CNES, l’agence spatiale française

Chapitre 1 · 1961 – 1979 L’agence spatiale de la France

Le Centre national d’études spatiales naît en 1961. En moins de vingt ans, il donne à la France un lanceur, une base en Guyane, et à l’Europe la fusée Ariane.

De Gaulle et Astérix

Le 19 décembre 1961, le président Charles de Gaulle fonde le Centre national d’études spatiales, le CNES. Selon l’agence elle-même, il s’agit de faire de la France une puissance spatiale indépendante, dans le contexte de la guerre froide. Le 26 novembre 1965, depuis la base d’Hammaguir, en Algérie, la première fusée française, Diamant, place en orbite le premier satellite français, Astérix. Le mandat est rempli : la France devient la troisième puissance spatiale du monde, après les États-Unis et l’Union soviétique. La même année est créé le Centre spatial guyanais, à Kourou ; en 1968, le Centre spatial de Toulouse.

Ariane et l’Europe

En 1973, le programme Ariane est lancé. En 1975, quand l’Agence spatiale européenne est créée, le CNES en devient le premier contributeur. Le 24 décembre 1979, Ariane 1 effectue son premier vol. C’est le début d’une longue série de réussites, que raconte le chapitre suivant.

Sources : CNES, « History » (fondation le 19 décembre 1961 par Charles de Gaulle, mandat d’indépendance dans le contexte de la guerre froide, troisième puissance spatiale en 1965, Diamant et Astérix le 26 novembre 1965 depuis Hammaguir, Centre spatial guyanais en 1965, Centre spatial de Toulouse en 1968, Ariane en 1973, l’ESA en 1975 et le CNES premier contributeur, Ariane 1 le 24 décembre 1979).

Chapitre 2 · 1978 – 2024 Un demi-siècle de grandes missions

Avant de toucher Mars, le CNES apprend à tout faire dans l’espace : suivre des animaux, sauver des naufragés, photographier la Terre, mesurer les océans, envoyer un Français en orbite, ravitailler une station et chercher des planètes autour d’autres étoiles.

Des satellites au service de la vie sur Terre

En 1978 apparaît le système Argos. De petites balises, fixées sur des animaux, transmettent leur position à des satellites : méduses géantes, aigles royaux ou éléphants de mer sont ainsi suivis pendant leurs migrations, pour étudier les effets du changement climatique sur la biodiversité.

En 1982 suit Cospas-Sarsat, un système de satellites qui sauve des vies. Skippers, aviateurs et alpinistes emportent des balises de détresse qui, en cas d’urgence, permettent de les localiser et d’alerter les secours.

En 1986, SPOT-1 est, selon le CNES, le premier satellite civil d’imagerie de la Terre à haute résolution. Plusieurs générations lui succèdent, qui cartographient les forêts et surveillent les catastrophes naturelles ; la famille Pléiades a pris aujourd’hui le relais. En 1995, Helios, premier satellite militaire d’observation français, fournit aux armées des images de n’importe quel point du globe et garantit à la France une décision stratégique indépendante. En 2001, Jason inaugure une famille de satellites qui mesurent le niveau de la mer, la hauteur des vagues et la vitesse du vent, au service des prévisions océaniques et de l’étude du climat.

Le premier Français dans l’espace

Le 24 juin 1982, Jean-Loup Chrétien devient le premier astronaute français à partir dans l’espace. Les pages consultées du CNES ne racontent pas sa mission en détail, et nous ne le faisons donc pas ici ; elles en retiennent la date, qui ouvre pour la France l’ère du vol habité.

Ravitailler la Station spatiale internationale

De 2008 à 2015, cinq cargos européens ATV ravitaillent la Station spatiale internationale. Chacun peut emporter jusqu’à huit tonnes de fret. Contrôlés depuis le CNES, ils s’amarrent à la station avec une précision millimétrique. C’est une compétence rare : approcher seul, sans pilote, un ensemble habité de plusieurs centaines de tonnes, et s’y accrocher sans le heurter.

Regarder loin

En 2006, le télescope spatial CoRoT part à la recherche d’étoiles et d’exoplanètes, c’est-à-dire de planètes en orbite autour d’autres étoiles que le Soleil ; il en identifie trente-quatre. En 2013, Gaia entreprend de cartographier en trois dimensions plus d’un milliard d’étoiles de la Voie lactée, avec une précision qui, selon le CNES, fait entrer l’astronomie dans l’ère des données massives. En 2014, l’atterrisseur Philae se pose sur une comète : le chapitre suivant lui est consacré.

En 2016, l’Europe met en service Galileo, son propre système de positionnement par satellites. Grâce à sa constellation de trente satellites, il permet, selon le CNES, de se localiser à un mètre près n’importe où sur le globe, mieux que le GPS américain ; trois milliards de téléphones en sont aujourd’hui équipés.

En 2021, une fusée Ariane 5 lance le télescope spatial James Webb, qui emporte des instruments français. Il a déjà livré des images spectaculaires : l’image la plus lointaine jamais obtenue de l’Univers primitif, des étoiles naissantes ou mourantes, des galaxies en interaction. Au cours de sa carrière de vingt-sept ans, Ariane 5 a contribué à de nombreuses missions scientifiques. En juillet 2024, sa remplaçante, Ariane 6, réussit son premier vol, et prolonge l’histoire d’Ariane, l’un des tout premiers programmes de l’agence.

Sources : CNES, « History » (Argos en 1978 et les espèces suivies ; Cospas-Sarsat en 1982 ; SPOT-1 en 1986, premier satellite civil d’imagerie à haute résolution, Pléiades ; Helios en 1995 ; Jason en 2001 ; Jean-Loup Chrétien le 24 juin 1982 ; CoRoT en 2006 et 34 planètes ; ATV de 2008 à 2015, cinq cargos, huit tonnes, amarrage millimétrique contrôlé depuis le CNES ; Curiosity en 2012 ; Gaia en 2013 ; Philae en 2014 ; Galileo en 2016, 30 satellites, précision d’un mètre, trois milliards de téléphones ; James Webb en 2021 par Ariane 5 ; carrière de 27 ans d’Ariane 5 ; premier vol d’Ariane 6 en juillet 2024). La définition d’une exoplanète et la remarque sur l’amarrage sans pilote sont les nôtres.

Chapitre 3 · 1993 – 2016 Rosetta et Philae, dix ans pour atteindre une comète

Pour rejoindre une comète, la sonde européenne Rosetta tourne dix ans dans le système solaire et frôle Mars au passage. À son bord, des instruments et un centre d’opérations français.

Pourquoi une comète

Les comètes se sont formées en même temps que le système solaire, il y a environ 4,5 milliards d’années, bien avant les planètes. Les étudier, c’est donc regarder la matière telle qu’elle était à la naissance de notre système solaire. C’est l’objectif de Rosetta : se mettre en orbite autour de la comète 67P/Tchourioumov-Guérassimenko, que les Français surnomment « Tchouri », l’observer pendant qu’elle s’approche du Soleil, et poser à sa surface un atterrisseur, Philae, chargé d’analyser son sol, ses propriétés physiques et son activité.

La mission fait partie du programme Horizon 2000 de l’Agence spatiale européenne, qui décide en 1993 de construire la sonde. Le développement proprement dit commence le 24 octobre 2001. À eux deux, l’orbiteur et son atterrisseur emportent vingt et un instruments : onze sur l’orbiteur, dix sur l’atterrisseur.

