Paysage photographié par Perseverance. © Nasa, JPL-Caltech
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Perseverance : écoutez les premiers sons de Mars enregistrés par le micro de la SuperCam

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[EN VIDÉO] L'incroyable atterrissage de Perseverance sur Mars  La mission Perseverance Mars 2020 de la Nasa a capturé des images fascinantes de l'atterrissage de son rover dans le cratère martien Jezero, le 18 février 2021. © Nasa / JPL-Caltech 

Le micro français, réalisé par Isae-Supaéro Toulouse, est entré en action sur Mars. Installé sur SuperCam, ce microphone a acquis les premiers sons de la planète Mars qui jusque-là étaient inconnus. Le vent martien est entendu avec une très belle qualité sonore et comme si nous étions sur place !

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Si pour l'heure on avait entendu les seuls sons martiens enregistrés par le micro EDL du JPL, lors de la phase d'atterrissage du rover, la Nasa et le Cnes ont rendu publics les sons enregistrés par le micro français Mars Microphone. Et la qualité sonore offerte par ce micro est remarquable, inédite depuis la surface de Mars. Mieux encore, ce microphone ouvre une nouvelle fenêtre scientifique qui va permettre d'étudier l'atmosphère sous un angle inédit et prometteur.

En effet, si les sons du micro EDL n'ont pas donné tous les résultats escomptés, du fait de bruits parasites dans le signal audio, les sons enregistrés par le Mars Microphone ont très agréablement surpris les responsables de l'instrument. Que ce soit Naomi Murdoch, chercheur à l'Isae-Supaéro qui présentait les résultats de l'instrument à la conférence de presse, ou David Mimoun, responsable scientifique du microphone SuperCam et également professeur à l'Isae-Supaéro, tous ont souligné le « bon fonctionnement du micro » et de rappeler que « si on peut avoir l'impression que tout est réglé comme sur du papier à musique, il y a toujours un risque important de panne ou de dysfonctionnement inhérent à tous les programmes spatiaux ».

Les modèles de l'instrument et les modèles de bruits, conçus pour cet environnement jusque-là inconnu se sont donc révélés pertinents.

Plusieurs sons ont été enregistrés, lors des sols 1, 4 et 11 et 12. Si le premier son était de faible amplitude, car le mât qui supporte SuperCam n'était pas encore déployé, ceux acquis lors des sols 4, 11 et 12 étaient d'une très grande qualité sonore. Ils ont permis d'entendre le vent martien soufflant à proximité du rover (sol 4 et 11) et les sons associés aux impacts laser sur la roche martienne (sol 12).

Pour bien comprendre la performance technologique du micro, il faut savoir que sur Mars le son ne se propage pas comme sur Terre en raison d'une pression 150 fois plus faible que la pression terrestre et une composition atmosphérique très différente. Le niveau sonore sur Mars est donc atténué de 20 dB par rapport à une même situation sur Terre, parce que l'atmosphère martienne transmet très mal les sons. C'est comme se parler à travers une cloison en plâtre d'un centimètre d'épaisseur. Ainsi, une conversation entendue à 100 mètres sur Terre ne sera perceptible qu'à 10 mètres sur Mars. L'équipe du projet a dû tenir compte de ses contraintes et réaliser un microphone d'une très grande sensibilité. Résultat, « les sons enregistrés sont exactement comme vous les entendriez si vous étiez sur la Planète rouge ».

Les premiers sons martiens acquis par le microphone installé sur la SuperCam. © Nasa, Cnes, ISAE

Compléter les mesures de SuperCam en écoutant l’amplitude acoustique des tirs laser

Installé sur SuperCam, le Mars Microphone est un des cinq instruments permettant d'effectuer une analyse complète de la composition des roches. Comme objectif principal, il doit permettre en premier lieu de « mieux connaître les propriétés mécaniques des roches en étudiant les sons associés aux impacts laser sur la roche martienne ; les sons enregistrés seront différents en fonction de la dureté et de la quantité de minéral abrasé ».

Parmi les autres objectifs, le microphone a pour but de déterminer des propriétés clés de l'atmosphère, notamment sa turbulence, la vitesse du son et la vitesse du vent ainsi que sa direction.

Ce ne sera pas la seule utilité du Mars Microphone. « Il y a un intérêt scientifique certain à entendre les sons sur Mars. » Cette science 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 les sons du rover lui-même. Ce n'est pas anecdotique puisque les enregistrements permettront 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 de l'instrument Moxie, qui est une expérience de production d'oxygènein situ ».

Enfin, il sera également utilisé pour écouter le drone-hélicoptère au moment de son décollage, mais, « comme l'engin volant se situera à une distance de sécurité d'environ 150 mètres du rover, il n'est pas certain que le Mars Microphone entende quoi que ce soit ».

Pour en savoir plus

Perseverance embarque deux micros qui nous feront entendre les sons de Mars pour la première fois

Article de Rémy Decourt publié le 30/09/2020

Le petit hélicoptère martien ne sera pas la seule première que réalisera la mission Perseverance de la Nasa. Le rover embarque également deux microphones, dont un réalisé par l'Isae-Supaéro qui devrait, pour la première fois, nous faire entendre les sons de la planète Mars. Les explications de David Mimoun, responsable scientifique du microphone SuperCam et professeur à l'Isae-Supaéro.

