Mission Insight : écouter battre le coeur de Mars

Le sismomètre SEIS, principal instrument de la mission InSight de la NASA, a été conçu au sein des équipes de l’institut de physique du globe de Paris. Il a été déployé sur le sol martien le 19 décembre dernier, et a commencé à enregistrer les premiers microséismes de Mars au printemps 2019.

La sonde InSight à la surface de Mars, avec ses instruments déployés. Au premier plan, une vue de coupe du sismomètre SEIS permettant de distinguer le bouclier thermique et éolien, puis les différentes enceintes enveloppant les capteurs sismiques. (© IPGP/David Ducros).

12e mission du programme Discovery de la NASA à être lancée, le projet InSight (Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport) est né en 2012 du besoin de déterminer de manière précise la structure interne de Mars et de mieux comprendre les processus de formation et d’évolution des planètes telluriques.

Suite à un décollage le 5 mai 2018 du centre spatial de Vandenberg en Californie à bord de la fusée Atlas V, la sonde s’est posée avec succès sur la plaine équatoriale d’Elysium le 26 novembre 2018, après un voyage de 485 millions de km et une descente de 125 km à travers l’atmosphère martienne.

InSight a ensuite entamé une séquence d’opérations complexe pour déposer au sol l’instrument principal de la mission conçu à l’IPGP, le sismomètre SEIS. Deux mois ont été nécessaires aux ingénieurs pour piloter le bras robotique muni d’un grappin et franchir plusieurs étapes clés : cartographie de la zone de déploiement, placement du sismomètre le plus loin possible de l’atterrisseur, optimisation de la position du câble reliant l’instrument à ce dernier et enfin positionnement d’un bouclier de protection éolien et thermique (WTS).

SEIS est épaulé dans sa mission d’écoute de l’activité sismique martienne par la sonde InSight, véritable observatoire géophysique à elle toute seule. Une station météorologique complète, équipée notamment d’un capteur de pression ultrasensible et d’un magnétomètre, permet de décorréler l’influence de l’environnement martien des signaux sismiques. Deux antennes radio fournissent des mesures très fines de la rotation de la planète et par conséquent de la distribution des masses internes. Enfin, le capteur de flux thermique HP³ sert à mesurer le gradient géothermique ainsi que différentes propriétés physiques du sol.

Le sismomètre SEIS et ses pendules très large bande VBB

Financé par le CNES, l’instrument SEIS est un appareil six axes particulièrement sophistiqué qui a bénéficié d’une large collaboration internationale et demandé plusieurs décennies de recherche et développement. L’instrument est structuré autour de trois pendules très large bande (VBB), développés en France par les équipes techniques et scientifiques de l’IPGP, du CNES, du campus spatial de l’université Paris Diderot et de l’industriel SODERN et couplés à trois autres capteurs courte période (SP), fournis par l’Angleterre.

Doté d’une résistance à toute épreuve, pour pouvoir faire face aux contraintes du milieu spatial, ses capteurs sont ultra-sensibles, capables de détecter les plus infimes mouvements de la surface martienne à l’échelle atomique.
L’isolation des pendules de leur environnement extérieur passe par de multiples couches isolantes : sphère sous vide au sein de laquelle sont installés les pendules, couvercle isolant RWEB et bouclier thermique et éolien WTS.
Certains dispositifs ont été conçus spécifiquement pour s’adapter aux conditions particulièrement difficiles de Mars, tels que le mécanisme d’équilibrage, permettant d’adapter le pendule à la gravité réduite ou à l’inclinaison par rapport au sol ou encore le mécanisme de compensation thermique, qui donne la capacité aux pendules de s’accorder aux importantes variations de température propres à la météo martienne.

La réussite du déploiement de SEIS ouvre maintenant la voie à la détection des premiers séismes sur Mars, qu’ils soient provoqués par des ruptures dans la croûte ou le manteau, ou des impacts de météorites. Des premiers microséismes ont été enregistrés par l’appareil, dès que le bouclier thermique et éolien a été déposé sur le précieux instrument. Ils proviendraient probablement des vents atmosphériques et des ondes de pression de basse fréquence qui battent en permanence le sol martien et indiquent que le sismomètre fonctionne donc parfaitement. 

L’objectif principal reste maintenant la détection de véritables séismes, des “tremblements de Mars” causés par le refroidissement progressif du corps rocheux.