La part française

La France contribue à Rosetta de plusieurs façons. Pour l’orbiteur, le CNES assure la maîtrise d’ouvrage de CONSERT, un radar de sondage conçu par l’Institut de planétologie et d’astrophysique de Grenoble, le LATMOS et l’Institut Max-Planck de recherche sur le système solaire, en Allemagne : il doit étudier la structure interne du noyau de la comète. Pour l’atterrisseur, le CNES fournit les piles et les batteries. Il assure aussi la maîtrise d’ouvrage de CIVA, le dispositif d’imagerie de Philae, développé par l’Institut d’astrophysique spatiale d’Orsay et le Laboratoire d’astrophysique de Marseille. Enfin, il est responsable du SONC, le centre des opérations scientifiques et de navigation de la mission. L’orbiteur lui-même est réalisé par l’industriel Airbus Defence and Space en Allemagne.

Un long détour par Mars

Le 2 mars 2004, une fusée Ariane 5 lance Rosetta. Plutôt que de filer droit vers sa comète, la sonde va gagner de la vitesse en frôlant des planètes, une technique appelée « assistance gravitationnelle », où la gravité d’une planète accélère et réoriente un engin qui passe près d’elle. Rosetta repasse près de la Terre le 4 mars 2005, puis frôle Mars le 25 février 2007. C’est lors de ce survol qu’elle photographie la planète rouge. Elle revient vers la Terre le 13 novembre 2007, puis une troisième fois le 13 novembre 2009.

En chemin, elle survole deux astéroïdes : Steins le 5 septembre 2008, Lutèce le 10 juillet 2010. Puis, le 8 juin 2011, elle est mise en sommeil pour une longue partie de son voyage.

Tchouri

Réveillée, Rosetta commence ses observations rapprochées en juillet 2014 et se place en orbite autour de la comète le 10 septembre 2014. Le 27 octobre, l’ESA choisit le site d’atterrissage de Philae. Le 12 novembre 2014, la sonde éjecte l’atterrisseur, qui se pose sur la comète. Les pages consultées du CNES ne détaillent pas les péripéties de cet atterrissage ; nous ne les racontons donc pas.

Rosetta observe la comète pendant dix-huit mois. Le 30 septembre 2016, au terme de douze ans de mission, les équipes posent volontairement la sonde elle-même sur la comète, un atterrissage contrôlé qui marque la fin de la mission.

Sources : CNES, « Rosetta », pages française et anglaise (objectifs ; formation des comètes il y a 4,5 milliards d’années ; programme Horizon 2000 ; décision de 1993 ; phase C/D le 24 octobre 2001 ; 21 instruments, 11 et 10 ; CONSERT et ses laboratoires ; piles et batteries de l’atterrisseur ; SONC ; CIVA, IAS et LAM ; Airbus Defence and Space Allemagne maître d’œuvre de l’orbiteur ; lancement le 2 mars 2004 par Ariane 5 G+ ; assistances gravitationnelles de la Terre le 4 mars 2005, de Mars le 25 février 2007, de la Terre les 13 novembre 2007 et 2009 ; Steins le 5 septembre 2008 ; Lutèce le 10 juillet 2010 ; mise en sommeil le 8 juin 2011 ; observations en juillet 2014 ; orbite le 10 septembre 2014 ; choix du site le 27 octobre 2014 ; Philae le 12 novembre 2014 ; dix-huit mois d’observation ; fin le 30 septembre 2016 par atterrissage contrôlé) ; CNES, dossier « Planète Mars » (image de Mars prise par Rosetta en 2007). L’explication de l’assistance gravitationnelle est la nôtre.

Chapitre 4 · 1965 – 2028 Une chance sur deux

Depuis plus de soixante ans, les humains envoient des engins vers Mars, et la moitié au moins échouent. Le CNES le rappelle sans détour, et l’Europe en a fait l’expérience.

La planète la plus explorée

Mars est, selon le CNES, la planète la plus explorée du système solaire. Elle est relativement accessible : elle se trouve en moyenne à 225 millions de kilomètres de la Terre, contre 591 millions pour Jupiter. Son exploration commence moins de dix ans après Spoutnik, avec la sonde américaine Mariner 4, qui la survole en 1965 et confirme qu’il n’y a ni canaux ni vie à sa surface, contrairement à ce qu’avaient imaginé certains astronomes de la fin du XIXᵉ siècle. Près d’une soixantaine d’engins, surtout soviétiques et américains, se sont depuis approchés de Mars, et certains s’y sont posés.

Une chance sur deux

Selon le CNES, le taux de réussite des missions martiennes ne dépasse pas 50 % : une chance sur deux de se « louper ». Certaines missions échouent totalement, comme l’orbiteur japonais Nozomi, qui n’a pas pu atteindre Mars à cause d’une grave anomalie électrique. D’autres sont des succès en demi-teinte.

C’est le cas de la première mission européenne ExoMars. Elle reposait sur deux engins : un satellite, le Trace Gas Orbiter, à placer en orbite, et un atterrisseur, Schiaparelli, à poser sur le sol. Schiaparelli s’est écrasé. Mais pendant sa descente, il a transmis des informations techniques qui ont permis de comprendre la cause de l’échec : une anomalie du logiciel de bord. Le Trace Gas Orbiter, lui, fonctionne depuis 2016.

Les rovers vont de plus en plus loin

Les engins posés sur Mars ne cessent de progresser. Viking 1 et 2, à la fin des années 1970, sont les premiers à se poser et à survivre ; ils réalisent les premières analyses du sol martien sur place, alors qu’on ne disposait jusque-là que de météorites martiennes. En 1997, le petit rover Sojourner parcourt une centaine de mètres. Entre 2004 et 2018, Opportunity en parcourt 45 kilomètres.

La surface reste hostile. Curiosity, lourd comme une petite voiture, a subi des pannes électroniques dues aux rayonnements, et les cailloux tranchants abîment ses roues. Une tempête de poussière a fait perdre le contact avec Opportunity. Le CNES rappelle aussi qu’il fait en moyenne −60 °C à la surface de Mars, que l’atmosphère, composée à 96 % de gaz carbonique, est très fine et retient mal la chaleur du Soleil, et que la gravité n’y vaut que 38 % de celle de la Terre, si bien que la poussière s’envole au moindre souffle et reste en suspension.

Rosalind Franklin, le rover qui attend

Le premier rover européen, Rosalind Franklin, emporte lui aussi des participations françaises. Il devait décoller en septembre 2022 sur un lanceur russe, mais la guerre en Ukraine a conduit à retarder son lancement : ses conséquences politiques touchent la coopération scientifique. Ce rover doit forer jusqu’à deux mètres de profondeur, pour analyser des roches mieux protégées des rudes conditions de la surface, qui pourraient garder davantage d’informations sur la chimie qui a précédé la vie. Le CNES prévoit désormais son départ en 2028.

Pourquoi Mars intéresse aussi la Terre

Les auteurs de l’article publié par le CNES pour les dix ans de Curiosity soulignent un dernier intérêt. Sur Terre, les roches très anciennes, témoins de l’apparition de la vie, ont été effacées par la tectonique des plaques. Sur Mars, cette tectonique n’a pas existé ou a été très limitée : on y trouve donc des roches conservées depuis des milliards d’années, formées sans doute dans un environnement proche de celui de la jeune Terre. Étudier Mars, c’est aussi chercher notre propre genèse.

