Contexte

En 2012, la mission Mars Science Laboratory (MSL) de la NASA envoyait sur la planète Mars un véhicule robotisé autonome de dimensions et de capacités inédites : 900 kg dont 80 kg de charges utiles. Ce rover, Curiosity, a notamment montré que Mars avait été habitable dans un passé lointain, grâce en particulier à ChemCam, un instrument scientifique franco-américain qui caractérise les roches et les sols en analysant la lumière renvoyée par un tir laser à distance. Le rover, toujours en activité sur la planète rouge, a permis de grandes avancées sur la connaissance de la géologie et du climat martiens.

Dans le prolongement de ce programme, la NASA a développé un successeur de Curiosity pour déterminer si la planète avait réellement été habitée. Il s’agit du rover Perseverance, qui arpente le sol de Mars à la recherche de traces de vie microbienne et qui collecte des échantillons, dans l’objectif de pouvoir les rapporter sur Terre durant la prochaine décennie. Cette mission Mars 2020, s’est posé sur Mars en 2021. De conception similaire à Curiosity, Perseverance emporte de nouveaux instruments scientifiques et de nombreuses innovations instrumentales et fonctionnelles. Parmi les nouveautés, SuperCam - une version améliorée et encore plus sophistiquée que ChemCam - réunit 5 techniques de mesure pour analyser les roches. Il a bénéficié d’une contribution française majeure sous maîtrise d’ouvrage du CNES.

Les objectifs scientifiques de Perseverance sont multiples. Les investigations du rover sont destinées à caractériser les processus de formation et d’évolution de la surface martienne sur des terrains anciens sélectionnés pour leur diversité géologique. L’étude des minéraux (roches et sols) à différentes échelles jusqu’à l’échelle microscopique doit permettre de comprendre comment ils se sont formés. Elle vise aussi à confirmer l’habitabilité de la planète, en étudiant les altérations provoquées par des environnements compatibles avec la présence de formes de vies passées (environnement aqueux, présence de composés organiques).

Des résultats sont aussi attendus dans le domaine de l’exobiologie : Perseverance recherche de traces de vie anciennes en détectant d’éventuelles biosignatures sur les sites géologiques sélectionnés.

Le rover est équipé d’un système de collecte et de conservation d’échantillons. Certains instruments sont utilisés pour déterminer les sites de prélèvement adéquats et pour identifier les échantillons à stocker. Ceux-ci sont collectés puis conditionnés dans des conteneurs hermétiques, scellés et stockés au sol. L’objectif est de les récupérer et de les rapporter sur Terre dans le cadre du programme de retour d’échantillons Mars Sample Return (MSR). La NASA étudie les scénarios de futures missions pour effectuer ces retours d’échantillons dans la prochaine décennie.

Enfin, Perseverance prépare de futurs vols habités et l’exploration humaine de Mars. Sur ce volet, la mission réalise une première démonstration de technologies d’utilisation des ressources in situ (ISRU, In situ Ressource Utilization) en produisant de l'oxygène à partir du gaz carbonique de l'atmosphère martienne. Elle cherche à caractériser la taille et la morphologie des poussières atmosphériques afin de comprendre leurs effets sur les instruments, les matériaux et la santé humaine. Le rover collecte des données météorologiques à la surface pour valider les modèles atmosphériques globaux.

Déroulé du projet

À la suite du succès de la mission Mars Science Laboratoy et du rover Curiosity, la NASA lance en 2013 le projet d’une nouvelle mission d’exploration, baptisée Mars 2020. Ce programme qui fait l’objet d’une coopération internationale s’appuie sur un nouveau rover, Perseverance, reprenant dans les grandes lignes l’architecture de son prédécesseur. Au terme d’un appel d’offres international, la NASA sélectionne 7 instruments scientifiques qui seront embarqués sur le rover. Parmi les propositions retenues, l’instrument SuperCam, dont le développement fait l’objet d’un accord de coopération entre la NASA et le CNES. En 2018, la Nasa annonce que Perseverance sera également accompagné par un hélicoptère expérimental de 1,8 kg, le Mars Helicopter Scout Ingenuity.

Le site choisi pour accueillir le rover est un cratère de 50 km de diamètre, du nom de Jezero, sélectionné à la fois parce qu’il répond bien aux contraintes techniques d’un atterrissage sur Mars et pour sa diversité minéralogique et géologique. Le cratère, qui a abrité un lac et un delta de rivière par le passé, constitue potentiellement un endroit favorable à la découverte de traces de vie.

Le lancement a lieu le 30 juillet 2020 depuis la base de Cap Canaveral, en Floride, à bord d’une fusée Atlas V. Au terme d’un voyage de 9 mois, Perseverance se pose sur Mars le 18 février 2021. Initialement prévues pour durer au moins une année martienne et demie (mission nominale d’environ 1030 jours terrestres), les opérations de Perseverance se poursuivent : 4 ans jour pour jour après l’atterrissage du rover, l’instrument SuperCam a effectué son 500000^e tir laser le 18 février 2025.

Organisation

Mars 2020 est une mission de la NASA développée par le Jet Propulsion Laboratory (JPL) centre de recherche situé à Pasadena, en Californie, et géré par le California Institute of Technology (Caltech).

Le CNES est responsable de la contribution française à SuperCam, l’un des 7 instruments du rover Perseveance, qui étudie la chimie et la minéralogie des roches et des sols de Mars. Cet ensemble instrumental est développé conjointement par le Los Alamos National Laboratory (LANL, États-Unis) et l’IRAP (Toulouse), avec une contribution espagnole pilotée par l’Université de Valladolid, pour les cibles de calibration.

Le CNES, le CNRS et des universités fournissent les ressources humaines. De nombreux laboratoires ont participé à la fabrication de l’instrument, à sa qualification et à sa calibration scientifique :

• IRAP, Toulouse
• Laboratoire d’études spatiales et d’instrumentation en astrophysique (LESIA, Meudon)
• Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux (LAB)
• Laboratoire atmosphère, milieux, observation spatiales (LATMOS, Guyancourt)
• Institut supérieur de l’aéronautique et de l’espace (ISAE-Supaéro, Toulouse)
• Observatoire Midi-Pyrénées (OMP, Toulouse)
• Institut d’astrophysique spatiale (IAS, Orsay)

D’autres laboratoires français ont développé des activités qui ont contribué à la conception des instruments et participent maintenant aux opérations à la surface de Mars :

• Institut de planétologie et d’astrophysique de Grenoble (IPAG)
• Institut des sciences de la Terre (ISTerre, Grenoble)
• Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie (IMPMC, Paris)
• Laboratoire de planétologie et géodynamique de Nantes (LPGN)
• Laboratoire de géologie de Lyon, Terre, planète environnement (LGLTPE)
• Laboratoire ondes matières Aquitaine (LOMA, Bordeaux)
• Laboratoire de recherche en géologie GeoRessources (Nancy)
• Laboratoire de physique de l’homme appliquée à son environnement (PHASE, Toulouse)

Le centre des opérations scientifiques de SuperCam est implanté au Centre spatial de Toulouse, au sein du Focse Mars 2020. Chaque jour, en alternance avec le LANL, des ingénieurs et scientifiques français et européens surveillent et programment l’instrument, préparent les plans de mission et traitent les données scientifiques, en lien permanent avec le JPL.