Contribution majeure de l'Observatoire de Paris à SuperCam sur Mars2020

Publié par Redbran le 14/07/2020 à 13:00
Source: Observatoire de Paris
Entre le 30 juillet et le 15 août 2020, la mission Mars2020 de la NASA sera lancée depuis Cap Canaveral et emportera le rover Perseverance à la surface de la planète Mars. Pour ce rover, l'Observatoire de Paris - PSL, à travers son Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :) en astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et...) (LESIA) a développé un spectromètre (Un spectromètre est un appareil de mesure permettant d'étudier de décomposer une quantité observée — un faisceau lumineux en spectroscopie, ou...) infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que celle des...) compact et a joué un rôle clé dans le développement de l'instrument SuperCam.

L'atterrissage (L’atterrissage désigne, au sens étymologique, le fait de rejoindre la terre ferme. Le terme recouvre cependant des notions différentes suivant qu'il est employé dans le...) de Perseverance est prévu pour février 2021, dans le cratère ( Pour le cratère d'origine volcanique, voir Cratère volcanique Pour le cratère d'origine météoritique, voir Cratère d'impact Pour le...) Jezero. Le rover explorera les vestiges géologiques, minéralogiques et chimiques du lac (En limnologie, un lac est une grande étendue d'eau située dans un continent où il suffit que la profondeur, la superficie, ou le volume...) qu'il abritait et des rivières qui l'alimentaient. En étudiant ces vestiges, Perseverance caractérisera l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement...) géochimique qui a vu la naissance du lac, recherchera les traces (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de certification et de notification basé sur internet sous la...) éventuelles de vie (La vie est le nom donné :) passée et prélèvera des échantillons qui pourront être rapportés sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre planètes...) vers 2030. Mars2020 préparera aussi l'exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.) humaine de Mars.


Les instruments de Perseverance
© NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son abréviation NASA, est l'agence gouvernementale responsable du...)

L'instrument SuperCam, nettement reconnaissable à son "oeil", participera activement à l'accomplissement des objectifs scientifiques de la mission.

De conception franco-hispano-américaine, SuperCam se compose de trois modules:
- Le Mast Unit: contribution française, placée en haut du mât (Le mât est un espar vertical (mis à part le beaupré) servant à soutenir les voiles sur un bateau à voiles. De manière générale, c'est un pylône vertical.) de Perseverance, et réalisée par un consortium de laboratoires français emmenés par l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel...) de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par...) en astrophysique et planétologie (La planétologie est la science de l'étude des planètes. La discipline recouvre de nombreuses branches de la science ; son domaine d'étude s'étend des grains microscopiques jusqu'aux planètes géantes gazeuses.) (IRAP), et sous la maîtrise (La maîtrise est un grade ou un diplôme universitaire correspondant au grade ou titre de « maître ». Il existe dans plusieurs pays et correspond à différents niveaux selon ceux-ci.) d'ouvrage du CNES, l'agence spatiale (Une agence spatiale est un organisme d'État ayant pour but d'étudier l'Espace et de développer et gérer des programmes spatiaux) française;
- Le Body Unit: contribution américaine placée dans le corps du rover et développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe...) par le Los Alamos National Laboratory (Etats-Unis);
- Les cibles de calibration: fournies par l'équipe scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes...) et intégrées par l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) de Valladolid (Espagne).

Parmi les sept instruments du rover, SuperCam sera le seul à pouvoir effectuer des mesures au-delà d'un périmètre (Le périmètre d'une figure plane est la longueur du bord de cette figure. Le calcul du périmètre sert par exemple à déterminer la quantité de...) de 2 mètres. Son rôle sera alors crucial pour guider Perseverance en direction des roches à cibler pour être étudiées de près par les instruments de contact, et sur lesquelles seront prélevés des échantillons.

Pour cela, SuperCam intègre plusieurs techniques d'observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête...) à distance:
- Une technique LIBS pulvérise, avec un laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme...), les roches afin d'identifier les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il...).
- Une technique RAMAN excite, avec un laser également, les molécules et minéraux pour déterminer leur nature.
- Une technique analyse la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm...) solaire réfléchie, du visible à l'infrarouge avec deux spectromètres, pour caractériser la minéralogie.
- Une caméra (Le terme caméra est issu du latin : chambre, pour chambre photographique. Il désigne un appareil de prise de vues animées, pour le cinéma, la...) à haute résolution (0,4 mm à 5 m) photographie en couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) les cibles analysées.
- Un microphone (Un microphone (ou plus simplement micro par apocope) est un dispositif de conversion des ondes sonores acoustiques d'un milieu compressible en impulsions électriques....) enregistre les sons autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres...) du rover.En combinant l'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à...) à trois techniques d'analyse spectroscopique, SuperCam déterminera la composition élémentaire des roches ciblées, à savoir: la nature des atomes qui les composent, et la manière dont ceux-ci s'agencent et se regroupent pour former des molécules et minéraux.