Sources : CNES, dossier « Planète Mars » (planète la plus explorée ; distances moyennes de 225 et 591 millions de km ; Mariner 4 en 1965, absence de canaux et de vie ; théorie des canaux de la fin du XIXᵉ siècle ; près d’une soixantaine d’engins ; taux de réussite d’au plus 50 % ; Nozomi et son anomalie électrique ; ExoMars, TGO et Schiaparelli, anomalie logicielle, TGO opérationnel depuis 2016 ; Viking 1 et 2, premières analyses sur place ; Sojourner 100 m, Opportunity 45 km de 2004 à 2018 ; pannes de Curiosity dues aux rayonnements, roues abîmées, masse comparable à une Twingo ; tempête et perte de contact avec Opportunity ; −60 °C en moyenne ; 96 % de CO₂ ; gravité de 38 % ; poussière en suspension ; Rosalind Franklin en 2028) ; CNES et The Conversation, « 10 ans de Curiosity », 6 août 2022 (participations françaises à Rosalind Franklin ; lancement prévu en septembre 2022 sur lanceur russe, retardé par la guerre en Ukraine ; forage à 2 m ; tectonique des plaques et roches anciennes). Le CNES compare Curiosity à une Twingo ; nous écrivons « une petite voiture ».

Chapitre 5 · 1996 – 2026 Mars Express, la doyenne européenne

Prévue pour deux ans, la sonde européenne Mars Express tourne autour de Mars depuis plus de vingt ans. Deux de ses trois instruments principaux ont été réalisés sous maîtrise d’œuvre française.

Naissance d’une mission

Le projet commence à la fin de 1996 sous le nom de « Mars 2001 ». Au début de 1997, l’Agence spatiale européenne donne son feu vert à la mission, rebaptisée Mars Express, dans le cadre de son programme scientifique Horizon 2000. Ses buts : cartographier la planète, analyser sa surface et son sous-sol, et étudier son atmosphère. Cinq laboratoires français y contribuent.

Le départ et l’arrivée

Le 2 juin 2003, une fusée Soyouz lance la sonde, qui pèse, avec son petit atterrisseur, 1 108 kilogrammes. Le 19 décembre, Mars Express libère cet atterrisseur, Beagle 2. Le 25 décembre 2003, la sonde se place en orbite autour de Mars ; le même jour, Beagle 2 doit se poser, mais le contact avec lui ne sera jamais établi.

Son orbite est elliptique et passe presque au-dessus des pôles, avec une inclinaison de 86 degrés : l’altitude de la sonde varie entre 250 et 11 500 kilomètres. De là, elle doit cartographier Mars avec une résolution de dix mètres par pixel, et atteint par endroits deux mètres par pixel. Elle doit aussi sonder le sous-sol à la recherche de poches d’eau ou de glace, et analyser finement la composition de l’atmosphère et de l’ionosphère, la couche haute de l’atmosphère chargée électriquement.

OMEGA et SPICAM

Mars Express emporte trois instruments auxquels la France contribue. OMEGA, un spectromètre qui cartographie les minéraux de la surface dans le visible et l’infrarouge, a été conçu à l’Institut d’astrophysique spatiale d’Orsay et au laboratoire LESIA de Meudon. SPICAM, un spectromètre ultraviolet et infrarouge consacré à l’atmosphère, a été développé au LATMOS. Le CNES finance et soutient techniquement OMEGA et SPICAM, et construit le segment sol d’un troisième instrument, ASPERA, qui analyse les plasmas spatiaux et les atomes énergétiques. Selon l’agence, le CNES a joué un rôle central dans le développement et l’exploitation de la mission.

Un spectromètre décompose la lumière en ses différentes couleurs, comme un prisme. Chaque minéral, chaque gaz absorbe ou renvoie certaines couleurs plus que d’autres et laisse ainsi une sorte de signature. En lisant ces signatures depuis l’orbite, OMEGA reconnaît les minéraux du sol, et SPICAM les gaz de l’atmosphère.

L’eau de Mars

En une dizaine d’années, la sonde détecte des argiles et des sulfates hydratés, des minéraux qui portent la marque de l’eau : ils confirment que de l’eau liquide a coulé à la surface de Mars. Elle détermine la nature et le volume de l’eau stockée dans les calottes polaires, et analyse en détail la composition de l’atmosphère et la façon dont elle interagit avec le vent solaire. Ce dernier point touche une question que le CNES résume ainsi : il y a quelques milliards d’années, l’atmosphère de Mars ressemblait à celle de la Terre ; la disparition de son champ magnétique a laissé le vent solaire, un flot de particules chargées venu du Soleil, l’éroder peu à peu.

Phobos de près

Mars Express photographie aussi Phobos, la plus grande des deux petites lunes de Mars, lors de trois survols, en juillet 2008, en mars 2010 et en janvier 2011. Le 3 mars 2010, elle passe à 67 kilomètres seulement de sa surface. Ces images préparent, de loin, la mission japonaise MMX, à laquelle participe le CNES et que raconte la troisième partie de ce livre.

Une longévité exceptionnelle

Prévue pour durer deux ans, une année martienne, la mission est prolongée à de nombreuses reprises par l’ESA : en 2005, en 2009, en 2012, en 2014, en 2016, à la fin de 2018, puis en mars 2023 pour trois ans. En octobre 2023, Mars Express fête sa vingt-cinq millième orbite. Selon le CNES, elle est, avec la sonde américaine Mars Odyssey lancée en 2001, l’une des deux doyennes des sept sondes actives en orbite autour de Mars. Sa mission est prolongée jusqu’à la fin de 2026.

Les orbiteurs ne servent pas qu’à observer. Ils relaient aussi les communications des engins posés au sol : le rover ou l’atterrisseur leur envoie ses données, qu’ils retransmettent vers la Terre. Mars Express a ainsi servi de relais de soutien pour le rover chinois Zhurong.

Sources : CNES, « Mars Express » (projet Mars 2001 fin 1996 ; feu vert de l’ESA début 1997 ; programme Horizon 2000 ; objectifs ; cinq laboratoires français ; lancement le 2 juin 2003 par Soyouz ; 1 108 kg avec l’atterrisseur ; Beagle 2 largué le 19 décembre 2003 et jamais contacté ; mise en orbite le 25 décembre 2003 ; orbite quasi polaire de 86°, de 250 à 11 500 km ; résolution de 10 m, jusqu’à 2 m par pixel ; recherche d’eau et de glace dans le sous-sol ; atmosphère et ionosphère ; OMEGA, IAS et LESIA ; SPICAM et LATMOS ; ASPERA ; rôle central du CNES ; argiles et sulfates hydratés en dix ans ; eau des calottes polaires ; interaction avec le vent solaire ; survols de Phobos en juillet 2008, mars 2010 et janvier 2011, à 67 km le 3 mars 2010 ; prolongations de 2005, 2009, 2012, 2014, 2016, fin 2018 et mars 2023 ; prolongation jusqu’à fin 2026) ; CNES, dossier « Planète Mars » (atmosphère et champ magnétique ; 7 sondes actives, Mars Odyssey et Mars Express doyennes ; 25 000e orbite en octobre 2023 ; durée prévue d’une année martienne ; rôle de relais et soutien à Zhurong). L’explication du spectromètre et de l’ionosphère est la nôtre.

