Le design définitif du rover 2020 hérite en partie de celui de Curiosity, que l'on voit ici, avec toutefois de nombreuses améliorations qui ont de quoi réjouir petits et grands : un microphone pour enregistrer le vent et les tirs à laser, un drone qui fera de fréquents allers-retours, ainsi qu'une unité ISRU pour générer de l'oxygène. © Nasa, JPL-Caltech

Sciences

Grâce à Mars 2020, nous entendrons les sons martiens pour la première fois

ActualitéClassé sous :exploration martienne , CNES , SuperCam

Après plusieurs essais infructueux, la Nasa a décidé d'ajouter un microphone à l'instrument SuperCam, embarqué sur le rover de la mission Mars 2020. L'appareil, qui sera réalisé par le Cnes et l'ISAE-Supaéro, ne servira pas qu'à restituer une ambiance sonore. Il complètera aussi l'analyse des roches et de l'atmosphère. Les contraintes techniques et les exigences sont fortes, comme nous le précise David Mimoun, le responsable scientifique du projet.

Mars 2020, le rover martien de la Nasa qui doit succéder à Curiosity, embarquera sept instruments, dont un microphone. Fourni par le Cnes, il sera « installé sur SuperCam, une version améliorée de ChemCam, l'instrument qui équipe Curiosity », nous explique David Mimoun, professeur associé ISAE-Supaéro et responsable scientifique de ce « Mars Microphone ». SuperCam, grâce à un faisceau laser et à un spectroscope, analysera à distance des roches martiennes. Mais pourquoi un microphone ? « Il permettra de mieux connaître les propriétés mécaniques des roches en étudiant les sons associés aux impacts laser sur la roche martienne qui seront différents en fonction de sa dureté et de la quantité de minéral abrasé. Sylvestre Maurice, astronome à l'Irap, le responsable de la partie française de SuperCam, nous a fait une petite place, mais il espère bien que le microphone apportera sa contribution au retour scientifique de l'instrument... »

Ce ne sera pas la seule utilité de Mars Microphone. « Il y a un intérêt scientifique certain à entendre les sons sur Mars. » Cette discipline ne va pas révolutionner la connaissance de la planète mais « l'améliorer dans de nombreux domaines, en particulier pour la connaissance de l'atmosphère martienne ». L'équipe de David Mimoun s'attend donc à des avancées dans la connaissance des phénomènes atmosphériques de surface, « comme la turbulence du vent, les tourbillons de poussière (les fameux dust-devils) ou les interactions du vent avec le rover ». Ce microphone servira aussi à enregistrer le rover lui-même. Ce n'est pas anecdotique puisque ce retour permettra de mieux comprendre la signature sonore des différents mouvements du rover tels que les « opérations du bras robotique et du mât, le roulage sur sol normal ou accidenté, ou encore le suivi du fonctionnement des pompes ». C'est la première fois que l'on entendra des sons martiens mais, « a priori, on sait à quoi s'attendre, des surprises sont toujours possibles ».

Ébauche du Mars Microphone français qui sera installé sur l'instrument SuperCam, sur le mât du rover Mars 2020. © Cnes, Irap, ISAE

Des sons plus graves avec des aigus très bas

L'ambiance de Mars est différente de celle de la Terre« Les sons s'atténuent très rapidement. Les conditions atmosphériques (pression, température, composition) sont défavorables à la propagation acoustique ». Les sons enregistrés ressembleront à des sons terrestres mais « assourdis car les hautes fréquences se propagent moins bien ». Dans ce contexte, un son de 50 décibels sera complètement atténué dès 20 à 30 mètres de distance, et un signal aigu, de 20 kilohertz, en seulement un mètre ou deux. Pour la réalisation du microphone, « la contribution de Xavier Jacob, enseignant-chercheur en acoustique à l'université Paul Sabatier de Toulouse (laboratoire Phase) sera donc décisive », tient à souligner David Mimoun.

Bien que le Mars Microphone devrait être capable de capter des sons « jusqu'à une dizaine de mètres autour du rover », l'objectif est de mesurer des « impacts de 50 à 60 décibels et jusqu'à 10 kilohertz dans un rayon de 4 ou 5 mètres ». Concernant SuperCam, « l'exigence est d'enregistrer les sons du laser frappant la roche à une distance de 4 mètres » et d'enregistrer les données utiles à SuperCam, comme « la forme d'onde du son et l'amplitude de l'onde sonore réfléchie lors de l'impact du laser ».

Bien que la Nasa lui impose un cycle de tests de quelque « 3.000 cycles de fonctionnement pour couvrir toute la durée de la mission », ce microphone martien (d'un poids de 50 grammes) fonctionnera comme n'importe quel autre microphone utilisé sur Terre. Il sera réalisé à partir de composants qualifiés spatiaux. Les contraintes seront « les échanges thermiques, la poussière et la qualification de son assemblage à -120 °C ». Rien d'insurmontable, mais un défi technique : celui des variations de températures. « Mars Microphone sera la seule partie de SuperCam exposée à l'air ambiant et il est important de maintenir l'instrument à une température constante. » Afin d'éviter tout risque de refroidissement excessif de SuperCam et limiter les pertes de chaleur« -40 °C à l'intérieur de SuperCam et jusqu'à -120 °C à l'extérieur », Mars Microphone utilisera des câbles « avec une conductance très spécifique pour limiter au maximum ces échanges thermiques ».

Si la mission Mars 2020 est un succès, ce sera le premier microphone martien opérationnel sur Mars, même s'il s'agit de la troisième tentative d'envoyer un microphone sur cette planète. En 1999, la Nasa a perdu le contact avec le Mars Polar Lander dès sa rentrée dans l'atmosphère et l'engin s'est écrasé sur la surface. En 2008, pour la mission Phoenix, qui s'est parfaitement déroulée, la Nasa a préféré ne pas l'utiliser. Alors que l'atterrisseur était en route pour Mars, des essais au sol ont fait craindre que la caméra de descente sur laquelle le microphone était embarqué puisse en perturber le bon fonctionnement. Par précaution, la Nasa a donc décidé de ne pas l'allumer.

Ce microphone ne fonctionnera pas durant la phase d’atterrissage du rover. Toutefois, la Nasa a prévu d'installer sous le rover une caméra équipée d'un micro pour filmer et enregistrer les sons de cette descente dans l'atmosphère martienne.

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