Perseverance, le rover martien de la Nasa qui doit succéder à Curiosity, embarquera sept instruments, « dont SuperCam sur lequel sera installé un microphone réalisé par l'Isae-Supaéro », nous explique David Mimoun, responsable scientifique du microphone SuperCam et professeur à l'ISAE-Supaéro. SuperCam est la version améliorée de ChemCam, l'instrument qui équipe Curiosity. Réalisé en collaboration entre l'IRAP à Toulouse et le LANL à Los Alamos, avec le soutien de nombreux laboratoires spatiaux, dont l'Isae-Supaéro, ainsi que le soutien du Cnes, SuperCam est un véritable « couteau suisse » qui permettra d'analyser à distance des roches martiennes, grâce à un faisceau laser et de spectromètres Raman et infrarouge passif.

Mais pourquoi embarque-t-il un microphone ? Le microphone de SuperCam, permettra en premier lieu de « mieux connaître les propriétés mécaniques des roches en étudiant les sons associés aux impacts laser sur la roche martienne ; les sons enregistrés seront différents en fonction de la dureté et de la quantité de minéral abrasé ». Sylvestre Mauriceastronome à l'IRAP, le responsable de la partie française de SuperCam, « nous a fait une petite place, mais nous espérons bien que le microphone apportera une contribution significative au retour scientifique de l'instrument... ».

Ce ne sera pas la seule utilité du Mars Microphone. « Il y a un intérêt scientifique certain à entendre les sons sur Mars. » Cette science 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 les sons du rover lui-même. Ce n'est pas anecdotique puisque les enregistrements permettront 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 de l'instrument Moxie, qui est une expérience de production d'oxygène in situ ».

Le microphone de l’Isae-Supaéro installé sur SuperCam. © Nasa, JPL-Caltech

C'est la première fois que l'on entendra des sons martiens mais, « si, a priori, on sait à quoi s'attendre, des surprises sont toujours possibles ». En effet, si plusieurs missions ont emporté des microphones à bord, aucune n'a réussi à enregistrer les sons de Mars. La première mission à emporter un microphone (sponsorisé par la Planetary Society), Mars Polar Lander, a été perdue suite à un problème d'avionique lors de la dernière phase de l'atterrissage. Il y avait également un microphone à bord de Phoenix, qui a atterri dans les plaines du Nord de Mars. Malheureusement, l'instrument qui l'accueillait, un imageur de descente, n'a pas été allumé de peur de provoquer un problème similaire. Enfin, un microphone était prévu à bord de Schiaparelli, l'atterrisseur européen de la première phase d'Exomars ; il n'a finalement pas été sélectionné par l'ESA, et aurait de toute façon connu son sort funeste...

À ce jour, seule la mission Insight a approché ce but, en enregistrant les vibrations des panneaux solaires sous l'effet du vent grâce à ses sismomètres courte période.

Des sons plus graves avec des aigus très bas

L'ambiance sonore de Mars est différente de celle de la Terre. « Les sons s'atténuent très rapidement. Les conditions atmosphériques (pression, température, composition), similaires à celles régnant à une altitude de 50 kilomètres sur Terre, sont défavorables à la propagation acoustique. De plus, le dioxyde de carbone, qui constitue l'essentiel de l'atmosphère martienne, absorbe bien plus les fréquences acoustiques que les infrasons, par exemple. » 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.

Ainsi, « pour confirmer les simulations réalisées à l'Isae-Supaéro, nous avons dû valider le bon fonctionnement du microphone dans une enceinte à atmosphère martienne de plusieurs mètres de longueur, qui se trouve à Aarhus, au Danemark », tient à souligner David Mimoun.

Le Mars Microphone devrait être capable de capter des sons « jusqu'à une dizaine de mètres autour du rover », mais son objectif est de mesurer des « impacts de 50 à 60 décibels et jusqu'à 10 kilohertz dans un rayon de quatre ou cinq mètres ». Concernant SuperCam, « l'exigence est d'enregistrer les sons du laser frappant la roche à une distance de quatre 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 ».

Le modèle de vol SuperCam avant son intégration. © Nasa, JPL-Caltech

Alors que la Nasa 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) a été réalisé principalement à partir de composants spatiaux, mais le microphone lui-même, choisi pour ses performances et sa robustesse, est un composant du commerce. Les contraintes lors de sa réalisation ont été « les échanges thermiques, la poussière et la qualification de son assemblage à -120 °C ». Rien d'insurmontable, mais reste un défi technique très particulier : celui des variations de températures. « le Mars Microphone est 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 », le Mars Microphone utilise des câbles « avec une conductance très spécifique, en manganin, pour limiter au maximum les échanges thermiques ». En effet, le microphone utilise, comme les autres sous-systèmes de l'instrument, les ressources communes comme l'alimentation, l'acquisition, le logiciel de vol..., et est donc profondément intégré au système.

Enfin, alors que nous touchions au but, la dernière difficulté a été, comme pour tout l'instrument SuperCam, la nécessité de fournir un nouveau modèle de vol en moins de deux mois, l'original ayant été endommagé par une anomalie majeure d'un équipement de test.

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