Chapitre 6 · 2005 – 2025 ChemCam et SAM, un laser et un laboratoire sur Curiosity

Le 6 août 2012, un rover de 900 kilogrammes se pose dans le cratère Gale. Deux de ses dix instruments sont franco-américains : un laser qui vaporise les roches à distance, et un laboratoire de chimie qui les chauffe.

Mars a-t-elle été habitable ?

Mars Science Laboratory, une mission du programme d’exploration martienne de la NASA, doit répondre à une question principale : Mars a-t-elle été, un jour, un environnement habitable ? Le développement commence en 2005 ; la fabrication proprement dite en 2006. Le 27 mai 2009, le rover est baptisé Curiosity. En juillet 2011, la NASA choisit le cratère Gale comme site d’atterrissage, et le rover part vers Mars à la fin de novembre 2011, sur une fusée Atlas V. La mission était prévue pour une année martienne, soit 687 jours terrestres ; elle a été prolongée à de multiples reprises.

Le principe de ChemCam

Sur le rover Curiosity, l’instrument ChemCam a été conçu et développé en France et aux États-Unis. Le CNES en est le maître d’ouvrage et finance la contribution française ; l’Institut de recherche en astrophysique et planétologie de Toulouse, l’IRAP, en a la responsabilité technique et scientifique, avec le laboratoire national de Los Alamos, au Nouveau-Mexique. Plus de trois cents personnes y ont travaillé en France, au CNRS, dans les universités, au CNES et dans l’industrie.

Son laser chauffe à plus de 10 000 degrés une surface de roche de moins d’un millimètre carré. Un tout petit fragment de roche passe directement de l’état solide à l’état gazeux, puis se transforme en plasma, un gaz si chaud que ses atomes perdent une partie de leurs électrons. Ce plasma brille, comme une minuscule étincelle. En analysant la lumière de cette étincelle, les scientifiques identifient les atomes présents, et en déduisent la nature de la roche. Cette technique s’appelle la spectroscopie sur plasma induit par laser, ou LIBS, d’après son nom anglais. Selon le CNES, elle permet de doser les éléments principaux des planètes rocheuses, comme le silicium, le fer, le magnésium ou le calcium, mais aussi des éléments légers difficiles à mesurer autrement, comme le lithium, le bore, l’hydrogène et le carbone.

ChemCam est livré au JPL en août 2010. En arrivant sur Mars, son laser est le plus puissant qui ait jamais fonctionné à la surface d’une autre planète ; il le restera jusqu’à l’arrivée de celui de SuperCam, en février 2021.

SAM, le laboratoire de chimie

Le second instrument franco-américain, SAM, est un gros laboratoire de chimie analytique. Avec près de quarante kilogrammes, c’est le plus gros instrument de la mission, la moitié de la masse de tous les instruments du rover. Près de cent personnes y ont travaillé en France, sous la responsabilité du LATMOS et du CNES, en collaboration avec le centre Goddard de la NASA et le JPL. SAM chauffe les échantillons prélevés par le rover à plus de 850 degrés, puis analyse les gaz qui s’en échappent avec trois instruments complémentaires. On apprend ainsi quels minéraux et quels composés organiques contenait la roche. SAM peut aussi analyser l’atmosphère, pour comprendre le climat présent et passé de Mars.

Toulouse à l’heure de Mars

Depuis l’atterrissage, au centre spatial de Toulouse, le centre d’opérations martien du CNES, le FOCSE, accueille une semaine sur deux les équipes françaises qui travaillent en direct avec la NASA. Chaque soir, ingénieurs et scientifiques qui opèrent ChemCam et SAM s’y retrouvent pour surveiller et programmer les instruments, puis récupérer et traiter les données scientifiques.

Cumberland : toutes les conditions de l’habitabilité

Après quelques sols de vérification des instruments, le sol étant le jour martien, Curiosity commence à explorer le cratère. Les scientifiques espèrent y trouver des dépôts laissés par d’anciennes rivières. Un échantillon prélevé sur le site de forage de Cumberland livre une réponse que les auteurs de l’article publié par le CNES qualifient de stupéfiante : Mars a bien réuni, à un moment de son histoire, toutes les conditions de l’habitabilité, de l’eau liquide, de la matière organique et une source d’énergie. Une forme de vie simple aurait pu y exister ; on ne peut pas dire pour autant si le cratère Gale en a abrité une.

Les instruments découvrent aussi de la matière organique, recherchée sur Mars depuis près de quarante ans, et le lit d’une ancienne rivière. Ils constatent en revanche l’absence de méthane, un gaz que rejettent certains organismes vivants sur Terre et dont la présence aurait renforcé l’hypothèse d’une vie martienne.

L’ascension du mont Sharp

Au milieu du cratère Gale s’élève un pic central de plus de 5 500 mètres, Aeolis Mons, surnommé le mont Sharp. Ses flancs exposent un empilement de couches géologiques, comme les pages d’un livre ouvert sur l’histoire de la planète. Le rover y accède vers le sol 750.

L’une des premières couches remarquables s’appelle Vera Rubin Ridge, en hommage à l’astronome Vera Rubin. Vue d’orbite, elle semblait riche en hématite, un oxyde de fer qui se forme souvent dans l’eau. Mais au sol, elle ne s’avère pas beaucoup plus riche en hématite que les terrains voisins. Les géologues appellent « vérité terrain » ce que seules les mesures sur place permettent d’établir : les données d’orbite couvrent toute la planète, celles du sol sont plus précises, et il faut les deux.

Vient ensuite une couche d’argiles. Les argiles intéressent particulièrement l’exobiologie, la science qui étudie la possibilité de la vie ailleurs, car elles sont faites de feuillets empilés, comme un mille-feuille, entre lesquels de la matière organique peut se glisser et se conserver. Plus haut viennent les sulfates, qui pourraient marquer le passage d’une époque riche en eau liquide à une époque de plus en plus aride. En 2022, à l’entrée de la vallée de Gediz Vallis, la mission est reconduite pour trois ans.

Un million de tirs

Le lundi 19 août 2024, les équipes françaises planifient depuis le CNES le millionième tir laser de ChemCam. Il est exécuté deux jours plus tard, le mercredi 21 août, vers 20 h 20, heure française : c’est le sol 4281 de la mission. La cible est un fragment de roche baptisé Royce Lakes, que le rover a lui-même brisé en roulant dessus ; son intérieur blanchâtre tranche sur la surface rouge orangé. Des cristaux de soufre venaient d’être découverts dans une vallée du mont Sharp, et les scientifiques se demandent si cette roche présente les mêmes propriétés. Comme d’habitude, ChemCam vise plusieurs points, cinq en tout, et tire trente fois sur chacun : le millionième tir est le onzième sur le quatrième point. Chaque tir produit un spectre qui enrichit la base de données des compositions martiennes.

La partie française de ChemCam associe le CNES, le CNRS, plusieurs universités, à Toulouse, Bordeaux, Paris, en Lorraine et à Lyon, et le CEA. Pour Valérie Mousset, cheffe de projet de Curiosity au CNES, ces missions ont fait des équipes françaises des « partenaires de confiance » de la NASA.

