Mission InSight
Ecouter battre le coeur de Mars : la France participe à la mission InSight

L'IPGP, le CNES, l'Université Paris Diderot - Sorbonne Paris Cité et des laboratoires de recherche français et européens fourniront le sismomètre SEIS, l’instrument principal de la mission martienne InSight, sélectionnée par la NASA ce 20 août 2012 dans le cadre de son programme Discovery, d’exploration du système solaire. Lancement et arrivée sur Mars prévus en 2016.

Vue d'artiste du rover de la mission InSight sur Mars. © JPL/NASA.

La mission InSight

Proposée par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA, InSight (Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport) a pour but de déployer, pour la 1ère fois, une station géophysique sur le sol de la planète rouge afin d'étudier la structure et la composition de l'intérieur de Mars.
L’objectif est de mieux comprendre la formation et l'évolution de Mars en apportant des contraintes sur sa structure interne, encore mal connue. Grâce à l’utilisation d’instruments géophysiques sophistiqués, InSight mesurera l’activité sismique de Mars, le flux de chaleur interne et les subtiles variations de rotation de la planète.

L’instrument SEIS (Seismic Experiment for Interior Structures) écoutera « battre le cœur » de la planète, en prenant des mesures précises des séismes et autres activités internes, afin de mieux comprendre l’histoire de Mars et sa structure. Alors que l’instrument Heat Flow and Physical Properties Package (HP3), fourni par l’agence spatiale allemande (DLR), s'enfoncera jusqu’à 5 m dans le sous-sol martien, afin de mesurer le flux de chaleur de la planète et d’en déduire sa vitesse de refroidissement et donc la puissance dissipée par le moteur planétaire.

L'instrument SEIS : un véritable défi technologique

Véritable défi technologique, le sismomètre SEIS sera développé en France par une équipe technique et scientifique du CNES, de l’Institut de Physique du Globe de Paris (CNRS/Université Paris Diderot), du campus Spatial de l’Université Paris Diderot, de l’Institut Supérieur de l’Aéronautique et de l’Espace (ISAE) et de la société SODERN. Plusieurs laboratoires européens et américains (l’Ecole polytechnique fédérale de Zurich (ETH), l’Institut Max-Planck de recherche sur le système solaire (MPS) de Lindau, l’Imperial College à Londres et le Jet Propulsion Laboratory à Pasadena, Californie) contribueront également à ce développement technologique, ainsi que la société Toulousaine EREMS.
D’autres laboratoires du CNRS et d’universités françaises seront enfin associés à l’analyse des données (LPG Nantes, IRAP Toulouse). GéoAzur (Nice) et le réseau « sismo à l’école » contribueront à la diffusion des données sismologiques et météorologiques de la mission vers les écoles, collèges et lycées.

Le sismomètre SEIS testé sur le Piton de la Fournaise. © OVPF/IPGP

Un des défis de la mission INSIGHT sera d'installer à la surface de Mars un Sismomètre VBB (très large bande), instrument généralement installé sur Terre dans des caves sismiques, où la température et la pression sont, habituellement, très stables. Il a donc fallu pour cela développer un bouclier éolien et thermique qui couvrira tout autant le sismomètre que le sol autour du capteur. Cette protection devra de plus être insensible aux tempêtes martiennes et aux vents très fort des « dust devils ». Le bouclier, de plusieurs kilogrammes, sera réalisé par le Jet Propulsion Laboratory, et utilisera une protection thermique très performante d'aérogel.
Un premier prototype de ce bouclier à été testé à La Réunion fin décembre 2011, avec l'aide des équipes de l'Observatoire Volcanologique du Piton de la Fournaise et de l'Institut Max Planck de Lindau, profitant pour cela des terrains presque "martiens" du piton de la Fournaise et des variations importantes de température en altitude durant l'été austral. D'autres tests, sur les différents sous-systèmes du sismomètre INSIGHT, ont été aussi effectué régulièrement depuis plusieurs années dans le centre de simulation Martien ( IPGP/CNRS/IDF/CNES).

L'IPGP : une expertise reconnue

Depuis 30 ans, et la création du réseau mondial de stations sismologiques GEOSCOPE, les chercheurs et ingénieurs de l'IPGP développent, en collaboration avec l'EOST, des stations multiparamètres qui sont installées dans 23 pays de façon à assurer une couverture homogène de la terre. Les stations transmettent les données en temps réel et sont utilisées pour la détection des séismes et l'alerte aux tsunamis ainsi que pour la recherche scientifique.
Les stations comportent un sismomètre large bande, un baromètre, un thermomètre et dans les régions sismiques, également un accéléromètre. Les choix matériels et le design des stations sont définis de façon à minimiser le niveau de bruit et à fiabiliser les installations. Les sismomètres utilisés sont des STS1, créés il y a 30 ans par Strekeisen, et qui restent à ce jour les sismomètres terrestres très large-bande les plus performants. Progressivement, les techniques d'isolation de ces stations ont évolué ce qui a permis d'améliorer fortement le rapport signal sur bruit.

Ces instruments terrestres, fragiles et lourds, sont inutilisables pour des missions spatiales. Pour ces dernieres, le CNES, l'équipe geophysique spatiale et planetaire de l'IPGP et SODERN ont donc développé entièrement un nouveau capteur a même de résister aux vibrations, chocs, radiations et autres contraintes d'une mission planétaire. 20 ans après l’échec de la Mission Mars96, qui déjà, embarquait deux sismomètres de première génération, INSIGHT couronne donc près de 25 ans d’efforts.

Vue d'artiste du cœur de la planète Mars. © NASA/JPL.

Pour en savoir plus :

• le site de la mission Insight
• le film de présentation de la mission
• le communiqué sur le site du CNES
• le site de GEOSCOPE
• le blog de SEIS et de l'équipe de géophysique spatiale et planétaire de l'IPGP