L'instrument SuperCam installé sur le rover Perseverance. La photographie a été prise en juillet 2019 dans les installations du JPL, à Pasadena en Californie. © Nasa, Cnes, JPL-Caltech
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Premières mesures de l'instrument SuperCam, « la tête et les yeux » de Perseverance

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[EN VIDÉO] Perseverance : découvrez l'instrument SuperCam, ses yeux et ses oreilles  Présentation de l'instrument SuperCam qui équipe le rover Perseverance de la Nasa. Plus de 300 personnes en France ont été impliquées dans son développement et sa fabrication. SuperCam réalisera des tirs lasers dont l'objectif est d'analyser la composition chimique des roches et de détecter la présence éventuelle de molécules organiques. 

SuperCam, l'instrument qui doit chercher des traces de vie sur Mars, a été mis en route il y a quelques jours afin de s'assurer de sa bonne santé et vérifier l'état de fonctionnement de tous les systèmes qu'il embarque, dont le premier vrai microphone martien. Tout fonctionne à merveille ont souligné les coresponsables scientifiques lors d'une conférence de presse au Cnes.

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SuperCam, un des principaux instruments à bord de Perseverance a été mis en service avec succès. Situé à la tête du mât du rover, SuperCam est actuellement soumis à une série de tests destinés à vérifier l'état de fonctionnement de tous les systèmes qu'il embarque, notamment les trois faisceaux laser que produit SuperCam, un laser de puissance impulsionnel infrarouge (1.064 nm), qui peut aussi émettre dans le vert (532 nm), et un laser continu à 852 nm.

Le microphone, fourni par l'Isae-Supaéro et installé sur l'instrument a également été testé avec succès et les « sons acquis sont d'une qualité remarquable ! », s'enthousiasme Naomi Murdoch, enseignante-chercheuse à l'Isae-Supaéro. Ce microphone a acquis les premiers sons de la planète Mars qui jusque-là étaient inconnus. Le vent martien et les sons associés aux impacts laser sur la roche martienne sont entendus avec une très belle qualité sonore et comme si nous étions sur place !

Cette phase de « recette », qui couvre l'ensemble du rover et de ses instruments, s'étendra sur plus de trois mois. Les données transmises par l'instrument aux équipes opérationnelles du FOCSE (French operations centre for science and exploration) au Centre spatial de Toulouse montrent que toutes les fonctions sont opérationnelles et attestent de la bonne santé de l'instrument SuperCam.

La roche nommée Yeehgo est une des premières cibles de tests pour l'instrument SuperCam. Elle est située à 3,325 mètres du rover. © Nasa, JPL-Caltech, LANL, Cnes, CNRS, ASU, MSSS

Cinq techniques d’observation et d’analyse

Tous les tests de calibration et de fonctionnement des cinq techniques pour l'analyse des roches, des sols et de l'atmosphère de Mars se sont très bien déroulés. Un « premier bilan de santé excellent », ont confirmé Sylvestre Maurice, UT3-PS, coresponsable scientifique SuperCam à l'Irap et Olivier Beyssac, CNRS, directeur de recherche à l'IMPMC, lors d'une conférence de presse organisée par le Cnes, maître d'ouvrage de la partie française de l'instrument.

Après cette première phase de vérification de la bonne santé des instruments, la Nasa et le JPL vont poursuivre la vérification des fonctions de Perseverance puis de l'hélicoptère Ingenuity pendant encore au moins deux mois. Au terme de ces opérations de vérification, la mission scientifique de Perseverance commencera véritablement.

  • L'instrument SuperCam est une évolution par rapport à ChemCam.
  • Il aidera à identifier les échantillons qui seront rapportés sur Terre.
  • Il cherchera des traces de vie éteinte.
  • Il intègre deux techniques d’analyse à distance que n'a pas ChemCam : la spectrométrie Raman et l’infrarouge passif. 
Pour en savoir plus

Perseverance : découvrez le laser de la SuperCam qui cherchera des traces de vie sur Mars

Article de Rémy Decourt publié le 08/03/2021

Plus d'une semaine après l'atterrissage de Perseverance sur Mars, la mise en route et le check-up des sept instruments du rover se poursuivent. En attendant les premiers tirs du laser de SuperCam, qui serviront à déterminer la composition chimique et organique des roches martiennes, dont celles qui seront rapportées sur Terre, Futura s'est entretenu avec Franck Leibreich. Directeur des solutions laser chez Thales, Franck Leibreich nous explique ce laser français qui va chercher des traces de vie.

