Oxia Planum est l'un des deux sites choisis pour y poser ExoMars 2020 (anciennement ExoMars 2018). Cette mission des agences spatiales Européenne et russe doit rechercher des traces de vie martiennes éteintes, voire en activité. © ESA, DLR, FU Berlin, Nasa MGS Mola Science Team

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ExoMars 2020 : quels sont les deux sites d'atterrissage sélectionnés par l'ESA ?

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Par Rémy Decourt, Futura

En juillet 2020, le rover ExoMars 2020 sera lancé à destination de la planète Mars où il se posera huit mois plus tard. Soit sur Oxia Planum, une vaste plaine datant de 4 milliards d'années, soit, à quelques centaines de kilomètres de là, dans Mawrth Vallis, un grand chenal d'écoulement, avec d'épaisses couches de sédiments sur les plateaux autour. Frances Westall, une des responsables du comité de sélection du site d'atterrissage de la mission nous explique les raisons de la sélection de ce dernier.

  • L'ESA a sélectionné un deuxième site d'atterrissage pour le rover ExoMars 2020
  • Riche en argile, le site de Mawrth Vallis a pu conserver des traces de vies apparues il y a 4 milliards d'années
  • Malgré le grand intérêt scientifique du site, Mawrth Vallis pose des contraintes pour l'atterrissage

Au terme d'un processus de plusieurs années, l'Agence spatiale européenne (ESA) a finalement retenu deux sites d'atterrissages potentiels pour le rover ExoMars 2020 (initialement ExoMars 2018). Après Oxia Planum, sélectionné en octobre 2015, Mawrth Vallis vient de s'ajouter. Ces deux sites ont été préférés à Aram Dorsum et Hypanis Vallis, également en compétition. La sélection définitive du site interviendra entre six et douze mois avant le lancement. 

Comme l'explique Jorge Vargo, le responsable scientifique de la mission ExoMars à l'ESA, « Mawrth Vallis intéresse les scientifiques depuis longtemps ». À l'instar d'Oxia Planum, ce site date d'une époque où l'eau était abondante sur Mars et la vie apparaissait sur Terre. Il y a donc un « fort sentiment que si la vie a jamais existé sur Mars, ces deux sites d'atterrissages pourraient être le genre d'endroit qui conserverait des indices et des preuves de sa présence ». Si Mawrth Vallis est sélectionné, ce sera « la première fois qu'un rover se pose sur un site aussi ancien ». Les scientifiques auront accès à des dépôts si vieux qu'ils les « renseigneront sur l'état de la planète et les conditions qui y régnaient seulement quelques millions d'années après sa formation », avant que l'environnement de la planète ait subi une forte dégradation avec des conséquences néfastes pour l'évolution de la vie, « probablement restée à un stade très primitif ».

Mosaïque d’images couvrant 330.000 km² acquises par la sonde Mars Express. Mawrth Vallis est au centre. On est ici à la frontière des terres élevées du Sud et des basses terres du Nord, comme dans la zone d’Oxia Planum. À droite, carte topographique de la région avec, en rouge, les points les plus hauts et en bleu, les plus bas. © ESA, DLR, FU Berlin

Une région riche en argile et de grand intérêt

Du point de vue scientifique, Mawrth Vallis présente des « zones riches en argile et en minéraux très divers qui suggèrent la présence d'eau sur plusieurs centaines de millions d'années », nous explique Frances Westall, une des responsables du comité de sélection du site d'atterrissage. Cela dit, si ces argiles se forment généralement sur Terre via une érosion lente des roches par de l'eau liquide, dans Mawrth Vallis, « on ne sait pas comment ces formations géologiques se sont créées, mais la diversité de composition des argiles laisse à penser à une formation dans des conditions environnementales différentes ». Le processus « lié à l'action de l'eau liquide (lits de rivières asséchées, deltas, anciens lacs, paludes...) a sans doute été similaire sur Mars, mais il n'a pas nécessairement eu lieu en surface ».

