Six sondes en orbite, deux rovers en activité… La Terre ne manque pas de moyens d'observation de Mars. Mais la curiosité des scientifiques est insatiable. Samedi, entre 13 heures et 15 heures (heure française), la mission américaine InSight devrait enfin décoller de la base de lancement de Vandenberg, en Californie, à bord d'une fusée Atlas V en direction de la planète rouge avec une arrivée prévue le 26 novembre prochain. À son bord, un atterrisseur bardé d'instruments. Le lancement, programmé d'abord en 2016, avait dû être reporté. Les voyages optimaux vers Mars n'étant possibles que tous les 26 mois, la Nasa a dû patienter avant d'inaugurer cette mission, la 12ème de son programme Discovery destiné à déshabiller "Mars". Cocorico au passage : le principal instrument d'InSight a été élaboré en France.
May the fifth be with you because history is about to be made: As early as May 5, 2018, NASA is set to launch Mars InSight. This week, #10Things to know about the very first mission to study the deep interior of Mars. https://t.co/WCwGD8znRTpic.twitter.com/NnrqRPKpdR
— NASA Solar System (@NASASolarSystem) 30 avril 2018
Lever les mystères sur "l'intérieur" de Mars
Une nouvelle mission martienne ? Sur la planète rouge, ce n'est pourtant pas le nombre de missions en cours qui manquent. Entre autres, Curiosity parcourt inlassablement les sables rouges martiens, prenant la succession d'Opportunity. Mais comme l'explique Philippe Laudet, chef de projet au Cnes (Centre national d'études spatiales), le rôle de ces rovers est de faire seulement "de la chimie de surface". Insuffisant pour connaître l'histoire mouvementée de cette voisine de la Terre.
Aux données de surface et d'atmosphère, il manque celles du sous-sol. Et c'est là justement l'objectif de la mission InSight. C'est ce qu'explique Francis Rocard, responsable du programme au Cnes : cette mission "est un peu à part" par la nature de son travail car elle va s'intéresser "à l'intérieur" de Mars, et notamment à son champ magnétique. Selon les scientifiques, il a bien existé dans le passé. "Des traces au sol à certains endroits" et "des roches qui sont restées magnétisées" sont là pour en témoigner, rapporte Francis Rocard. Le relief de Mars "parle" lui aussi : il y a eu du volcanisme à sa surface mais aussi des rivières.
Depuis, ce champ magnétique s'est éteint car "l'intérieur de Mars s'est refroidi" il y a 3,5 milliards d'années, explique le scientifique sur le site du Cnes. Mars a ensuite perdu son atmosphère, puis s'est progressivement refroidi. Avec InSight, les astrophysiciens veulent donc comprendre comment Mars, d'habitable, est devenu inhabitable avec une température moyenne de -63 degrés.
SEIS, un sismomètre français pour sonder le sous-sol
L'atterrisseur américain sera muni de cinq instruments dont deux caméras afin de mener au mieux sa mission. Le plus important d'entre eux est un sismomètre de fabrication française : Seismic Experiment for Interior Structure (SEIS). En 1975 déjà, les missions américaines Viking avaient embarqué des sismomètres. Mais avec deux échecs à la clef : la première fois, l'appareil n'a pas fonctionné et lors de la tentative suivante, fixé sur l'atterrisseur et perturbé par le vent martien, le sismomètre avait été incapable de mesurer quoi que soit.
La leçon de ces mésaventures a été retenue par le Centre national d'études spatiales, basé à Toulouse, qui a remporté l'appel à idée lancé par la Nasa. SEIS, fruit de quinze années de recherche tricolore, est capable de supporter les conditions extrêmes de la planète rouge tout en mesurant les moindres vibrations du sol. Il pourra aussi sonder le sous-sol martien sur plusieurs mètres. Pendant une année martienne (soit 687 jours terriens), il récoltera des données sur la structure interne : tremblement de terre même minimes, impacts de météorites dans un rayon de 150 km autour du site d'atterrissage. SEIS sera aussi capable de mesurer l'effet des "marées de Phobos" : cette Lune de Mars, par sa force de gravité, déforme subtilement (de l'ordre de quelques millimètres) la forme de Mars quand elle passe à proximité.
Une phase d'atterrissage périlleuse
Si le voyage de la sonde ne devrait pas causer de soucis particuliers aux équipes de la Nasa, la phase d'atterrissage, elle, devrait leur donner de grosses sueurs. La mission européenne ExoMars en témoigne : les derniers kilomètres avant l'arrivée finale sont hautement périlleux. En 2016, elle a en tout cas échoué après le crash de son atterrisseur Schiaparelli.
Le 26 novembre prochain, après s'être séparé de son étage de croisière qui lui aura permis d'effectuer son voyage, l'atterrisseur InSight foncera vers Mars à la vitesse impressionnante de 6,3 kilomètres par seconde. Une fois dans l'atmosphère, InSight déploiera son parachute à 9 km de la surface, puis larguera son bouclier thermique avant de sortir ses trois pieds.
Grâce à un radar, les ingénieurs chercheront alors à en savoir un maximum sur la vitesse et l'altitude. La phase finale consistera pour l'intelligence de bord à commander les rétrofusées pour stabiliser un maximum InSight. Une subtile manœuvre permettra aussi d'éviter à ce que le parachute ne vienne recouvrir Insight au moment où il touche le sol.
Pour autant, les ingénieurs ne seront pas au bout de leur peine. Le principal enjeu sera ensuite de déployer le sismomètre et de le protéger des perturbations de la surface. D'autant plus que l'arrivée d'InSight va correspondre au début de la saison des tempêtes de poussière. Le vent, en faisant bouger l'instrument, pourrait faire croire à tort à des tremblements de terre. La solution ? Le protéger en le recouvrant d'un mini-bouclier. Encore faut-il que ce dernier ne touche pas le sismomètre car les mesures de ce dernier pourrait en être perturbées…
#SEIS, le sismomètre ultra-sensible d' @InSight_IPGP va scruter le coeur de Mars https://t.co/HtbIME8TPApic.twitter.com/ckvPwQ12KD
— CNES (@CNES) 30 avril 2018
Une fois que l'atterrisseur InSight se sera déposé, il déploiera un bras robotisé pour déposer SEIS sur le sol puis son bouclier protecteur. Une caméra permettra aux ingénieurs du Cnes de choisir avec un maximum de précision son emplacement idéal. Le site retenu devrait faciliter la mission : la plaine d'Elysium, proche de l'Équateur, est plate, peu caillouteuse et sans sables mouvants.