Sources : CNES, « ChemCam » (question de l’habitabilité ; phase A en 2005 et C/D en 2006 ; baptême du 27 mai 2009 ; choix de Gale en juillet 2011 ; lancement par Atlas V 541 ; atterrissage du 6 août 2012 ; durée d’une année martienne, 687 jours, et prolongations ; rover de 900 kg et dix instruments dont deux franco-américains ; principe LIBS, plus de 10 000 °C, moins d’un mm² ; plus de 300 personnes ; maîtrise d’ouvrage et financement par le CNES, IRAP et LANL ; livraison d’août 2010 ; SAM, près de 40 kg, près de 100 personnes, LATMOS, Goddard et JPL, 850 °C, trois instruments, atmosphère ; FOCSE une semaine sur deux ; résultats : habitabilité passée, lit d’une ancienne rivière, absence de méthane) ; CNES et The Conversation, « 10 ans de Curiosity : ce qu’il faut retenir de la mission », 6 août 2022, article de C. Szopa, É. Lorigny, O. Gasnault, V. Mousset et B. Tonson (vérifications des premiers sols ; Cumberland et les trois conditions de l’habitabilité ; matière organique cherchée depuis près de 40 ans ; mont Sharp de plus de 5 500 m, accès vers le sol 750 ; Vera Rubin Ridge et hématite ; vérité terrain ; argiles et mille-feuille ; sulfates ; Gediz Vallis et reconduction pour trois ans) ; CNES, « Un million de tirs de ChemCam sur Mars » (19 et 21 août 2024, sol 4281, Royce Lakes, cristaux de soufre, cinq points et trente tirs, onzième tir du quatrième point ; partenaires de la partie française ; laser le plus puissant jusqu’à SuperCam ; citation de V. Mousset) ; CNES, « MicroLIBS » (éléments mesurés par la LIBS). La date exacte du lancement, que la page du CNES donne tantôt au 25, tantôt au 26 novembre 2011, est discutée dans l’annexe « Sources et méthode ». Les explications du plasma, du sol martien et de l’exobiologie sont les nôtres.

Chapitre 7 · 2012 – 2025 SEIS, l’oreille posée sur Mars

Pendant quatre ans, un sismomètre français a écouté Mars trembler. Plus de mille trois cents séismes plus tard, la planète rouge a livré la taille de son noyau, l’épaisseur de sa croûte, et une surprise.

Regarder à l’intérieur d’une planète

InSight est une mission de géophysique du programme Discovery de la NASA, qui la sélectionne en 2012 ; c’est la douzième mission de ce programme. Son but : étudier la structure interne de Mars pour comprendre comment se forment les planètes rocheuses. Un atterrisseur fixe doit déposer sur le sol une station géophysique. Trois instruments s’y partagent le travail. Le sismomètre SEIS mesure l’activité sismique de la planète et les ondes produites par les impacts de météorites. La sonde thermique HP3 évalue la vitesse à laquelle la planète se refroidit, pour reconstituer son histoire thermique. L’expérience RISE mesure les petites variations de l’axe de rotation de Mars.

Un sismomètre enregistre les vibrations du sol. Quand un séisme se produit, ses ondes traversent la planète, et leur vitesse dépend de la composition et de la température des couches qu’elles rencontrent. En mesurant le temps qu’elles mettent à arriver, on peut donc déduire ce qu’elles ont traversé : la croûte, le manteau, le noyau.

Une construction française

Le 11 février 2014, le CNES décide de participer à InSight. Le développement de SEIS commence le 16 mai 2014. Le CNES en est le maître d’œuvre : il supervise le développement, puis il est responsable de l’intégration, des essais et de la livraison de l’instrument complet à la NASA. L’Institut de physique du globe de Paris en assure la responsabilité scientifique. Les partenaires sont nombreux : l’industriel SODERN, l’École polytechnique fédérale de Zurich, l’Institut Max-Planck de recherche sur le système solaire, l’Imperial College de Londres et le JPL.

Le 5 mars 2015, le site d’atterrissage est validé. Le 18 juillet 2017, le modèle de vol de SEIS est livré au JPL. Le 5 mai 2018, une fusée Atlas V lance InSight.

Le premier séisme martien

InSight se pose sur Mars le 26 novembre 2018, pour une mission initiale de deux ans. SEIS entre en service au début de février 2019. Le 7 avril 2019, pour la première fois de l’histoire, un sismomètre détecte un séisme sur Mars. Les opérations de SEIS, ainsi que celles de la station météorologique APSS, sont conduites par le CNES, au sein du centre d’opérations SISMOC.

La nuit du 4 au 5 mai 2022

Les équipes l’attendaient depuis le début des opérations. Le jeudi 5 mai 2022, à 1 h 27, heure française, vers 4 heures du matin, heure locale martienne, un séisme de magnitude estimée à 5 fait vibrer Mars. C’est le record de la mission, contre 4,2 pour le précédent, en août 2021. L’épicentre est relativement proche à l’échelle martienne, à 2 250 kilomètres de l’atterrisseur. Le séisme survient très tôt, avant que l’aube n’apporte ses perturbations atmosphériques : SEIS et ses capteurs « très large bande » enregistrent un signal d’une grande qualité. Philippe Lognonné, responsable scientifique de SEIS, y voit une « mine d’or » pour confirmer et améliorer les modèles de structure interne.

Pour faire entendre ce séisme, les ingénieurs retirent du signal la fréquence de résonance propre de l’instrument et ses « glitchs », de petits pics parasites produits par le câble qui relie SEIS à l’atterrisseur ; ce traitement a été mis au point par les experts de l’IPGP. Ils amplifient ensuite la piste et l’accélèrent quarante-quatre fois pour la rendre audible à l’oreille humaine.

Ce que Mars a révélé

En quatre ans, SEIS enregistre plus de 1 300 séismes martiens. Leur analyse renseigne sur la composition de la croûte, la structure du manteau et la taille du noyau. Les premiers modèles donnent au noyau un rayon d’environ 1 830 kilomètres, à 40 kilomètres près, avec une densité relativement faible, entouré d’un manteau homogène. Sous le sismomètre, l’épaisseur de la croûte est mesurée : 40 kilomètres.

Puis vient la surprise. En septembre 2021, une météorite frappe Mars : c’est le plus gros impact enregistré par SEIS. Les sondes en orbite photographient la zone touchée, ce qui permet de localiser l’impact avec précision, et sa distance au sismomètre est suffisante pour que certaines ondes aient traversé les profondeurs de la planète. Or l’une d’elles, l’onde diffractée à la surface du noyau, arrive trop lentement pour les modèles existants.

Le 26 octobre 2023, la revue Nature publie l’explication proposée par une équipe menée par Henri Samuel, de l’IPGP : une couche de silicates fondus, chaude et fondue, entoure le noyau métallique et ralentit les ondes qui la traversent. Ce modèle est le premier à s’accorder avec toutes les données géophysiques disponibles sur Mars. Il implique un noyau plus petit et plus dense que prévu : environ 1 650 kilomètres de rayon, à 20 kilomètres près, soit 150 à 170 kilomètres de moins, et une densité plus élevée de 5 à 8 %.

