Deux instruments développés par la France, embarqués par le robot Curiosity sur Mars


Fig 1-Curiosity
La mission martienne Mars Science Laboratory (MSL) a été lancée par la NASA le 26 novembre 2011. Elle consiste en un robot (“rover”), rebaptisé Curiosity (fig. 1), qui s’est posé avec succès à la surface de Mars, dans le cratère Gale, le 6 août 2012. Son objectif est de rechercher si un environnement favorable à la vie a pu exister sur Mars, en analysant la géologie et la composition minéralogique d’échantillons pris en surface ou sous la surface. Curiosity étudiera aussi la météorologie martienne et le flux de radiation reçu à la surface.

L’instrumentation, nettement plus sophistiquée que dans les missions précédentes, comprend des laboratoires d’analyse des composants solides (pyrolyse, chromatographie en phase gazeuse, spectrométrie de masse, analyse par laser pulsé, spectromètre à rayons X…). La durée de vie prévue est d’une année martienne, soit environ 2 ans.

Parmi les 10 instruments embarqués dans Curiosity, deux expériences ont été préparées par des laboratoires français en partenariat avec le CNES.

Pour le CNES et ses partenaires, l'implication française est double. Il s'est agit de participer à la conception et à la réalisation technique de deux instruments embarqués, ChemCam et SAM, et de procéder aux opérations à la surface de Mars en temps réel. L'agence spatiale française assure la maîtrise d'ouvrage de la contribution française à MSL. Scientifiques et ingénieurs pilotent ensemble ChemCam et SAM, en particulier depuis un centre de mission basé au centre du CNES à Toulouse, le FIMOC.

Fig 2-Chemcam
ChemCam (fig. 2) est un instrument d’analyse élémentaire à distance des roches et des sols martiens situés entre 2 et 9 mètres autour du rover. Il utilise la technique d’analyse spectroscopique induite par ablation laser (LIBS) : un laser pulsé de puissance (1 GW/cm2) tire sur une cible, ce qui provoque la fusion du matériau et l’apparition d’un plasma que l’on détecte à distance en spectroscopie UV-visible (250-850 nm). L’instrument est aussi doté d’une caméra qui fournit une image à haute résolution de l’échantillon.

L’expérience Chemcam est placée sous la responsabilité scientifique du Los Alamos National Laboratory aux USA et la coresponsabilité de l'Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie à l'Observatoire Midi-Pyrénées à Toulouse (IRAP, CNRS/ Université Paul Sabatier).

La suite instrumentale Sample Analysis at Mars (SAM), placée sous la responsabilité du centre NASA Goddard Space Flight Center, comporte trois instruments : (i) un spectromètre de masse, (ii) un spectroscope à absorption laser accordable et (iii) un chromatographe en phase gazeuse (SAM-GC, fig. 3). Ce dernier a été fourni par les laboratoires français LATMOS (UMR 8190) et LISA (UMR 7583) de l’Institut Pierre Simon Laplace, qui en assurent la responsabilité scientifique. Les objectifs de SAM se divisent en trois volets principaux : la quête de molécules organiques (molécules nécessaires à la vie, telle que nous la connaissons), y compris le méthane, la quête de l’eau, et la quête des isotopes et des oxydants. Pour cela, il réalisera des analyses des roches, du sol et de l'atmosphère. Deux types de traitements seront appliqués aux échantillons, à savoir un chauffage progressif depuis la température ambiante (~ 0°C) jusqu’à environ 1100°C, et un traitement chimique, qui doivent permettre à des molécules organiques importantes, mais non volatiles, de pouvoir être vaporisées et analysées par la suite instrumentale.
Fig 3-SAM-GC
L’utilisation en amont du chromatographe en phase gazeuse permet de séparer les composés présents dans le mélange gazeux et de les injecter individuellement dans le spectromètre de masse : ainsi, l’identification des molécules est possible et fortement facilitée. Le chromatographe permet également l’analyse des énantiomères (molécules dissymétriques en composition et en structure chimique, mais qui sont l’image l’une de l’autre au travers d’un miroir) : en effet, les molécules qui constituent le code génétique du vivant (tel que nous le connaissons) n’utilisent qu’une seule des deux formes énantiomériques (droite ou gauche).

Lors d’une conférence de presse présentée le 3 décembre 2012, la NASA a annoncé que tous les instruments du robot Curiosity fonctionnent de manière satisfaisante, mais qu’ils n’ont pas encore détecté de matière organique.


Pour en savoir plus :
Sur le déroulement de la mission : http://marsprogram.jpl.nasa.gov/msl/
Sur l’instrument ChemCam : http://www.msl-chemcam.com
Sur la suite instrumentale SAM : http://ssed.gsfc.nasa.gov/sam/

Voir aussi sur dailymotion.com la vidéo de vulgarisation de l’expérience SAM réalisée par le LATMOS et le CNRS.

Figure 1. Le rover Curiosity, image reconstituée à partir d’images prises par la caméra MAHLI, située au bout du bras de forage. © NASA.
Figure 2. Le fonctionnement de l’instrument ChemCam. © CEA.
Figure 3. Le chromatographe en phase gazeuse de l’expérience SAM. © CNES.

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