SuperCam caractérisera la nature des roches (sédimentaires ou volcaniques), à une échelle de quelques centaines de micromètres à quelques millimètres; et les conditions dans lesquelles elles se sont formées: température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux...), pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) et acidité.

Grâce à son microphone et à son spectromètre infrarouge, SuperCam étudiera également le vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface d'une planète. Les vents les plus violents connus ont...) les poussières et les nuages dans le cratère Jezero; il contribuera à comprendre la météorologie (La météorologie a pour objet l'étude des phénomènes atmosphériques tels que les nuages, les précipitations ou le vent dans...) martienne pour préparer et sécuriser l'exploration humaine de la planète rouge (Planète rouge (Red Planet) est un film américain réalisé par Antony Hoffman, sorti en 2000.).

L'Observatoire de Paris - PSL dans SuperCam

Dans la construction de SuperCam, l'Observatoire de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les confluents de la Marne et de la Seine en...) - PSL a joué un rôle majeur, à travers son Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique - LESIA.

Responsable scientifique du spectromètre infrarouge, le LESIA en a assuré la fourniture, avec la collaboration du Laboratoire atmosphères, milieux, observations spatiales - LATMOS pour les cartes électroniques, et celle de l'Institut d'astrophysique spatial - IAS pour l'étalonnage photométrique.


Spectromètre infrarouge de SuperCam Mast Unit mis au point à l'Observatoire de Paris - PSL.
© Observatoire de Paris - PSL / LESIA

Compact et léger (moins de 400 g), ce spectromètre infrarouge analysera la lumière collectée par le télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant d'augmenter la...) de SuperCam à l'aide d'un cristal (Cristal est un terme usuel pour désigner un solide aux formes régulières, bien que cet usage diffère quelque peu de la définition scientifique de ce...) acousto-optique qui balayera successivement les longueurs d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de...) dans une bande spectrale (En astronomie, une bande spectrale désigne une partie du spectre électromagnétique que laisse passer un filtre standard. Une bande spectrale est ainsi déterminée par son profil de transmission,...) située entre 1,3 µm et 2,6 µm.

Il sera le premier spectromètre infrarouge à être posé à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) de Mars, et suscite en cela de très fortes attentes auprès de la communauté des minéralogistes martiens.

Outre la maîtrise d'oeuvre du spectromètre infrarouge, le LESIA a eu sous sa coresponsabilité (en collaboration avec le Laboratoire d'astrophysique de Bordeaux - LAB) la gestion du Mast Unit; il a eu sous son entière responsabilité les performances instrumentales (ingénierie système), l'architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de...) et les calculs mécaniques ainsi que les campagnes d'essais thermiques pour des équipements et les différents modèles de l'instrument.


SuperCam Mast Unit installé en enceinte thermique à l'Observatoire de Paris - PSL au LESIA pour l'étalonnage infrarouge.
© Observatoire de Paris - PSL / LESIA

Pour l'Observatoire de Paris - PSL, ce voyage (Un voyage est un déplacement effectué vers un point plus ou moins éloigné dans un but personnel (tourisme) ou professionnel (affaires). Le voyage s'est considérablement développé et démocratisé, au cours du XXe siècle avec...) est le deuxième vers Mars. Si l'Observatoire de Paris est déjà en orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) autour de Mars, à bord de la sonde spatiale (Une sonde spatiale est un vaisseau spatial non habité envoyé par l'homme pour étudier à plus ou moins grande distance les corps célestes se trouvant dans le système solaire (planète, lune, comète,...) européenne Mars Express (Mars Express est le nom d'une mission spatiale de l'Agence spatiale européenne (ESA) lancée le 2 juin 2003, qui a pour objectif l'étude de Mars.) depuis 2003, c'est la première fois qu'il déposera un instrument de sa fabrication sur le sol martien (Martien est un nom générique qui désigne plusieurs types de créatures imaginaires censées vivre sur mars. Selon la version la plus répandue, les martiens, également...).
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