L'instrument SuperCam, qui succède à la version précédente à bord de Curiosity (ChemCam), est conçu pour déterminer la composition chimique et organique des échantillons des roches. Au cœur de cet instrument se trouve le laser Thales, « encore plus performant que celui déjà en opération depuis huit ans à bord de la mission Curiosity », nous explique Franck Leibreich, directeur des solutions laser chez Thales, dont l'entreprise a fourni les lasers des instruments ChemCam et SuperCam. 

En 2012, Curiosity embarquait sur Mars le premier laser de puissance à opérer sur le sol d'une autre planète que la Terre. Le laser ChemCam, en opération depuis plus de huit ans sans aucune défaillance, a déjà produit environ 855.000 tirs tout au long des 24 km déjà parcourus par Curiosity à la surface de la Planète rouge.

Pour cela, comme le laser de ChemCam, le laser de SuperCam pourra envoyer un « faisceau infrarouge pour chauffer la matière qu'il impacte jusqu'à une température d'environ 10.000 degrés Celsius et pour la vaporiser ». Cette méthode, appelée spectrométrie d'émission optique de plasma (Laser induced Breakdown Spectroscopy ou Libs) permet, en étant combinée à une caméra spéciale, de « déterminer la composition chimique d'un échantillon, en l'occurrence des roches martiennes, à partir de l'émission lumineuse du plasma ainsi créée ».

Mais, contrairement à ChemCam, qui ne faisait qu'une seule analyse de détection des atomes, le « laser de SuperCam peut émettre un deuxième faisceau laser » ! De couleur verte, ce deuxième faisceau « contribuera à déterminer la composition moléculaire des matériaux de surface ». Une avancée scientifique importante qui devrait permettre d'identifier de nombreuses molécules comme le carbone, le soufre ou, autre exemple, l'oxygène « afin de définir si Mars était habitable dans son passé ».

Ce faisceau vert excite les liaisons chimiques d'un échantillon et produit un signal différent selon les éléments liés ensemble. Cette technique d'analyse, appelée spectroscopie Raman, sera « expérimentée pour la première fois sur Mars et permettra de repérer d'éventuels marqueurs de la vie ». Le laser vert sera aussi utilisé pour faire fluorescer certains composés minéraux et organiques et pour permettre aux scientifiques de mieux déterminer les composants en présence.

Le laser de Thales Alenia Space installé dans SuperCam permettra de repérer d’éventuels marqueurs de vie sur la Planète rouge et de déterminer la composition chimique et organique des roches martiennes, dont celles qui seront rapportées sur Terre. © Thales Alenia Space

SuperCam un instrument plus complet

Alors que les tirs au laser de ChemCam ont montré l'existence d'un environnement favorable à l'apparition de la vie sur Mars dans un lointain passé -- qui se mesure en milliards d'années, mais sans savoir précisément à quelle époque et pendant combien de temps --, SuperCam pourrait nous raconter la suite de cette histoire en « montrant si Mars a été habitée ou pas par une forme de vie qui ne devrait pas avoir dépassé le stade de la bactérie ». La période d'habitabilité de Mars, estimée à quelques centaines de millions d'années, est trop courte pour avoir permis à des formes de vie plus complexes d'émerger.

SuperCam sera également utilisé pour guider Perseverance en direction des roches identifiées comme intéressantes qui seront ensuite étudiées de près par les instruments de contact (Pixl et Sherloc) et sur lesquelles seront prélevés des échantillons. En fonction des résultats, l'équipe du rover décidera de leur intérêt scientifique et s'il faut réaliser un prélèvement afin de le rapporter sur Terre. Dans ce cas, un carottage sera réalisé et l'échantillon placé dans un des 36 tubes. Ces échantillons seront récupérés par le Fetch rover de l'ESA qui sera lancé en 2026 sur l'atterrisseur américain équipé du MAV...

