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Écouter battre le coeur de Mars : la France participe à la mission InSight

 

L'IPGP, le CNES, l'Université Paris Diderot - Sorbonne Paris Cité et des laboratoires de recherche français et européens sont dans leur dernier sprint pour fournir à la NASA  le sismomètre SEIS,’instrument principal de la mission martienne InSight, sélectionnée par la NASA dans le cadre de son programme Discovery, d’exploration du système solaire.

La mission InSight

Vue d'artiste du rover de la mission InSight sur Mars. (© JPL/NASA)

Proposée par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA, InSight (Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport) a pour but de déployer, pour la 1ère fois, une station géophysique sur le sol de la planète rouge afin d'étudier la structure et la composition de l'intérieur de Mars.
L’objectif est de mieux comprendre la formation et l'évolution de Mars en apportant des contraintes sur sa structure interne, encore mal connue. Grâce à l’utilisation d’instruments géophysiques sophistiqués, InSight mesurera l’activité sismique de Mars, le flux de chaleur interne et les subtiles variations de rotation de la planète.

L’instrument SEIS (Seismic Experiment for Interior Structures) écoutera « battre le cœur » de la planète, en prenant des mesures précises des séismes et autres activités internes, afin de mieux comprendre l’histoire de Mars et sa structure. Alors que l’instrument Heat Flow and Physical Properties Package (HP3), fourni par l’agence spatiale allemande (DLR), s'enfoncera jusqu’à 5 m dans le sous-sol martien, afin de mesurer le flux de chaleur de la planète et d’en déduire sa vitesse de refroidissement et donc la puissance dissipée par le moteur planétaire.

 

L'instrument SEIS : un véritable défi technologique

 

Test d’un des axes de vol du sismomètre VBB avant son montage dans la sphère et la livraison de cette dernière au CNES. Ces derniers tests ont été réalisés à l’Observatoire de St Maur de l’IPGP et dans les salles blanches du campus Spatial de l’Université Paris Diderot. (© IPGP/ P.Lognonné)

Le sismomètre SEIS a été livré au Centre Spatial de Toulouse.
Lundi 20 juillet, l’Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) et la société Sodern, ont livré au CNES la composante longue période de SEIS.  Il s’agit d’une sphère en titane qui renferme les trois sismomètres à large bande qui constituent le coeur du sismomètre martien. Une fois placé à la surface de Mars, ce concentré de technologie miniaturisée pourra détecter les éventuelles ondes sismiques, même les plus faibles, afin de déterminer s’il y a une activité sismique sur la planète rouge et de la comprendre. SEIS est le fruit d’une collaboration exemplaire de plus de dix ans, entre le CNES et l’IPGP, qui a conduit la NASA à embarquer cet instrument sur InSight, sa prochaine mission martienne qui sera lancée le 4 mars 2016.

Retrouvez l'intégralité du communiqué de presse.

 

SEIS, est en cours d'assemblage et de test au CNES de Toulouse. Le point en vidéo avec Philippe Laudet, chef de projet Insight au CNES.

 

Véritable défi technologique, le sismomètre SEIS a été développé en France par une équipe technique et scientifique du CNES, de l’Institut de Physique du Globe de Paris (CNRS/Université Paris Diderot), du campus Spatial de l’Université Paris Diderot, de l’Institut Supérieur de l’Aéronautique et de l’Espace (ISAE) et de la société SODERN. Plusieurs laboratoires européens et américains (l’Ecole polytechnique fédérale de Zurich (ETH), l’Institut Max-Planck de recherche sur le système solaire (MPS) de Lindau, l’Imperial College à Londres et le Jet Propulsion Laboratory à Pasadena, Californie) ont  également contribué à ce développement technologique, ainsi que la société Toulousaine EREMS.
D’autres laboratoires du CNRS et d’universités françaises seront enfin associés à l’analyse des données (LPG Nantes, IRAP Toulouse). GéoAzur (Nice) et le réseau « sismo à l’école » contribueront à la diffusion des données sismologiques et météorologiques de la mission vers les écoles, collèges et lycées.
Un des défis de la mission INSIGHT sera d'installer à la surface de Mars ce Sismomètre VBB (très large bande), instrument généralement installé sur Terre dans des caves sismiques, où la température et la pression sont, habituellement, très stables. Il a donc fallu pour cela développer un bouclier éolien et thermique qui couvrira tout autant le sismomètre que le sol autour du capteur. Cette protection devra de plus être insensible aux tempêtes martiennes et aux vents très fort des « dust devils ». Le bouclier, de plusieurs kilogrammes, sera réalisé par le Jet Propulsion Laboratory, et utilisera une protection thermique très performante.
Un premier prototype de ce bouclier avait été testé à La Réunion des fin décembre 2011, avec l'aide des équipes de l'Observatoire Volcanologique du Piton de la Fournaise et de l'Institut Max Planck de Lindau, profitant pour cela des terrains presque "martiens" du piton de la Fournaise et des variations importantes de température en altitude durant l'été austral. D'autres tests, sur les différents sous-systèmes du sismomètre INSIGHT, ont été aussi effectué régulièrement depuis plusieurs années dans le centre de simulation Martien ( IPGP/CNRS/IDF/CNES). Ce bouclier sera stocké sur le pont de l’atterrisseur et déployé sur Mars après l’installation du sismomètre SEIS.
Pont de l’atterrisseur lors des essais à Denver effecutés sur les modèles de qualification, chez LMA. On reconnaît le bouclier éolien et le modèle de qualification de SEIS (© LMA)

 

L'IPGP : une expertise reconnue

Depuis 30 ans, et la création du réseau mondial de stations sismologiques GEOSCOPE, les chercheurs et ingénieurs de l'IPGP développent, en collaboration avec l'EOST, des stations multiparamètres qui sont installées dans 23 pays de façon à assurer une couverture homogène de la terre. Les stations transmettent les données en temps réel et sont utilisées pour la détection des séismes et l'alerte aux tsunamis ainsi que pour la recherche scientifique.
Les stations comportent un sismomètre large bande, un baromètre, un thermomètre et dans les régions sismiques, également un accéléromètre. Les choix matériels et le design des stations sont définis de façon à minimiser le niveau de bruit et à fiabiliser les installations. Les sismomètres utilisés sont des STS1, créés il y a 30 ans par Strekeisen, et qui restent à ce jour les sismomètres terrestres très large-bande les plus performants. Progressivement, les techniques d'isolation de ces stations ont évolué ce qui a permis d'améliorer fortement le rapport signal sur bruit.
Ces instruments terrestres, fragiles et lourds, sont inutilisables pour des missions spatiales. Pour ces dernières, le CNES, l'équipe géophysique spatiale et planétaire de l'IPGP et SODERN ont donc développé entièrement un nouveau capteur a même de résister aux vibrations, chocs, radiations et autres contraintes d'une mission planétaire. 20 ans après l’échec de la Mission Mars96, qui déjà, embarquait deux sismomètres de première génération, INSIGHT couronne donc près de 25 ans d’efforts.

 

 

Contacts

Responsable Scientifique et Investigateur Principal SEIS : Philippe Lognonné ( lognonne@ipgp.fr)

Responsable Technique et chef de projet Sphère VBB : Sébastien de Raucourt (deraucourt@ipgp.fr)