Malgré cette incertitude sur l'histoire de leur formation, il y a de très grands intérêts à les étudier. « On sait que la matière organique se fixe sur ces argiles et avec ExoMars 2020 on souhaite en découvrir ». Bien que les instruments du rover ne sont pas suffisamment puissants pour observer des fossiles de microorganismes, « il sera néanmoins possible de voir des colonies sous forme de taches particulièrement noires ». C'est surtout « des traces organiques qui seront cherchées ». L'idée est d'analyser la matière organique en « essayant de déterminer sa composition moléculaire et une structuration dans les molécules organiques qui donneraient des indications biogéniques ».

Quant au sous-sol de Mawrth Vallis qu'ExoMars 2020 devra forer jusqu'à deux mètres de profondeur, « c'est la plus grande incertitude ». Malgré les satellites en orbite autour de Mars qui sont capables de donner des informations sur la morphologie, la minéralogie, « mais seulement des premiers micromètres » et la géomorphologie du site, « afin de comprendre le contexte géologique », il n'est pas possible aujourd'hui de dire avec « exactitude comment est la situation quelques mètres sous la surface. On peut seulement l'estimer ».

Atterrir au bon endroit

En raison de la largeur de l'ellipse d'atterrissage, le « choix de Mawrth Vallis a des inconvénients ». Il faut savoir que l'Agence spatiale russe, qui assurera l'atterrissage du rover, annonce une « ellipse d'incertitude pour le point de poser longue de 180 km et large de 19 kilomètres », bien moins précise que la Nasa qui « garantit un atterrissage à l'intérieur d'une zone de seulement 20 kilomètres ». Or, à l'intérieur de l'ellipse d'atterrissage de Mawrth Vallis, « la moitié du site est recouvert d'une couche de matériau volcanique ». C'est certes intéressant du point de vue de l'histoire géologique martienne mais d'un intérêt plus limité pour la recherche de la vie. Le faible rayon d’activité du rover, de 3 à 10 kilomètres, fait craindre aux scientifiques qu'il « ne pourrait pas s'extraire d'une telle zone afin de rejoindre un site d'intérêt scientifique plus grand ». 

Le choix de ce site d'atterrissage ne sera pas simple. « L'endroit doit non seulement convenir à l'équipe scientifique mais surtout aux ingénieurs et contrôleurs en charge de l'atterrisseur et du rover », il n'est pas toujours possible de se « poser là où on le souhaiterait ». En effet, de nombreux paramètres sont à prendre en compte « liés à l'ingénierie du rover et à sa mobilité » à la surface, comme la latitude, la pente, la rugosité du terrain et son altitude. Compte tenu de la faible densité de l'atmosphère martienne, il faut atterrir sur un site de basse altitude pour que l'atterrisseur ait le temps de freiner avant son atterrissage. Enfin, pour que les instruments puissent fonctionner, le site doit être proche de l'équateur, où les températures sont plus clémentes (la température moyenne de Mars est de - 70 °C). « Autrement dit, un lieu intéressant d'un point de vue scientifique peut ne pas être compatible avec des contraintes techniques. » Et ce sont les ingénieurs du rover qui auront le dernier mot.

Pour en savoir plus

Le rover ExoMars 2018 atterrira-t-il sur Oxia Planum ?

Article de Rémy Decourt publié le 26 octobre 2015

La sonde ExoMars 2018 se posera sur Oxia Planum, une vaste plaine datant de 4 milliards d'années - l'époque où l'eau était abondante sur Mars et où la vie apparaissait sur Terre. Cathy Quantin-Nataf, qui dirige l'équipe ayant proposé ce site, nous explique pourquoi il réunit toutes les conditions pour découvrir de la matière organique...

ExoMars et ses 300 kg est une mission conjointe de l'Agence spatiale européenne (Esa) et l'agence spatiale russe, qui doit atterrir sur Mars au début de l'année 2019 et y travailler 218 jours martiens. Armé d’un foret qui peut sonder jusqu'à deux mètres, le rover est conçu pour rechercher la matière organique qui aurait éventuellement été préservée du rayonnement cosmique et ultraviolet du Soleil. C'est pourquoi le choix du site d'atterrissage d'ExoMars 2018 est primordial.

