Ce que Mars ne nous a pas encore dit

Le prochain Mardi de l'espace du CNES est consacré à la mission spatiale InSight et à son sismomètre de haute précision SEIS, conçu par l'IPGP et le CNES pour ausculter la planète rouge

Avant que celle-ci ne soit survolée pour la première fois en 1964 par la sonde américaine Mariner 4, on savait très peu de choses de la planète Mars. La découverte d'un monde aride et froid n'a pas diminué le temps et l'argent consacré à la recherche de vie ou de traces de vie sur la planète. Malgré la quarantaine de sondes parties en destination de Mars, la mission américaine InSight devrait être la première à informer précisément les planétologues sur sa structure géologique, témoin de toute son histoire. Pour en discuter, le CNES a invité Philippe Lognonné, professeur à l’Université Paris Diderot et planétologue à l'Institut de Physique du Globe de Paris, et Francis Rocard, responsable des programmes d'exploration du système solaire au CNES. Rendez-vous le 17 jun à 19h30 au Café du Pont-Neuf à Paris. 

Avant que celle-ci ne soit survolée pour la première fois en 1964 par la sonde américaine Mariner 4, on savait très peu de choses de la planète Mars. La découverte d'un monde aride et froid n'a pas diminué le temps et les efforts consacrés à la recherche de vie ou de traces de vie sur la planète. Malgré la quarantaine de sondes parties en destination de Mars (et seulement 16 succès), la mission américaine InSight devrait être la première à nous informer sur sa structure interne, témoin de toute son histoire. Pour en discuter, le CNES a invité Philippe Lognonnéprofesseur à l’Université Paris Diderot et planétologue à l'Institut de Physique du Globe de Paris, et Francis Rocard, responsable des programmes d'exploration du système solaire au CNES. Rendez-vous le 17 jun à 19h30 au Café du Pont-Neuf à Paris. 

This article also exists in English:  The Tales that Mars Still Has to Tell

Mars est très proche de la Terre

Depuis la fin du 19e siècle et grâce à l'observation de ses satellites Phobos et Déimos, on connaît la masse de Mars. Depuis 1997 et la sonde Pathfinder, on en sait davantage sur sa rotation. Mais comme nous l'explique Francis Rocard, responsable des programmes d'exploration du système solaire au CNES : « On dispose de très peu d'informations sur la composition interne de la planète. Il existe bien des modèles, basés notamment sur l'étude des champs gravitationnel et magnétique, mais c'est encore approximatif.» Les instruments de la sonde InSight seront ainsi en mesure de définir avec un degré de précision inégalée les caractéristiques géologiques telles que l'épaisseur de la croûte martienne, le diamètre et la composition du manteau et du noyau, ainsi que l'activité sismique.

Tout comme Vénus, Mercure ou la Terre, Mars est une planète tellurique, ou rocheuse. Étudier la structure interne de Mars pourrait permettre d'en savoir plus sur la formation de ses voisines, et notamment de notre planète. « C'est l'objet de la planétologie comparée, rappelle Francis Rocard. Il s'agit de comprendre pourquoi ces planètes qui se sont formées à partir des mêmes matériaux sont si différentes aujourd'hui. » La Terre est par exemple la seule planète tellurique du système solaire qui connaît actuellement un mécanisme de tectonique des plaques, un fait majeur qui conditionne notamment la vitesse à laquelle la planète se refroidit. Rien ne permet d'affirmer à l'heure actuelle si Mars a connu un tel phénomène géologique.

Or, pour le planétologue Philippe Lognonné de l'IPGP, la géologie donne une partie des réponses à la question de la vie martienne : « Dans la vie d'une planète, il existe une fenêtre entre 0°C et 100°C de température à la surface qui est très favorable à l'apparition et au développement de la vie. Il est donc crucial de connaître l'histoire géologique d'une planète pour savoir quand cette fenêtre a été atteinte, et combien de temps elle a duré. » Les planètes sont des corps chauds entourés du froid et du vide spatial : celles-ci perdent donc de la chaleur inexorablement. Comme Mars est plus petite que la Terre, elle s'est refroidie plus vite. « Mars a eu une activité géologique conséquente pendant 500 millions d'années, précise Philippe Lognonné. Par la suite il y au un arrêt très rapide de l’activité volcanique. » C'est aujourd’hui un désert froid et sec, mais on sait que de l'eau liquide a coulé à sa surface, et que la planète possédait probablement une atmosphère plus dense, ainsi qu'un champ magnétique global : Mars préfigure le destin à venir de la Terre.

 

Des instruments de haute précision


Insight : un sismomètre dans la tourmente par  CNES

Le sismomètre SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure) est l'instrument principal embarqué dans la sonde InSight, qui a remporté haut la main l'appel d'offre de la Nasa. Fourni par le CNES avec la participation de l'Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) et d'autres laboratoires internationaux, le sismomètre permet de mesurer de secousses d'une magnitude supérieure à 4,5 en tout point de la surface de Mars. L'étude de la propagation des ondes sismiques, liées à l'activité géologique comme aux chutes de météorites, devrait renseigner sur la composition interne de la planète.