L’énigme du champ magnétique

Mars n’a plus de champ magnétique global depuis environ quatre milliards d’années, mais sa croûte garde la trace fossile d’un champ qui a existé pendant les cinq cents à huit cents premiers millions d’années de la planète. Un tel champ naît des mouvements d’un noyau métallique liquide qui perd sa chaleur : c’est l’effet dynamo. Selon le nouveau modèle, la couche fondue a isolé le noyau martien, qui n’a pas pu se refroidir assez pour entretenir une telle dynamo. Les auteurs envisagent donc des causes extérieures : l’attraction de satellites aujourd’hui disparus, des impacts de météorites très puissants, ou une surchauffe précoce du noyau.

La fin d’InSight

La poussière se dépose peu à peu sur les panneaux solaires d’InSight. Des manœuvres de nettoyage, inspirées des opérations menées pour isoler les câbles de SEIS, permettent de prolonger la mission de deux ans. InSight communique pour la dernière fois avec la Terre le 15 décembre 2022 ; après deux appels restés sans réponse, la NASA déclare la mission terminée le 21 décembre. De 2023 à la fin de 2025, le centre de mission du CNES reste à l’écoute d’un éventuel réveil de l’atterrisseur, tandis que se poursuit l’analyse scientifique des données.

Sources : CNES, « InSight » (programme Discovery, sélection en 2012, douzième mission ; objectifs ; SEIS, HP3 et RISE ; décision du CNES le 11 février 2014 ; développement à partir du 16 mai 2014 ; site validé le 5 mars 2015 ; livraison du modèle de vol le 18 juillet 2017 ; lancement par Atlas V le 5 mai 2018 ; atterrissage le 26 novembre 2018 ; mise en service début février 2019 ; premier séisme le 7 avril 2019 ; opérations de SEIS et d’APSS ; partenaires ; mission de deux ans prolongée de deux ans ; fin des opérations le 21 décembre 2022 ; écoute d’un éventuel réveil jusqu’à fin 2025) ; CNES, « InSight/SEIS : 1er séisme de magnitude 5 “entendu” sur Mars », mai 2022 (date et heure ; record contre 4,2 en août 2021 ; 2 250 km ; conditions d’enregistrement ; propos de P. Lognonné ; traitement des glitchs par l’IPGP ; accélération de 44 fois) ; CNES, « InSight/SEIS : identification d’une couche de silicates fondus entre le noyau et le manteau martien » (principe des ondes ; plus de 1 300 séismes ; premier noyau de 1 830 ± 40 km ; étude de Nature du 26 octobre 2023 menée par H. Samuel ; impact de septembre 2021, le plus gros enregistré ; nouveau noyau de 1 650 ± 20 km, 150 à 170 km de moins, densité plus élevée de 5 à 8 % ; champ magnétique éteint il y a environ 4 milliards d’années, champ fossile des 500 à 800 premiers millions d’années, causes externes envisagées ; croûte de 40 km sous SEIS ; prolongation grâce au nettoyage des panneaux ; CNES maître d’œuvre, IPGP responsable scientifique, intégration, essais et livraison, SISMOC) ; NASA, « NASA Retires InSight Mars Lander Mission After Years of Science », 21 décembre 2022 (dernière communication le 15 décembre, deux appels sans réponse). L’explication du sismomètre reprend la page du CNES ; la mention de la poussière sur les panneaux est la nôtre, déduite des manœuvres de nettoyage.

Chapitre 8 · 2012 – 2026 SuperCam, la tête de Perseverance

Au sommet du mât de Perseverance, un instrument franco-américain tire au laser, écoute, photographie et mesure. En quatre ans, il a visé plus d’un millier de roches, et son microphone a fait entendre les sons de Mars.

Le cratère Jezero

Le 4 décembre 2012, la NASA annonce le développement de la mission Mars 2020. En novembre 2018, elle choisit son site d’atterrissage : le cratère Jezero, un bassin d’impact de 45 kilomètres de large, retenu pour sa diversité géologique. Il y a trois milliards et demi d’années, une rivière s’y jetait dans un lac en formant un delta. Ce système de lac et de delta promet une grande variété de roches et de minéraux, en particulier des carbonates, qui pourraient avoir conservé des traces fossiles d’une vie passée.

Le 30 juillet 2020, une fusée Atlas V lance la mission depuis Cap Canaveral. Le rover Perseverance se pose dans Jezero le 18 février 2021, pour une mission prévue d’une année martienne et demie, environ mille jours terrestres. Il doit étudier la diversité géologique du site, chercher des signes d’une vie ancienne, et prélever des échantillons qu’il scelle dans des tubes hermétiques, pour qu’ils soient rapportés sur Terre par des missions ultérieures de la NASA et de l’ESA.

Cinq techniques en un instrument

SuperCam est l’un des sept instruments scientifiques de Perseverance. C’est en réalité un ensemble qui combine cinq techniques de mesure : trois spectromètres, une caméra et un microphone. Il est la version améliorée de ChemCam, qui fonctionne sur Curiosity depuis 2012.

Comme ChemCam, SuperCam analyse la composition chimique des roches en tirant dessus au laser, par la technique LIBS. Mais il peut aussi émettre un second faisceau, vert, pour la spectroscopie Raman, qui révèle les minéraux, c’est-à-dire la façon dont les atomes sont assemblés en molécules, et peut faire briller d’éventuels composés organiques. Un spectromètre infrarouge complète l’analyse des minéraux. Le laser porte à sept mètres ; la spectroscopie Raman et la caméra, à douze. Selon le CNES, la LIBS a été employée pour la première fois sur Mars avec ChemCam, et le Raman avec SuperCam. Le laser, utilisé par les deux techniques, a été développé par Thales.

La caméra, en couleurs contrairement à celle de ChemCam qui est en noir et blanc, photographie les roches visées pour en donner le contexte. Le microphone écoute le bruit des impacts du laser, ce qui renseigne sur la dureté et la porosité des roches ; il sert aussi à étudier l’atmosphère.

Qui l’a construit

SuperCam est né d’une étroite collaboration entre le laboratoire national de Los Alamos et l’IRAP, avec une contribution de l’université de Valladolid, en Espagne. La partie française, la « tête » installée au sommet du mât, appelée Mast Unit, a été conçue et coordonnée par l’IRAP sous la supervision du CNES ; l’Observatoire Midi-Pyrénées, le laboratoire d’astrophysique de Bordeaux, le LESIA et le LATMOS en ont fourni des éléments. Le modèle de vol est livré à Los Alamos en juin 2019. Un autre exemplaire, le Test Bed Unit, équipe Optimism, le jumeau de Perseverance que le JPL fait rouler sur son terrain d’essai martien pour préparer les opérations.

Avant le départ, Perseverance est décontaminé, selon les recommandations de protection planétaire du COSPAR, pour préserver Mars et éviter de prendre pour martienne une vie apportée de la Terre. Les échantillons, eux, doivent revenir sous des procédures strictes de confinement et de stérilisation, pour protéger la biosphère terrestre.

Les premiers jours

Le rover s’est posé sur un terrain presque plat, ce qui permet de tester tout de suite les cinq techniques. Pendant trois mois, chaque jour apporte la mise en service d’une nouvelle fonction : premier spectre LIBS, premier spectre infrarouge, premier spectre Raman, premier son du microphone. Selon l’équipe, personne n’avait jamais fait fonctionner un microphone sur Mars ; elle se demande s’il marchera, et si elle saura lire ses données. Il fonctionne.