Les sites d'atterrissage des précédentes missions martiennes ainsi que celui de la mission Insight, qui sera lancée en 2020. © Esa-Roscosmos, LSSWG, E. Hauber

En mars 2014, l'Esa a mis en compétition quatre sites d'atterrissage potentiels et, il y a quelques jours, le groupe de travail de sélection du site d'atterrissage a recommandé à l'Esa la plaine Oxia Planum. Un tel choix n'est pas simple. L'endroit doit non seulement convenir à l'équipe scientifique mais également aux ingénieurs et contrôleurs en charge de l'atterrisseur et du rover. Il n'est pas toujours possible de se poser là où on le souhaiterait. En effet, de nombreux paramètres sont à prendre en compte comme la latitude, la pente, la rugosité du terrain et son altitude.

Compte tenu de la faible densité de l'atmosphère martienne, il faut atterrir sur un site de basse altitude pour que l'atterrisseur ait le temps de freiner avant son atterrissage. Enfin, pour que les appareils équipant le robot puissent fonctionner, le site doit être proche de l'équateur, où les températures sont plus clémentes (la température moyenne de Mars est de - 70 °C). Autrement dit, un lieu intéressant d'un point de vue scientifique peut ne pas être compatible avec des contraintes techniques.

Un site pour découvrir la vie martienne passée

De plus, deux contraintes spécifiques à la mission ExoMars 2018 viennent s'ajouter. La première est celle de la précision du lieu d'arrivée. L'Agence spatiale russe, qui assurera l'atterrissage du rover, annonce une ellipse d'incertitude pour le point de posé longue de 104 km et large de 19 kilomètres. La Nasa, elle, garantit un atterrissage à l'intérieur d'une zone de seulement 20 kilomètres. La seconde est liée à la faible autonomie du rover ExoMars 2018 qui ne pourra parcourir qu'environ deux kilomètres. Concrètement, cela signifie que l'Esa doit trouver un site d'atterrissage facilement accessible et à forts potentiels scientifiques sur plus de 100 km par 19 km avec la certitude que le rover sera capable d'atteindre au moins un des points d'intérêt de ce site.

Carte d’Oxia Planum avec caractéristiques de texture. L’ellipse d’atterrissage, dont la localisation reste à fixer précisément, sera situé dans la zone délimitée en rouge. © NASA/JPL-Caltech/Arizona State University / Analyse : IRSPS/TAS-I

« D'où le choix de la plaine d'Oxia Planum qui répond à tous ces critères », nous explique Cathy Quantin-Nataf, responsable du projet e-Mars et de l'équipe qui a proposé ce site à l'Esa. Il s'agit d'une « vaste plaine de faible altitude riche en argiles avec des minéraux contenants de l'eau dans leur structure et jouant un catalyseur très efficace pour de nombreuses réactions organiques, souligne la géologue au laboratoire Terre Planète Environnement de l'université Claude Bernard Lyon 1, spécialiste de la surface des planètes, on a plus de 80 % de chance d'atterrir sur un site argileux ». Quant aux 20 % restants, ils sont inconnus. Les scientifiques ne sont pas parvenus à déterminer la composition du sol. Il s'agit vraisemblablement de sable« voire de dépôts d'un ancien lac par dessus des formations argileuses ».

Oxia Planum subit une érosion depuis environ 4 milliards d'années et « 80 mètres de matière ont ainsi été enlevés ». Les formations géologiques argileuses ainsi mises au jour se sont formées à une époque où l'eau était abondante sur Mars et où la vie apparaissait sur Terre. De plus, par endroits, « ces roches très vieilles ont été protégées du rayonnement cosmique par une couche de lave plus récente qui les a mises à l'abri jusqu'à aujourd'hui ». Elles ne sont exposées aux rayonnements cosmique et ultraviolet du Soleil que depuis quelques centaines de millions d'années. Sur ce site, les biosignatures pourraient donc être les mieux préservées. Cependant, « il existe une grande incertitude de l'état de conservation de la matière organique sur la surface et dans le sous-sol de la planète ».

Si ExoMars 2018 parvient à découvrir de la matière organique, il faudra également déterminer si son « origine fait partie de l'histoire martienne ou bien s'il elle provient de bombardements tardifs, apportée par des météorites ou des comètes ». Autre nécessité, s'assurer que cette matière organique ne provienne pas de la Terre, apportée par le rover lui-même...

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