ALS - Magazine 1 - Décembre 2009

L’exploration géologique de Mars Mars est la planète la mieux connue du système solaire après la Terre, et son exploration, commencée dans les années 1960 avec les sondes russes Mars, les sondes américaines Mariner et continuée par le sondes Viking en 1976, a connu un regain d'activités ces dix dernières années avec plusieurs missions spectaculaires et très productives scientifiquement (du robot Sojourner en 1996 à Mars Express actuellement). Toutes ces missions donnent l'image d'une planète qui a suivi une évolution géologique très différente de celle de la Terre mais qui aurait pu durant les quelques premières centaines de millions d'années de son histoire avoir une évolution très semblable à celle de la Terre. Les traces de cette histoire primitive, effacées sur Terre, sont probablement toujours présentes à la surface de Mars et ce sera tout l'enjeu des missions futures que de les retrouver. Une mission spatiale qui embarquera des instruments lorrains La mission Mars Science Laboratory (MSL, Fig 1) qui sera lancée fin 2011 est la prochaine mission du programme d’exploration de la planète Mars de la NASA. Elle sera dotée d’un rover équipé de nombreux instruments destinés à : • déterminer si la vie a pu exister sur Mars • caractériser le climat martien • caractériser la géologie martienne • préparer l’exploration humaine éventuelle de Mars. L’instrument ChemCam est un couplage entre une caméra permettant une observation optique de l’environnement du rover qui permettra aux opérateurs, situés sur Terre, de sélectionner la cible à analyser, et une analyse élémentaire de celle-ci (roches ou sols autour du rover) grâce à l’utilisation de la spectroscopie optique LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy). L’expérience acquise au G2R dans cette technique analytique a permis d’aider à la conception de l’outil LIBS miniaturisé qui sera déposé sur la planète Mars. Le principe de cet instrument est d’utiliser un laser de puissance qui transforme un petit volume de la roche cible en un plasma (10 000°K). La composition de la cible est déterminée grâce à l’analyse spectrale des raies d’émission optique (UV-visible) des éléments contenus dans le plasma produit par la focalisation du laser sur la cible choisie. Cette technique permettra une analyse élémentaire des roches et des sols autour du rover martien jusqu’à environ 9 mètres. Fig 1 : Vue d’artiste du rover de la mission MSL et du laser de l’instrument LIBS qui analyse à distance une falaise de roche à la surface de Mars. Crédit : JPL-NASA Mars Il faudra déterminer les cibles du laser de puissance Le programme actuel porte sur la réalisation de différents analogues martiens simulant les compositions chimiques des roches ou sols susceptibles d’être présents sur la surface martienne. Ces cibles seront placées sur le rover afin d’obtenir des spectres de référence in situ. Le choix de leur composition et leur réalisation sont déterminants pour les futures interprétations scientifiques qui découleront des premières analyses LIBS obtenues. Elles devront être comparées à celles déduites des observations satellitaires. Les travaux en cours au G2R ont porté en particulier sur la synthèse de cibles standards qui serviront à calibrer le LIBS et donc sur l’obtention de compositions chimiques homogènes à l’échelle de la centaine de micromètres et sur les résistances mécaniques des cibles imposées par un rover de vol. Différentes compositions de verres silicatés synthétiques ont été sélectionnées (ainsi qu’un verre naturel). Les analyses réalisées à la microsonde électronique (UHP Nancy) et par femto-LA ICP MS (LMTG Toulouse) ont validé la composition de ces échantillons pour les éléments majeurs et les éléments traces comme standard. Les premiers tests réalisés en LIBS sur ces mêmes échantillons ont confirmé la possibilité de la détection des éléments majeurs (Na, K, Ca, Mg, Al, Si, Fe,Ti, Mn), des éléments en trace (Li, Cr, Ni, Co, Zr, Sc, Zn, Ba) mais aussi de l’Hydrogène, du Soufre. Les échantillons ont aussi passé avec succès les tests de résistance thermique et mécanique réalisés au Jet Propulsion Laboratory. Le programme Raman de l’Agence Spatiale Européenne (ESA) a pour objectif de réaliser au contact de la roche une détermination in situ de la minéralogie grâce à un spectromètre Raman. Les objectifs scientifiques prévus pour cette mission sont plus tournés vers l’identification d’une chimie prébiotique ou de restes de molécules liées à des formes de vie primitive, grâce à l’analyse par spectroscopie Raman des phases minérales (en particulier celles associées aux processus d’altération et d’évaporation comme les sulfates, les carbonates, les argiles) et des molécules organiques. 22 / ALS Mag