Les premières mesures arrivent dès les essais de la caméra. SuperCam confirme qu’un affleurement baptisé Kodiak, à deux kilomètres, au bord du delta, est un reste érodé de l’éventail du delta : un lac a donc bien existé dans Jezero, un lac fermé, dont le niveau variait avec le débit de la rivière qui l’alimentait. L’instrument repère aussi rapidement plusieurs coulées de lave à explorer.

Les découvertes

En 2024, SuperCam détecte des carbonates, des minéraux riches en carbone, dans des roches contenant de l’olivine, au bord du delta. Ils résultent de l’altération des roches par l’eau et le gaz carbonique de l’atmosphère, et suggèrent que des conditions favorables à la vie ont pu exister. En juillet 2024, l’équipe scientifique repère, sur un site appelé Cheyava Falls, une roche qui pourrait contenir des traces de bactéries fossiles. Les ingénieurs y déploient tous les outils de SuperCam, et le rover y prélève un échantillon. Selon le CNES, ces roches sédimentaires de Jezero associent de l’argile et du limon riches en carbone organique, en soufre, en fer oxydé et en phosphore, une combinaison qui aurait pu servir de source d’énergie à des microbes ; mais ces indices peuvent aussi s’expliquer par des processus purement géologiques, et seule l’analyse des échantillons sur Terre pourra trancher.

En février 2025, sur le rebord du cratère, SuperCam analyse avec toutes ses techniques des roches riches en silice. Les scientifiques pensent qu’elles se sont formées par la circulation, à diverses profondeurs, de fluides hydrothermaux chargés de silice dissoute, qui a ensuite précipité sous l’effet de changements de pression et de température. La même année, le microphone enregistre, par hasard, le son de décharges électriques, des étincelles produites par des grains de poussière qui se frottent les uns contre les autres dans un tourbillon de poussière. Ces décharges peuvent déclencher ou accélérer des réactions chimiques dans l’atmosphère. La caméra et le microphone ont aussi suivi les vols d’Ingenuity, le premier petit hélicoptère à voler sur Mars, déployé le 3 avril 2021, dont la mission s’achève le 25 janvier 2024 après 72 vols.

Un demi-million de tirs

Le 18 février 2025, quatre ans jour pour jour après l’atterrissage, SuperCam tire son cinq cent millième coup de laser, sur une roche baptisée Whites River, à douze mètres du rover, pour vérifier la présence d’argiles dans la couche située au-dessus de lui. Le rover se trouve alors dans la région de Shallow Bay, sur le rebord de Jezero. Quelques mois plus tôt, ChemCam avait tiré son millionième coup.

Chaque cible est analysée en LIBS sur cinq à dix points, à raison de trente tirs par point, et parfois deux cent cinquante tirs sur un même point pour une analyse en profondeur. En Raman, on ne vise que quatre points par cible, mais avec quatre cents tirs environ chacun, pour obtenir un meilleur signal. À cette date, 1 031 cibles géologiques ont été analysées : 291 769 tirs LIBS et 208 320 tirs Raman. Sans laser, l’instrument a produit 150 mosaïques d’images, 1 320 observations dans le visible et l’infrarouge, et 35 heures d’enregistrement sonore. En mars 2026, le CNES compte plus de 500 000 tirs, presque une nouvelle cible par jour, et 33 échantillons prélevés par le rover : dix déposés au pied du delta, vingt-trois gardés à bord.

Travailler entre Toulouse et Pasadena

SuperCam est opéré en alternance par l’équipe américaine et par les équipes françaises et européennes depuis le FOCSE, au CNES à Toulouse. Chaque jour, la mission indique le temps, l’énergie et le volume de données disponibles pour la science ; ingénieurs et scientifiques décident ensemble des instruments à utiliser. Les ingénieurs peuvent opposer leur veto à une opération risquée, par exemple si une roche est trop près du rover ou dans l’axe du Soleil. Les opérations se déroulent en France et aux États-Unis, tard le soir et parfois la nuit. Pour Olivier Gasnault, de l’IRAP, ces contraintes ont forgé une équipe soudée, qui doit beaucoup à celles qui avaient opéré ChemCam avant elle.

L’héritier : MicroLIBS

Depuis 2022, le CNES conçoit avec l’IRAP, l’Observatoire Midi-Pyrénées et Los Alamos, avec le soutien du DLR allemand, un héritier beaucoup plus petit de ChemCam et SuperCam : MicroLIBS. Il doit cartographier une zone d’un centimètre carré de chaque roche avec près d’un millier de points de mesure d’environ cent microns, l’épaisseur d’un cheveu, pour reconstituer l’histoire de ses cristaux, de ses grains et de ses fissures. Il doit tenir dans une boîte de la taille d’une petite boîte à chaussures, avec un laser de moins de 150 grammes, et peser moins de 1,5 kilogramme au total : assez léger pour être emporté par un drone martien à six hélices, qui atteindrait des terrains inaccessibles aux rovers. Le premier tir laser du prototype a lieu à la toute fin de septembre 2025 au centre spatial de Toulouse.

Sources : CNES, « SuperCam » (annonce du 4 décembre 2012 ; choix de Jezero en novembre 2018, 45 km, delta et lac de 3,5 milliards d’années, carbonates ; lancement du 30 juillet 2020 par Atlas V 541 depuis Cap Canaveral ; atterrissage du 18 février 2021 ; durée d’une année martienne et demie ; objectifs et échantillons ; Ingenuity déployé le 3 avril 2021, fin le 25 janvier 2024 après 72 vols ; sept instruments ; cinq techniques ; version améliorée de ChemCam ; portées de 7 et 12 m ; caméra couleur ; microphone ; LANL, IRAP, Valladolid ; Mast Unit, IRAP et supervision du CNES, OMP, LAB, LESIA, LATMOS ; livraison de juin 2019 ; Test Bed Unit sur Optimism ; protection planétaire du COSPAR) ; CNES, « SuperCam: Five years of scientific and engineering cooperation to unravel the mysteries of Mars », 13 mars 2026, entretien avec M. Bouyssou, O. Gasnault et A. Cousin (terrain plat ; trois premiers mois ; premier microphone sur Mars ; Kodiak ; coulées de lave ; carbonates de 2024 ; Cheyava Falls en juillet 2024 ; roches siliceuses de février 2025 ; décharges électriques dans un tourbillon de poussière ; suivi d’Ingenuity ; arbitrages quotidiens et veto ; travail tard le soir ; plus de 500 000 tirs ; 33 échantillons, 10 et 23) ; CNES, « Perseverance: half a million laser shots for SuperCam on Mars! », 27 février 2025 (Whites River, 18 février 2025, 12 m, Shallow Bay ; laser de Thales ; protocoles de tir ; 1 031 cibles, 291 769 et 208 320 tirs ; 150 mosaïques, 1 320 observations, 35 heures ; opérations alternées depuis le FOCSE) ; CNES, « Un million de tirs de ChemCam sur Mars » (faisceau vert et Raman ; premières sur Mars de la LIBS et du Raman) ; CNES, « MicroLIBS » (partenaires ; depuis 2022 ; 1 cm², près d’un millier de points de 100 µm ; laser de moins de 150 g ; moins de 1,5 kg ; hexacoptère ; premier tir fin septembre 2025 ; découvertes de Jezero et nécessité de l’analyse sur Terre).