Un autre instrument appelé HP³ (Heat Flow and Physical Properties Package), développé par l'agence spatiale allemande, permettra à la sonde de mesurer les flu de chaleur de la planète jusqu'à 5 mètres de profondeur dans le sol martien pendant deux ans. « C'est comme chercher la puissance d'un moteur, explique Philippe Lognonné, on mesure la vitesse à laquelle la planète perd de la chaleur. »

La principale difficulté de la technologie spatiale est de produire des instruments à la fois très pointus et capables de résister aux conditions extrêmes de leur transport ainsi que de l'environnement d'arrivée. Pour SEIS, le défi était donc le suivant : réaliser un appareil capable de ressentir les plus faibles secousses, mais qui puisse être protégé des chocs et des vibrations lors du voyage interplanétaire. Posé à même le sol par le bras robotique de la sonde, prévu à cet effet et muni d'une caméra, SEIS devra ensuite être recouvert d'un bouclier de protection développé par le Jet Propulsion Laboratory. Le sismomètre sera en effet exposé aux vents hostiles et à une variation de température de forte amplitude (jusqu'à 20°C et -120°C la nuit).

 

Enfin un sismomètre sur la planète rouge ?


source : CNES

L'exploration spatiale est une entreprise à risque. Si tout se passe comme prévu lors de la mission InSight, un sismomètre fonctionnel sera pour la première fois en mesure d'informer les scientifiques sur ce qui se passe à l'intérieur de la planète. Ce n'est pourtant pas faute d'avoir essayé plus tôt. Premier d'une série de déconvenues, l’échec le plus probant reste celui des deux sondes Viking envoyées par la NASA sur la planète rouge en 1976. Sur Viking I, l'appareil ne s'est jamais allumé. Sur Viking II, le sismomètre était fixé sur l’atterrisseur : « Tout ce qu'on a pu mesurer, c'est le vent martien » explique Francis Rocard. Si la force des vents sur la planète était auparavant méconnue, ce ne fut définitivement plus le cas après la mission Viking. On comprend mieux pourquoi le sismomètre d'InSight doit être déposé directement sur le sol de Mars.

Si le CNES coopère avec la NASA, c’est que SEIS est le fruit d'une longue maturation. L'effort renouvelé dans l'étude sismologique de Mars remonte au milieu des années 1990 avec la sonde russe Mars96, qui emportait un sismomètre mais n'a malheureusement jamais atteint son objectif suite à un dysfonctionnement du lanceur. Dévolu aujourd’hui à la mission InSight, SEIS avait d'abord été pensé dans le cadre du projet Netlander, développé par le CNES et des partenaires européens et américains entre 1998 et 2003, puis abandonné en raison de son coût trop élevé. Le programme prévoyait d'envoyer quatre sondes, qui auraient constitué un réseau de capteurs : en croisant les données de plusieurs sismomètres, on obtient des mesures de meilleure qualité. « Après la perte de Mars96, on a voulu passer à l'étape supérieure et établir ce réseau avec Netlander, explique Philippe Lognonné. On revient à plus de modestie avec InSight. »

Ce n'est pas une nouveauté, les programmes spatiaux coûtent cher, et la sismologie n'est pas un objectif prioritaire : « Le principal objectif des agences spatiales concernant la planète Mars reste de chercher des tracs de vie martienne. La géologie ne nous informe que de manière indirecte à ce sujet » confirme Francis Rocard. La mission InSight fait ainsi partie du programme Discovery de la Nasa, d'où ses caractéristiques : budget fixe et efficacité maximum. La sonde réutilise par exemple le modèle d’atterrisseur Phoenix, qui s'est posé avec succès sur Mars en 2008. SEIS était l'année dernière à un état de conception déjà avancé. Pour la sismologie, on peut dire que la patience a payé.

Le sismomètre SEIS doit être livré vers la fin de l'année, et le décollage de la fusée Atlas V transportant la sonde est prévu pour mars 2016. Après un voyage de six mois, l'atterrisseur devrait se poser dans la région volcanique d'Elysium Planitita, non loin de là où le rover Curiosity a foulé le sol martien en août 2012. La mission InSight est donc bien partie pour constituer une première dans l'exploration de la planète rouge : collecter pour la première fois des indices indispensables à la compréhension de la géologie martienne et contribuer ainsi à une meilleure connaissance de la formation des planètes telluriques comme la Terre. Le CNES, le Bar des sciences et MyScienceWork vous invitent à venir débattre et discuter de sismologie martienne le 17 juin prochain 19h30 au Café du Pont Neuf ou via le hashtag #CnesTweetUp.