Mars Express en détails

Contexte

Lancée en 2003 par l’Agence spatiale européenne (ESA), la mission Mars Express est la première mission européenne dédiée à l’exploration de la planète Mars. Elle contribue à améliorer notre compréhension de l’histoire géologique, climatique et atmosphérique de la planète rouge.

Mars Express constitue l'une des missions planétaires les plus durables de l’ESA. Initialement programmée pour une durée deux ans, elle a été prolongée à plusieurs reprises et devrait fournir au moins jusqu’à fin 2026 des données scientifiques essentielles. Sa longévité et ses performances en font une mission de référence pour l’exploration martienne.

La sonde Mars Express répond à plusieurs grandes questions scientifiques liées à l’évolution de Mars, du fait, notamment, de la cartographie de la surface avec l’acquisition d’images couleur et stéréoscopiques à haute résolution. La mission s’intéresse également à l’analyse minéralogique : l’identification des minéraux présents à la surface ont pour objectif de reconstituer l’histoire géologique et climatique martienne.

Parmi les autres attributs du satellite : l’exploration du sous-sol avec la détection de dépôts de glace et de potentielles réserves d’eau liquide jusqu’à plusieurs kilomètres de profondeur, l’étude de l’atmosphère (grâce à la caractérisation de sa composition, de sa circulation et de ses interactions avec le vent solaire) et la radio-science, avec l’analyse des propriétés physiques de l’atmosphère et du champ de gravité martien.

Vue d’artiste de la sonde Mars Express
Vue d’artiste de la sonde Mars Express © ESA - D. Ducros
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Objectifs

  • Cartographier la surface martienne à haute résolution

  • Analyser la structure du sous-sol afin d’identifier la présence d’eau ou de glace

  • Etudier la composition, la dynamique et l’évolution de l’atmosphère martienne

Le radar MARSIS a permis de sonder le sous-sol martien jusqu’à plusieurs kilomètres de profondeur.

Les principales avancées incluent :

  • La cartographie des dépôts de glace sous la surface ;
  • L’identification de structures stratifiées dans les calottes polaires ;
  • La détection d’anomalies radar compatibles avec la présence d’eau liquide sous la calotte polaire sud (résultat débattu au sein de la communauté scientifique).


Ces observations ont ouvert de nouvelles perspectives sur les réservoirs d’eau martiens.

La caméra HRSC a permis de réaliser une cartographie en haute résolution et en 3D de la surface martienne.

Les données acquises ont permis :

  • De produire des modèles numériques de terrain à l’échelle planétaire ;
  • D’analyser en détail les structures géologiques (volcans, vallées, cratères) ;
  • De reconstituer l’histoire géomorphologique de la planète.


Le spectro-imageur visible et infrarouge OMEGA a pour objectifs :

  • L’identification des minéraux de surface ;
  • La détection de signatures d’altération aqueuse ;
  • La reconstitution de l’histoire géologique de Mars.


Ces données constituent aujourd’hui une référence pour l’étude de Mars.

L’un des apports majeurs de Mars Express concerne la mise en évidence du rôle central de l’eau dans l’histoire de Mars.

Les observations spectroscopiques ont permis d’identifier :

  • Des minéraux hydratés, notamment des argiles, qui ont connu une altération en présence d’eau liquide ;
  • Des sulfates, témoins d’environnements plus acides et d’une évolution climatique.


Ces résultats confirment que Mars a connu, dans son passé, des conditions propices à la présence d’eau liquide stable en surface.

Le spectromètre infrarouge PFS et le spectromètre ultraviolet et infrarouge SPICAM dédiés à l’étude de l’atmosphère ont permis de mieux comprendre :

  • La composition et la structure verticale de l’atmosphère martienne ;
  • Les mécanismes de perte atmosphérique vers l’espace ;
  • Les interactions entre l’atmosphère et le vent solaire.


Ces résultats contribuent à expliquer la transition de Mars d’un environnement potentiellement habitable vers une planète froide et sèche.

L’instrument ASPERA-3 a permis : 

  • D’étudier les interactions entre vent solaire et atmosphère martienne
  • D’analyser les mécanismes d’échappement atmosphérique.