Une performance technologique remarquable

Malgré cette fonctionnalité supplémentaire, ainsi qu'un mode de commutation entre les fonctionnalités Libs et Raman, Thales a réussi à réaliser « l'équipement tout en gardant un volume et une masse identiques à celui du laser ChemCam ». Au-delà du défi de l'encombrement, les équipes ont également réussi à augmenter les capacités d'analyse de façon significative : « Le laser SuperCam peut enchainer des salves de tirs 10 fois plus longues, 1.000 tirs d'affilée contre 100 tirs maximum pour ChemCam, à une fréquence 3 fois supérieure (10 Hz) ».

Si une troisième version d'un laser devait être développée pour un futur instrument, une possible évolution pourrait être de le doter « d'une troisième fonctionnalité qui pourrait être une longueur d'onde dans l'ultraviolet », ce qui permettrait d'affiner les mesures (datation Argon/Potassium, spectroscopie Raman de contact, par exemple).

Note
SuperCam est le fruit d'une étroite collaboration entre le Los Alamos National Laboratory (Lanl) aux États-Unis et l'Institut de recherche en astrophysique et planétologie (Irap, CNRS / Cnes / Université Toulouse III - Paul Sabatier) en France, avec des contributions de l'université d'Hawaï et de l'université de Valladolid (UVA) en Espagne. La conception et la fabrication du Mast Unit, partie française de SuperCam située en haut du mât du rover, ont été réalisées par un consortium de laboratoires français rattachés au CNRS, à des universités et à des établissements sous la direction scientifique des équipes de l'Irap et la responsabilité du Cnes. C'est dans le Mast Unit qu'est logé le laser fourni par Thales.


Perseverance : qu'est-ce que la SuperCam ?

Article de Rémy Decourt publié le 21/02/2021

SuperCam, un des principaux instruments installés à bord du rover Perseverance a pour objectifs de chercher des traces de vie fossile et d'identifier les échantillons qui pourraient revenir sur Terre. Francis Rocard, responsable des Programmes d'Exploration du Système solaire au Cnes (maître d'ouvrage de la partie française de l'instrument) nous explique son fonctionnement et les attentes des scientifiques. Passionnant.

Parmi les sept instruments scientifiques de la mission Perseverance se trouve l'instrument SuperCam développé conjointement par un ensemble de laboratoires (Irap, Lesia, Latmos, LAB, IAS, Isae), universités et industriels français et américains (Lanl). Cet instrument, qui est la version boostée de ChemCam à bord du rover Curiosity de la Nasa, est conçu pour « chercher des traces de vie éteintes sur la Planète rouge et identifier les échantillons les plus intéressants à rapporter sur Terre », nous explique Francis Rocard, responsable des Programmes d'Exploration du Système solaire au Cnes (maître d'ouvrage de la partie française de l'instrument).

SuperCam est une évolution par rapport à ChemCam dont « il hérite du procédé Libs (en français spectroscopie de plasma induit par laser) qui consiste à utiliser un laser pour vaporiser le matériau à étudier, puis à analyser par spectrométrie la lumière émise par le plasma ainsi créé pour en déterminer la composition élémentaire, atome par atome ». Alors que ChemCam utilisait « seulement » le Libs pour déterminer la composition des roches et des sols, SuperCam intègre deux autres techniques d'analyse à distance, la spectrométrie Raman et l'infrarouge passif, ce qui va lui permettre d'acquérir des informations sur « la composition minéralogie et moléculaire, voire la présence éventuelle de matière organique sur la roche étudiée ».

Installation de SuperCam sur le mat du rover Perseverance. © Nasa, JPL, Cnes

Deux autres nouveautés sont à signaler. La caméra de contexte, en noir et blanc sur ChemCam, sera en couleur. « Elle photographiera en haute résolution les cibles analysées. » Un microphone, fourni par l'Isae-Supaéro, a été installé sur l'instrument, ce qui aidera à 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 la dureté et de la quantité de minéral abrasé.

