Charge utile du rover Curiosity

Curiosity a ´et´e envoy´e explorer Mars dans le but de d´eterminer son habitabilit´e pass´ee et pr´esente (Grotzinger et al., 2012), c’est-`a-dire la capacit´e de la plan`ete `a accueillir la vie. En ce sens, l’un de ses objectifs principaux est d’´etudier les environnements modernes et anciens de Mars, et en particulier de comprendre comment sa surface a ´et´e modifi´ee par des interactions avec de l’eau liquide. Il s’agit de la continuit´e de la strat´egie follow-the-water adopt´ee par la NASA dans le cadre des pr´ec´edentes missions martiennes. Pour r´epondre `a ces objectifs, ce rover de 900 kg embarque `a son bord une charge utile compos´ee de 10 instruments scientifiques (Figure 1.10), dont les fonctions sont compl´ementaires et sp´ecialement con¸cues pour l’´etude des (pal´eo)environnements de Gale :

— ChemCam (Chemistry and Camera ; Maurice et al., 2012; Wiens et al., 2012) et APXS (Alpha Particle X-ray Spectrometer ; Campbell et al., 2012) permettent de d´eterminer la composition chimique ´el´ementaire des roches et de sols. Le premier correspond `a un spectrom`etre d’´emission atomique de plasma induit par laser. Il est localis´e sur le mˆat de navigation du rover et il permet des mesures `a distance, de mani`ere rapide (permettant des analyses journali`eres), sur une surface r´eduite (350-550 µm) et sans pr´eparation d’´echantillon. Il permet ´egalement d’acqu´erir des images contextuelles. ChemCam est le premier instrument de son genre sur Mars. Le second, APXS, est un spectrom`etre `a particules alpha et `a rayons X qui permet la quantification des ´el´ements ayant un num´ero atomique ´equivalent ou sup´erieur au sodium. La profondeur d’analyse est d´ependante de l’´el´ement chimique consid´er´e, de quelques microns pour Na, jusqu’`a ∼90 µm pour Fe. Son champ de vue (∼1.7 cm au plus pr`es de la cible) permet de fournir une composition bulk compl´ementaire de ChemCam. La partie active de l’instrument est situ´ee sur le bras du rover, et les analyses se font au contact de l’´echantillon. Il s’agit d’une version am´elior´ee des APXS ayant vol´e sur les missions Pathfinder, Spirit et Opportunity.

— CheMin (Chemistry and Mineralogy ; Blake et al., 2012) est un diffractom`etre `a rayons X (DRX) combin´e `a un syst`eme de fluorescence X. L’instrument permet de caract´eriser de mani`ere qualita- tive et quantitative la diversit´e min´eralogique en analysant la structure cristalline des ´echantillons des sols et des roches. Une pr´eparation des ´echantillons est n´ecessaire par le syst`eme d’acquisition SA/SPaH (Sample Acquisition, Sample Processing and Handling ), qui comprend le bras robotique, la perceuse `a percussion, la brosse, la mini-pelleteuse et le tamis du syst`eme Chimrra. Il permet d’identifier des phases min´erales pr´esentes `a hauteur de

∼1 wt.% (d´ependant de la cristallinit´e et de la pr´esence ou non d’interf´erences de pics de dif- fraction), ainsi que d’´etudier indirectement les phases amorphes (i.e., non ou peu cristallines). Les s´ediments analys´es par CheMin sont tamis´es et correspondent `a la fraction fine (< 150 µm). Il s’agit du premier instrument DRX `a la surface de Mars. Finalement, ces donn´ees sont tr`es compl´ementaires des analyses chimiques fournies par ChemCam et APXS, et seront r´eguli`erement utilis´ees pour nos ´etudes.

— MAHLI (MArs Hand Lens Imager ; Edgett et al., 2012), MARDI (MARs Descent Imager ; Malin et al., 2017) et Mastcam (Mast Camera ; Malin et al., 2017) sont des cam´eras couleurs qui per- mettent de documenter les contextes g´eologiques. La cam´era microscope MAHLI (14 µm.pixel−1 `

a 2.1 cm de distance) est comme APXS localis´ee sur le bras du rover. Elle permet notamment de renseigner sur la stratification, les propri´et´es des figures diag´en´etiques ou des grains des roches (e.g., taille, couleur, forme). MARDI est situ´e sous le chˆassis du rover et a ´et´e charg´e de carto- graphier le site durant l’atterrissage, ainsi que d’analyser les sols et roches durant la traverse. Les cam´eras Mastcam (150 µm.pixel−1 `a 2 m de distance), grˆace `a une s´erie de filtres, permettent d’´etudier les propri´et´es de r´eflectance des cibles depuis le visible jusqu’au proche infrarouge (∼1 µm). Elles sont ´egalement utilis´ees pour ´etudier l’environnement proche du rover, ainsi que pour d´eterminer les cibles de ChemCam (en compl´ement des cam´eras de navigation NavCam).

— DAN (Dynamic of Albedo Neutrons ; Mitrofanov et al., 2012) est un spectrom`etre `a neutron actif qui quantifie l’hydrog`ene et les ´el´ements absorbeurs de neutrons (e.g., Fe et Cl) pr´esents dans la partie superficielle des roches et sols martiens (i.e., <1 m`etre de profondeur).

— RAD (Radiation Assessment Detector ; Hassler et al., 2012) est un instrument permettant d’enre- gistrer les radiations de haute ´energie cosmiques et solaires.

— REMS (Rover Environmental Monitoring Station ; G´omez-Elvira et al., 2012) est une station m´et´eorologique qui mesure la pression atmosph´erique, l’humidit´e, la vitesse et la direction du vent, la temp´erature du sol et de l’air, ainsi que les radiations ultraviolettes.

coupl´e `a un spectrom`etre de masse et `a un spectrom`etre laser r´eglable, destin´es `a fournir la composition chimique (mol´eculaire, ´el´ementaire et isotopique) de l’atmosph`ere, des roches et des sols. Il permet ´egalement d’obtenir des informations sur la min´eralogie des phases pr´esentes, mais tout comme CheMin, il est situ´e dans le corps du rover et n´ecessite une pr´eparation cons´equente des ´echantillons `a analyser. Il permet d’analyser des fractions d’´echantillons de taille inf´erieure `a 1 mm.

Figure 1.10 – Repr´esentation sch´ematique de Curiosity et de sa charge utile. La localisation de chaque instrument sur le rover ainsi que sa fonction est ´egalement pr´esent´ee. Cr´edit : NASA/JPL-Caltech

Pour ´etudier la composition chimique et min´eralogique des roches et des sols, la strat´egie du rover consiste `a acqu´erir dans un premier temps des informations `a distance sur les cibles d’int´erˆet g´eologique grˆace aux cam´eras MastCam et NavCam, et `a une analyse chimique par ChemCam. Ensuite, les instruments de contacts APXS et MAHLI peuvent ˆetre d´eploy´es avec le bras pour fournir des analyses compl´ementaires. Finalement, une fois la valeur scientifique de la cible d´emontr´ee, un pr´el`evement peut ˆ

etre r´ealis´e (par forage jusqu’`a 6 cm, ou pr´el`evement de sols) afin d’approvisionner les instruments SAM et CheMin.