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A la découverte de l’instrument SuperCam de la mission Mars 2020
A la découverte de l’instrument SuperCam de la mission Mars 2020
© NASA / JPL – Caltech

| Gilles Dawidowicz et Pierre-François Mouriaux 1010 mots

A la découverte de l’instrument SuperCam de la mission Mars 2020

L’astromobile Perseverance, arrivée le 18 février sur la planète Mars, comporte un instrument franco-américain qui doit entrer en service le 1er mars. Nous avons interrogé à son sujet André Debus, chef de projet de la mission au Cnes.

Pouvez-vous nous présenter SuperCam ?

« SuperCam est l’instrument conçu et construit en partenariat avec la France, parmi les sept instruments embarqués sur la mission Mars 2020 de la Nasa, qui s’est posée le 18 février dans le cratère Jezero de Mars. L’objectif principal est de rechercher des biosignatures (traces chimiques ou minérales laissées par des formes de vie primitives), et d’aider à identifier les échantillons les plus intéressants à collecter. Ces échantillons sont destinés à être rapportés sur Terre lors des futures missions dans le cadre de la mission MSR (Mars Sample Return), en cours de développement – un partenariat entre la Nasa et l’Agence spatiale européenne.

En réalité, SuperCam réunit cinq instruments distincts en un seul, à savoir trois spectromètres, un imageur couleur et un microphone. Ces instruments sont répartis sur deux unités, le MU (Mast Unit), situé en haut du mât du robot mobile, et le BU (Body Unit), situé à l’intérieur du robot.

Tout d’abord, le spectromètre LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy – Spectroscopie sur plasma induit par laser), va servir à déterminer la composition élémentaire des roches étudiées, jusqu’à 7 m de distance. Un laser infrarouge chauffera des cibles de 1 mm de diamètre, jusqu’à 8 000°C, et le plasma induit, en se refroidissant, réémettra du rayonnement dans le spectre visible et ultraviolet à des longueurs d’onde caractéristiques, permettant d’identifier les atomes qui le forment.

Deux autres spectromètres sont ensuite dédiés à l’analyse minéralogique et organique. Un premier spectromètre utilisera un laser qui émet une lumière monochromatique verte jusqu’à 12 m de distance. Celui-ci illuminera les minéraux en faisant vibrer les molécules (une méthode régulièrement utilisée en archéologie), qui réémettront des raies (longueur d’onde) de lumière visible et ultraviolette caractéristiques. Cela permettra d’identifier minéraux et composés organiques (spectrométrie Raman et de fluorescence). Le second spectromètre analysera à distance (jusqu’à plusieurs kilomètres) la lumière solaire réfléchie sur le sol et les rochers dans le domaine visible et proche infrarouge (spectrométrie par réflectance), pour également identifier minéraux et composés organiques, avec une sensibilité moindre mais à plus grande échelle. Les deux instruments donneront des informations sur la manière dont la roche visée s’est formée, si elle contient de l’eau, si elle est restée longtemps immergée, à quelle vitesse elle s’est déshydratée, etc. L’imageur couleur permettra d’avoir des images haute résolution des roches analysées en spectrométrie pour en étudier le contexte et aidera à l’interprétation des spectres.

Il y a enfin un micro embarqué sur SuperCam, qui va enregistrer le bruit d’impact produit par le laser du LIBS sur les roches visées, et qui donnera des indications entre autres sur leur dureté et leur porosité. Il permettra par ailleurs d’écouter le vent sur Mars et les sons produits par les mouvements de l’astromobile. »

 

Combien pèse SuperCam et comment est-il alimenté ?

« L’ensemble instrumental SuperCam pèse environ 10,6 kg, à savoir 5,6 kg pour le MU et 4,8 kg pour le BU, auxquels s’ajoute une cible de calibration de 0,2 kg. La consommation est légèrement inférieure à 18 Watts. La source de puissance électrique de Perseverance est fournie par un générateur isotopique appelé MMRTG (Multi Mission Radioisotopic Thermoelectrical Generator), produisant 110 Watts en début de vie. Ce type de générateur est utilisé depuis longtemps pour les missions dont l’efficacité des panneaux solaires est réduite. C’est le cas des missions d’exploration lointaines (au-delà de la ceinture d’astéroïde) ou des missions de longue durée durant lesquelles les panneaux peuvent progressivement se recouvrir de poussière, comme sur Mars. En l’occurrence, le MMRTG de Perseverance pèse 45 kg, et embarque 4,8 kg d’oxyde de plutonium. La mission primaire du robot doit durer 1,5 année martienne, soit 24 mois. »

 

Quelle est la filiation entre SuperCam et ChemCam ?

« SuperCam est une version nettement améliorée de l’instrument ChemCam, qui intégrait un spectromètre LIBS et un imageur noir et blanc, qui a été installé et fonctionne encore sur l’astromobile américain Curiosity. Celui-ci arpente depuis août 2012 les environs du cratère Gale de Mars et, à ce jour, plus de 820 000 tirs lasers ont été réalisés par le LIBS de ChemCam. »

 

A quand remonte le projet ?

« Grâce à l’expérience acquise avec ChemCam, les choses sont allées cette fois relativement vite. Nous avons été sélectionnés en 2014 (parmi 85 propositions françaises), et nous avons pu livrer l’instrument de vol au JPL le 12 juin 2019. Le lancement de la sonde a eu lieu depuis Cape Canaveral en Floride le 30 juillet 2020. »

 

Quels sont les principaux acteurs du projet ?

« La construction de SuperCam a vraiment été répartie de manière équitable entre la France et les Etats-Unis, à 50/50. Le Cnes est le maître d’ouvrage de la contribution française constituée principalement des équipements localisés dans le MU. La maitrise d’œuvre a été confiée à l’Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP) à Toulouse en partenariat avec le Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (LESIA) à Paris, le Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (LATMOS) à Guyancourt, le Laboratoire d'astrophysique de Bordeaux (LAB), l’Observatoire Midi-Pyrénées (OMP) de Toulouse et l’Institut supérieur de l’aéronautique et de l’espace (ISAE) à Toulouse (qui a fourni le micro). A noter que plus d’une dizaine d’autres laboratoires du CNRS-INSU (Institut National des Sciences de l’Univers) participeront à l’expertise scientifique. La contribution américaine, à savoir principalement les équipements intégrés dans le BU, est fournie par le LANL (Los Alamos National Laboratory) qui est également le responsable scientifique de SuperCam (PI, ou Prime Investigator). L’Université de Valladolid en Espagne a fourni la cible de calibration intégrant 36 pastilles de minéraux. »

 

Quelle a été implication industrielle côté français ?

« Côté français, durant six ans, le projet SuperCam a mobilisé plus de 250 personnes, à avoir environ 200 au Cnes et dans les laboratoires et plus de 50 dans l’industrie réparties au sein de dix-sept PME. Parmi elles et pour les principales, le laser a été fourni par Thales LAS à Elancourt, les fabrications mécaniques par la Comat à Toulouse et les fabrications électroniques par Steel Electronique à Martres-Tolosane, Matra Electronique à La Croix-Saint-Ouen et 3D plus à Buc pour l’imageur. En termes de coûts, cela représente environ 40 millions d’euro, divisés en parts égales entre les frais de personnel et le matériel. »

 

Propos recueillis par Gilles Dawidowicz (Société Astronomique de France) et Pierre-François Mouriaux

 

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