« L'interprétation des sons (les tic-tic des impacts laser contre la roche) donnera des indications sur la structure et la dureté de la roche ». Ce microphone sera également utilisé pour écouter les vents martiens ainsi que les sons et bruits du rover, ce qui devrait aider les contrôleurs au sol à surveiller l'état de fonctionnement de Perseverance.

L'instrument SuperCam installé sur le rover Perseverance. La photographie a été prise en juillet 2019 dans les installations du JPL, à Pasadena en Californie. © Nasa, Cnes, JPL-Caltech

Identifier les échantillons à rapporter sur Terre

Parmi les sept instruments du rover, SuperCam sera le seul à pouvoir effectuer des mesures au-delà d'un périmètre de deux mètres. Il sera donc utilisé pour guider Perseverance en direction des roches « identifiées comme intéressantes » qui seront ensuite étudiées de près par les instruments de contact (Pixl et Sherloc) et sur lesquelles seront prélevés des échantillons. En fonction des résultats, l'équipe du rover « décidera de leur intérêt scientifique et s'il faut réaliser un prélèvement afin de le rapporter sur Terre ». Dans ce cas, un « carottage sera réalisé et l'échantillon placé dans un des 36 tubes ». Ces échantillons seront récupérés par le Fetch rover de l’ESA qui sera lancé en 2026 sur l'atterrisseur américain équipé du MAV...

Après les missions Viking de la Nasa (1976), les scientifiques ne cherchent plus la vie « vivante » en surface : « Nous estimons qu'elle n'existe pas en surface ou dans les premiers mètres du sous-sol ». Si elle existe, elle « pourrait se situer dans des niches biologiques situées à deux ou trois kilomètres de profondeur », voire avoir « un lien avec les émissions de méthane détectées dans l'atmosphère martienne ». Cependant, ces émissions « nous rendent perplexes car, certes, elles pourraient trahir l'existence de micro-organismes mais d'autres explications non liées à la vie sont également possibles, et les mesures actuelles ne permettent pas de trancher ».

Principe de fonctionnement de SuperCam. Concrètement, le Libs sublime, avec un laser pulsé, les roches afin de déterminer la composition élémentaire. Cela a aussi pour effet de dépoussiérer la roche autour de l’impact et de la mettre à nu, ce qui va permettre aux mesures Raman et infrarouge de déterminer la nature des molécules et la composition minéralogique des minéraux. Cette image montre la zone d'impact de plusieurs tirs laser pulsé effectués par l'instrument ChemCam de Curiosity. © Nasa/JPL-Caltech/Lanl/Cnes/Irap

Depuis 1976, la stratégie de la Nasa, du Cnes et de l'ESA est de « chercher des traces anciennes de vie éteinte en [se] basant sur les caractéristiques intrinsèques de la vie terrestre, seul exemple de vie que nous connaissons ». La tâche est tout sauf simple car le vivant n'est pas la seule source de matière organique. Les comètes ou les astéroïdes sont aussi des sources potentielles ! Après 8 ans d'exploration, Curiosity a certes montré que le cratère Gale avait été un habitable dans un lointain passé, qui se mesure en milliards d'années, mais sans pouvoir préciser pendant combien de temps. Mais, s'il a bien trouvé de la matière et des composés organiques, il n'a pas été possible d'en déterminer l'origine biologique ou minérale. Parmi les exemples de biosignatures que devrait chercher Perseverance, on citera les « molécules prébiotiques dont on sait que sur Terre le biologique les synthétise tels les acides aminés et les protéines » ou bien la mesure du rapport isotopique 12C/13C qui oscille en 89 (origine minérale) et 91-92 (origine biologique).

Emplacements des sept instruments de Perseverance. © Nasa, JPL-Caltech

Dernier exemple, la « découverte de molécules chirales » dont certaines, comme quelques acides aminés sont « chimiquement identiques mais sont symétriques dans un miroir (comme les mains par exemple) ». Alors que le minéral produit les 2 formes en quantité égale, en se développant, la vie a sélectionné et favorisé une seule des deux formes, de sorte que « la mesure de la chiralité serait un indice fort sur l'existence passée d'une vie sur Mars ». À suivre donc.

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