Objectifs de l’ISAR

Les instruments pour des missions spatiales in situ vers des corps extraterrestres devraient idéalement être calibrés par un ensemble commun d’échantillons pertinents. Cette approche multi-instruments devrait permettre d’améliorer la complémentarité entre les différents instruments et d’optimiser leurs performances, aussi bien avant que durant les missions.

Du fait de la mission actuelle MSL et de la future mission ExoMars 2020 (voir plus bas pour plus d’information sur l’exploration de Mars), la sélection des échantillons se concentre principalement sur les matériaux analogues de Mars. La collection initiale inclus des basaltes (ultramafiques, altérés, andésitiques, silicifiés par hydrothermalisme); des sédiments (volcaniques, biolaminés, gisements de fer rubané); et des minéraux (silice, évaporites, argiles, oxydes de fer). Cet ensemble d’échantillons augmente régulièrement. Tous les échantillons ont été caractérisés morphologiquement, pétrologiquement, et geochimiquement par différents types d’analyses susceptibles d’être utilisées durant une mission in situ: description macroscopique, microscopie optique, analyse minéralogique (DRX, spectroscopies Raman et IR), et des analyses élémentairee (EDX, microsonde électronique, ICP-MS/OES).

Missions vers Mars

Partie I: l’exploration actuelle et passée de Mars

Plus de 40 missions ont été envoyées vers Mars. Après Viking 1 et 2, lancés par la NASA en 1975 (plus d’information), les scientifiques ont dû attendre un long moment pour de nouvelles observations de la geologie de Mars. Cette partie retrace l’historique des missions passées et des instruments utilisés ayant servi de base à ce projet.

Les missions martiennes sont de deux types : les missions en orbite et les missions de surface.

Les missions en orbite fournissent notamment des informations sur la minéralogie globale. En 1996, la première sonde après Viking à avoir été lancée vers Mars fut MGS (plus d’information). Ce satellite de la NASA et du JPL contenait la caméra Mars Orbiter Camera (MOC), le Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) et le Thermal Emission Spectrometer (TES). Cette mission fut essentielle pour l’obtention de la carte topographique de Mars. En 2001, la NASA envoya la mission Mars Odyssey (plus d’informations). Cet orbiteur contenait le Thermal Emission Imaging System (THEMIS) et le Gamma Ray Spectrometer (GRS).

La mission suivante, nommée Mars Express, a été envoyée par l’ESA le 2 juin 2003 (plus d’informations). Cette sonde contient une caméra stéréoscopique (la High Resolution Stereo Camera, HRSC), un spectromètre infrarouge (le Planetary Fourier Spectrometer, PFS), et un spectro-imageur-infrarouge OMEGA (Observatoire pour la Minéralogie, l’Eau, les Glaces et l’Activité). NASA Mars Reconnaissance Orbiter, MRO plus d’information), a été envoyé en 2005. Ce satellite est équipé d'une caméra HD, High Resolution Imaging Science Experiment (HIRISE), founisaant des images en haute résolution de la surface de Mars, du Mars Color Imager (MARCI) pour imager la surface, et du Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer to Mars (CRISM). Finalement, l'ESA a lancé le Trace Gas Orbiter (TGO) dans la cdare de la mission ExoMars 2016. L'objectif de TGO est d'analyser la composition de l'atmosphère, en particulier pour détecter du méthane potentiellement associé à des processus biologiques. Cette sonde spatiale servira égalemanet de relais de télécommunication pour le rover de la mission ExoMars 2020.

Les missions de surface incluent les atterrisseurs et les rovers (ou astromobiles). Le 4 juillet 1997, le premier rover, Sojourner de la mission Mars Pathfinder de la NASA, atterrissait à la surface de Mars (plus d’information). Ce petit robot explora le site d’Inres Vallis et étudia plusieurs roches, telles que "Yoggi", "Scooby Doo" et "Moe", avec des caméras et avec l'Alpha Proton X-ray Spectrometer (APXS) pour obtenir des informations sur la composition. La mission suivante de la NASA a envoyé les robots MERs (plus d’informations) durant l’été 2003. Cette mission était constituée de deux rovers, Spirit et Opportunity. Spirit a atterri à Gusev crater et Opportunity à Meridiani Planum en janvier 2004. Ces rovers jumeaux étaient équipés d’un mât avec deux caméras dont une camera panoramique, d’un bras équipé d’un outil d’abrasion, le Rock Abrasive Tool (RAT), d'un APXS, d'un Mössbauer et d'un Microscope Imager (MI) pour l’interprétation des roches et des minéraux. Un spectromètre infrarouge était placé en haut du mât. La mission Phoenix de la NASA (plus d’informations) atterrit à Vastitas Borealis au pôle nord de Mars en 2008, où l’atterrisseur observa des traces de glace d’eau et des carbonates. La dernière mission à s’être posée sur Mars est MSL le 6 août 2012 (plus d’informations) avec le rover Curiosity. Ce dernier est un véritable géologue sur roues! Il est équipé de différentes caméras (MastCam sur le mât, et Mars Hand Lens Imager –MAHLI-, sur le bras) et de différents instruments dédiés à l’analyse minéralogique et géologique, tel qu'un Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS, sur ChemCam), un DRX et un XRF, ainsi que des instruments APXS et de Sample Analysis at Mars (SAM) pour l’analyse des molécules organiques. Toutes ces sondes sauf Phoenix se sont posées dans des régions proches de l’équateur.

