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Le sismomètre ultra-sensible d'Insight va scruter le coeur de Mars

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Par publié le à 06h22

Le sismomètre ultra-sensible d'Insight va scruter le coeur de Mars

Emmené à bord d'un atterrisseur, le sismomètre SEIS sera posé au sol. Le déploiement complet devrait durer deux mois.

Avec la mission Insight, la Nasa espère recueillir des informations sur la structure interne de la planète rouge. Le 5 mai 2018, elle y enverra l’instrument SEIS : un sismomètre aux limites de l’état de l’art capable de détecter d’infimes vibrations.

Le modèle de Bohr veut qu’un atome d’hydrogène soit composé d’un noyau autour duquel gravite un électron. La distance qui les sépare est de 53 picomètres. Cette distance, infime, est aussi l’ordre de grandeur des déplacements que peut détecter le sismomètre SEIS (Seismic Experiment for Interior Structures) de la mission Insight. Dans une fenêtre de lancement qui s’ouvre le 5 mai 2018, l’instrument quittera la Terre à bord d’un lanceur Atlas V depuis le pas de tir de Vandenberg (Californie). Direction Mars ! Il y est attendu quelques mois plus tard : le 26 novembre 2018 précisément. La mission fait partie du programme Discovery de l’agence spatiale américaine (Nasa). L’objectif est de détecter, pour la première fois, des séismes d’origine naturelle sur la planète rouge.

Vingt-cinq ans de travail

Le concept de SEIS est né dans les laboratoires de l’Institut de physique du globe de Paris (IPGP) dans les années 1990 avant d’être réalisé et intégré pour une utilisation spatiale par Sodern, filiale d’Arianegroup. Le Centre national d’études spatiales (Cnes) assure la maîtrise d’ouvrage pour le compte de la Nasa. Contenu dans l’ultravide à l’intérieur d’une sphère étanche en titane, l’instrument est composé de trois pendules inversés. Contrairement au pendule classique composé d’une masse au bout d’un fil, la partie mobile de chaque pendule inversé est situé au-dessus de son pivot. Un ressort la maintient en équilibre par rapport à une partie fixe. En cas de mouvement du sol, le déplacement de la partie mobile est détecté par un capteur capacitif sensible à des ondes sur une plage de fréquences entre 5 mHz à quelques dizaines de Hertz.

« Sur Terre, la sensibilité d’un sismomètre vient de sa masse très importante et de son ressort très raide, indique Antoine Lecocq, chef de projet pour les sismomètres chez Sodern. Dans l'espace, nous faisons tout le contraire : une masse très légère et un ressort de très faible raideur. » Deux mécanismes permettent d’adapter le dispositif aux conditions martiennes. Le premier compense les défauts de nivellement et adapte le tout à la gravité de Mars, trois fois plus faible que sur Terre. Le second permet de contrer les effets de dilatation induits par les variations de température. En raison de la faible densité de l’atmosphère, ceux-ci peuvent dépasser 50°C entre le jour et la nuit.

La sphère étanche en titane et un des trois pendules inversés de SEIS

Craquements, séismes et chutes de météorites

Les changements de température quotidiens mettent d’ailleurs le sol martien à rude épreuve. Il craque. SEIS sera capable de détecter les ondes induites, mais aussi les effets de marée créés par les satellites naturels de Mars, les chutes de météorites, et peut-être des séismes… Pour les distinguer, les chercheurs scruteront les caractéristiques des ondes de surface et de volume qui se propagent et qui diffèrent en fonction du type d’évènement. « Nous allons faire de la sismologie sur Mars comme nous en faisons sur Terre depuis le début des années 1900, indique Philippe Lognonné, professeur à l'université Paris Diderot et investigateur principal SEIS. Nous avons près de 120 années d'expériences d'analyses de données. »

Sur Terre, la source d’un séisme est localisée en faisant de la triangulation grâce à un réseau de capteurs. Comment faire sur Mars avec un seul capteur ? « Le caractère triaxial de l'instrument permet de localiser l’événement », indique M. Lognonné. Les trois sismomètres mesurent les trois dimensions de l’onde sismique et donnent sa direction d’arrivée. « A partir de là, les différences de temps d'arrivée entre les différentes ondes nous fournissent la distance », poursuit-il.

L’information manquante

Emportant également un instrument de mesure de la température souterraine fourni par l’agence spatiale allemande, la mission Insight permettra d’en apprendre davantage sur la structure interne de Mars. Car pour étudier une planète tellurique et comprendre sa genèse, son origine et son évolution, deux informations complémentaires sont nécessaires : sa chimie externe et sa structure interne. La chimie de la surface et de l’atmosphère martiennes sont déjà à l’étude. Depuis 2012, le rover Curiosity parcourt le sol martien pour le compte de la Nasa. En 2021, son successeur américain de la mission Mars 2020 le rejoindra. A quelques semaines d’intervalle, se posera également celui de la mission russo-européenne ExoMars 2020. « Mais cela reste de la chimie de surface, remarque Philippe Laudet, chef de projet SEIS pour le Cnes. Il nous manque la structure interne de la planète qui nous sera donnée par la sismologie. »

Concernant l'envoi de sismomètres sur Mars, l'homme n'en est pas à son coup d'essai. En 1996, la mission russe Mars 96 devait en envoyer un. Déjà conçu et fabriqué à l’époque par l’IPGP et Sodern, il s’était écrasé dans l’océan Pacifique avec son lanceur en raison d’un problème au décollage. Deux décennies plus tôt, la première tentative d'écoute des tremblements de la planète rouge avait eu lieu, en 1975, avec les missions Viking. Le premier sismomètre ne s’est pas allumé. Le second n’a jamais fourni de données pertinentes. Resté sur l'atterrisseur, lui-même posé au sol avec trois pieds muni de suspensions, il subissait les assauts du vent. Pour que SEIS fournisse des données exploitables, la décision a été prise de faire comme avec les sismomètres des missions Apollo sur la Lune : le poser au sol. Espérons que cette fois sera la bonne !

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