Le dispositif MARS a permis : 

  • L’étude de la structure de l’atmosphère ;
  • L’analyse du champ de gravité ;
  • La caractérisation des propriétés physiques de la planète.

Mars Express a également fourni des observations détaillées de la lune martienne Phobos :

  • Imagerie haute résolution de la surface ;
  • Étude de sa forme, de sa structure et de ses propriétés physiques.


Ces données sont essentielles pour préparer les futures missions d’exploration du système martien.

La mission embarquait également un atterrisseur, Beagle 2, destiné à rechercher des traces de vie passée ou présente à la surface de Mars. Après son largage en décembre 2003, aucun contact n’a pu être établi.

En 2005, une grande découverte scientifique a été obtenue grâce au spectromètre-imageur OMEGA. L’infrarouge a permis de connaître la composition moléculaire et minéralogique du sol de Mars, notamment avec la découverte de roches sédimentaires, des argiles et des sulfates hydratés, occasionnant une rupture forte dans la connaissance de la planète.

Francis Rocard

  • Expert thématique Système solaire au CNES

Déroulement du projet

  • 2026 : mission étendue

    Après deux années d’exploitation nominale, la mission est prolongée à plusieurs reprises a minima jusqu’à fin 2026.

  • 25 décembre 2003 : insertion en orbite martienne

    Le 25 décembre 2003, Mars Express a réussi sa mise en orbite grâce à une manœuvre autonome critique de freinage.

  • 19 décembre 2003 : largage de Beagle 2

    Le 19 décembre 2003, l’atterrisseur a été largué sur une trajectoire balistique vers la surface martienne. Cette phase, entièrement passive, présentait un risque élevé. Aucun signal n’a été reçu après l’entrée dans l’atmosphère.

  • Juin 2023 : phase de croisière

    Durant le transit, plusieurs corrections de trajectoire ont été réalisées, tandis que les instruments scientifiques étaient vérifiés.

  • 1997 : lancement et transfert vers Mars

    Mars Express a été lancée depuis Baïkonour par un lanceur Soyouz équipé d’un étage supérieur Fregat, pour une croisière qui a duré seulement sept mois.

Lancement

Mars Express a décollé le 2 juin 2003 depuis Baïkonour à 17 h 45 min 26 TU, profitant d’une conjonction rare où Mars passait à moins de 56 millions km de la Terre – un phénomène qui ne se répète que tous les 15‑17 ans. Propulsé par un Soyouz équipé d’un étage supérieur Frégat, le vaisseau a suivi une trajectoire optimisée, déployé ses panneaux solaires et transmis son premier état de santé avant d’entamer le voyage qui, grâce à ce rapprochement, n’a duré que sept mois au lieu des neuf à douze habituels.
 

Largage de Beagle 2 et mise en orbite

Le 16 décembre, Mars Express a adopté une trajectoire de collision avec Mars afin de libérer l’atterrisseur autonome Beagle 2, qui a été largué le 19 décembre sur une trajectoire balistique. Sans propulsion propre, Beagle 2 a disparu après son lâcher. Immédiatement après, l’orbiteur a allumé son moteur principal pour sortir de la trajectoire de collision, se placer sur une orbite d’évitement et être capturé par la gravité martienne, marquant ainsi le début de sa mission d’observation.

Organisation

La mission Mars Express est développée dans le cadre du programme scientifique de l’ESA, avec une forte contribution européenne.
 

Rôle du CNES

Le CNES a joué un rôle majeur dans la mission :

  • Soutien technique et financier au développement des instruments OMEGA et SPICAM ;
  • Participation scientifique à plusieurs instruments ;
  • Réalisation du segment sol pour l’instrument ASPERA-3.


Laboratoires français impliqués :

  • Institut d’Astrophysique Spatiale (IAS)
  • LESIA (aujourd’hui LIRA, Observatoire de Paris)
  • LATMOS (ex Service d’Aéronomie)
  • CESR (aujourd’hui IRAP)


Ces équipes assurent la conception, l’exploitation et l’analyse des données scientifiques.