Chapitre 9 · 2017 – 2031 Idefix, un rover sur Phobos

Avec la mission japonaise MMX, un engin conçu en France et en Allemagne doit rouler, pour la première fois, sur une lune de Mars.

Le mystère des lunes de Mars

Malgré plusieurs tentatives au cours des dernières décennies, Phobos et Déimos, les deux petites lunes de Mars, n’ont jamais été étudiées en détail. Les scientifiques débattent encore de leur origine. Sont-elles, comme notre Lune, les restes d’un impact géant entre Mars et un autre corps, aux premiers temps du système solaire ? Ou bien des astéroïdes capturés par la gravité de la planète rouge ? L’agence spatiale japonaise, la JAXA, a conçu la mission MMX pour répondre à cette question.

MMX se compose de trois modules. Après le départ du Japon, le module de propulsion doit emporter les deux autres jusqu’aux lunes de Mars en moins d’un an. Le deuxième module réunit la sonde robotique et le petit rover franco-allemand : la sonde observe Phobos depuis une « quasi-orbite », s’y pose, y dépose le rover et prélève des échantillons, puis survole plusieurs fois Déimos. Elle libère enfin le troisième module, chargé de rapporter les échantillons sur Terre dans une capsule de retour.

Trois contributions françaises

Le CNES contribue à MMX de trois façons. D’abord, il étudie les trajectoires et la dynamique du vol pendant la croisière, et pourrait participer aux opérations ; il a notamment conçu deux types de trajectoires autour de Phobos, dont l’une des orbites basses que suivra la sonde pendant la mission du rover. Ensuite, il fournit le spectromètre imageur proche infrarouge MIRS, réalisé par le laboratoire LIRA (anciennement LESIA), qui identifiera les minéraux, l’eau ou les composés organiques présents à la surface des lunes, étudiera l’atmosphère de Mars et aidera à choisir les sites d’atterrissage. Enfin, il construit avec l’agence spatiale allemande, le DLR, le petit rover Idefix et ses quatre instruments.

Le partage des tâches est précis : le DLR développe le châssis, le système de locomotion et deux instruments ; le CNES fournit quatre caméras, le capteur solaire, les panneaux solaires et le cœur du rover. Idefix doit tenter de rouler sur Phobos, où la gravité est environ 1 800 fois plus faible que sur Terre, pendant une mission de cent jours, et étudier les propriétés de la surface pour aider à préparer le prélèvement des échantillons. En échange de sa participation, la France recevra une part des échantillons rapportés ; un centre de conservation doit être aménagé pour cela au Muséum national d’histoire naturelle.

Prototypix sur le faux Phobos

À la fin de novembre 2025, quatre ingénieurs du CNES se rendent à Oberpfaffenhofen, près de Munich, au laboratoire d’exploration planétaire du DLR, où un terrain reproduit le sol de Phobos. L’équipe du logiciel de vol les assiste depuis Toulouse. Pendant quatre jours, ils testent un prototype du rover qu’ils ont surnommé Prototypix, équipé de deux modèles représentatifs des caméras de navigation, les NavCams, placées à l’avant : ce sont les yeux d’Idefix, qui lui donnent une vision en relief.

L’enjeu est la navigation autonome. Les équipes envoient des ordres à distance ; le rover choisit ensuite seul son chemin. S’il voit un gros rocher, il le contourne. Pour cela, il prend deux images avec ses deux NavCams, en tire une vue en relief du terrain, et son logiciel détecte les obstacles et les zones dangereuses dans l’ombre. Dès les premiers essais, les ingénieurs découvrent un défaut : les caméras gauche et droite sont inversées dans le logiciel de vol. Une fois l’erreur corrigée, les essais reprennent. Français et Allemands se relaient sur le terrain et se rendent service : le DLR utilise le scanner 3D du CNES pour voir le terrain en trois dimensions, le CNES le système de suivi du DLR pour suivre la progression du rover.

Le troisième et dernier jour d’essais, l’équipe teste la « séquence héliotrope » : sur Phobos, Idefix devra s’incliner vers le Soleil pour recharger pleinement ses batteries. Pendant la manœuvre, les NavCams prennent des images en continu, pour éprouver le logiciel de navigation. Une troisième et dernière campagne d’essais est prévue ensuite à Oberpfaffenhofen.

Au Japon

Au printemps 2026, la sonde MMX arrive sur son site de lancement au Japon : c’est le passage du développement à la phase pré-opérationnelle. Idefix, déjà intégré à la sonde, y subit ses derniers essais fonctionnels : essais électriques entre la fin de mai et le début de juin, nouvelle version de son logiciel de vol, puis, à la mi-juin, essais radio et de recharge de la batterie. MIRS est aligné avec les caméras japonaises, une opération délicate où il sert de référence ; deux personnes du LIRA sont sur place. L’équipe de dynamique du vol, elle, valide les trajectoires et participe aux exercices de choix du site d’atterrissage du rover sur Phobos.

Une dernière opération, inhabituelle, a lieu au cours de l’été : les équipes du CNES insèrent dans Idefix une carte mémoire contenant des messages de Terriens. L’idée vient de la JAXA. Plusieurs milliers de messages, recueillis dans le monde entier, resteront avec le rover sur Phobos, à l’attention de futurs explorateurs.

Le calendrier

Le lancement est prévu le 20 octobre 2026 depuis Tanegashima, au Japon. Entre 2027 et 2030, la sonde doit se placer en orbite autour de Phobos, s’y poser, prélever au moins dix grammes de matière à deux centimètres de profondeur et déposer le rover. Les échantillons doivent revenir sur Terre en 2031, dans le désert australien.

Sources : CNES, « MMX » (origine débattue des lunes ; trois modules ; moins d’un an de transit ; quasi-orbite ; survols de Déimos ; capsule de retour ; trois contributions du CNES ; MIRS et le laboratoire LIRA ; Idefix avec le DLR et ses quatre instruments ; gravité 1 800 fois plus faible ; mission de cent jours ; part des échantillons et centre de conservation au Muséum ; lancement du 20 octobre 2026 ; 2027-2030 ; au moins 10 g à 2 cm ; retour en 2031 en Australie) ; CNES, « MMX mission: behind the scenes of Idefix® rover testing », 18 décembre 2025, propos de C. Brysbaert (essais de fin novembre à Oberpfaffenhofen ; quatre ingénieurs ; Prototypix ; partage DLR-CNES ; NavCams ; navigation autonome ; inversion des caméras ; échanges de matériel ; séquence héliotrope ; troisième campagne) ; CNES, « Final preparations underway for MMX mission to Mars and its moons », 20 mai 2026 (arrivée de la sonde sur le site de lancement ; essais d’Idefix et de MIRS ; deux personnes du LIRA ; dynamique du vol ; deux types de trajectoires autour de Phobos ; minéraux, eau et composés organiques) ; CNES, « MMX: Idefix® rover to carry messages from Earthlings to Phobos », 6 août 2026 (carte mémoire, idée de la JAXA, plusieurs milliers de messages). Le livre consacré à la JAXA raconte la mission plus en détail. La page du CNES compte douze instruments à bord à un endroit et treize à un autre ; nous ne donnons pas ce nombre. « Au printemps 2026 » est déduit de la date de l’article du 20 mai 2026 ; « au cours de l’été », de celle du 6 août 2026.