MSL a plusieurs objectifs.

En biologie:

(i) Déterminer la nature et faire l’inventaire des composes carbonés organiques;

(ii) Faire l’inventaire des éléments constitutive du vivant (carbone, hydrogène, azote, oxygène, phosphore, et soufre);

(iii) Identifier des structures pouvant être le fruit d’une activité biologique.

En géologie et géochimie:

(i) Déterminer la composition chimique, isotopique, et minéralogique des roches du proche sous-sol et de la surface;

(ii) Comprendre les processus à l’origine de la formation et de la modification des roches et des sols.

En planétologie:

(i) Comprendre l’évolution des processus atmosphériques à long terme (i.e. sur 4 milliards d’années);

(ii) Etudier la distribution actuelle et le cycle de l’eau et du dioxyde de carbone.

En physique:

Caractériser le spectre moyen des radiation de surface, dont les rayons cosmiques, les protons issus d’événements solaires, et les neutrons secondaires.

Partie II: l’exploration future de Mars

En 2001, l’ESA a initié le programme Aurora, un plan à long terme pour l’exploration robotisée et humaine du système solaire, en particulier de Mars, et pour la recherche de vie extraterrestre. La première étape de cette exploration est la mission ExoMars (plus d’informations). ExoMars a été redéfinie plusieurs fois depuis le début du projet. Dans sa version actuelle, la mission est cofinancée par l’ESA et Roscosmos, l’agence spatiale russe. Cette mission prévue pour 2016 et 2020 est particulièrement ambitieuse, ses objectifs étant de :

• (i) trouver de possible biosignatures ou traces de vie présente ou passée;
• (ii) caractériser la distribution de l’eau de la géochimie en fonction de la profondeur dans le proche sous-sol (jusqu’à 2 mètres) ;
• (iii) étudier l’environnement à la surface;
• (iv) étudier la subsurface de la planète et de son intérieur afin de mieux comprendre l’évolution de conditions d’habitabilité de Mars;
• (v) le test et la mise au point de méthodes the en vue de la préparation d’une future mission de retour d’échantillons.

La première partie de la mission a été le lancement de Trace Gas Orbiter (TGO) et du Descent and Landing Demonstrator Module (EDM) en 2016. L'EDM était un atterrisseur ayant pour objectif d'étudier les poussières de l'atmosphère martienne durant la descente et de réaliser plusieurs mesures météorologiques au sol. Malheureusement, son atterrissage ne s'est pas bien déroulé. La seconde partie de la mission sera le lancement du rover en 2020. L'originalité de ce rover sera se capacité à réaliser des prélevements par carrotage à près de 2 m de profondeur. Le rover ExoMars 2020 sera équipé d'une caméra panoramique (PanCam) et d'un spectromètre infrarouge longue distance (ISEM) sur son mât, d'un radar pour le sous-sol (WISDOM), d'une caméra haute résolution Close-up Imager (CLUPI), d'un détécteur d'eau en subsurface et dans les minéraux hydratés (ADRON), d'une GC-MS par désorption laser (MOMA) (Ma-MISS), et sepctromètres infrarouge (Ma_MISS et MicrOmega-IR) et d'un spectromètre Raman (RLS) pour l'étude des mineraux. Parallèlement, la NASA doit envoyer le rover Mars 2020 avec des objectifs astrobiologiques similaires. Il sera équipé d'une caméra stéréoscopique (Mastcam-Z) et d'instruments longue portée pour l'analyse chimique et minéralogique (SuperCam), X-ray fluorescence imaging spectrometry (PIXL), d'un radar pour le sous-sol (RIMFAX), et d'un spectromètre Raman (SHERLOC). La constitution de l'ISAR a été réalisée avec ces misisons en tête, et propose des données comparables à celle obtenues in situ sur d'autres corps de système solaire.

Missions vers d’autres corps du système solaire

Actuellement, les échantillons de l’ISAR sont principalement analogues de Mars. Cependant, en fonctions des nouvelles missions, de nouveaux échantillons devraient être ajoutés à la collection. Cette partie sera alors complétée en fonction.

EURO-CARES

L'équipe de l'ISAR est également impliqué dans le projet European Curation of Astromaterials Returned from Exploration of Space (EURO-CARES), dont l'objectif est de mener une réflexion sur l'élaboration d'un centre de curation européen de roches extraterrestres rapportés sur Terre lors de futures missions spatiales. L'ISAR est particulièrement pertinente pour le Work Package 5: analogue samples as proxies for extraterrestrial materials du projet EURO-CARES. Plus d'information sur ce projet sont disponibles via www.euro-cares.eu ou le site dédié au WP5.