hélicoptère sur Terre ».

La NASA rappelle qu’il s’agit d’une « démonstration technologique » afin de tester le vol en conditions réelles sur Mars. Si elle est concluante, d’autres drones pourraient être prévus pour les prochaines missions d’exploration des objets du Système solaire. Ce genre d’engins permettrait aussi d’avoir une vision intermédiaire, à mi-distance entre les sondes en orbite à plusieurs centaines de kilomètres d’altitude et les rover cloués au sol.