PHOENIX John MarshallLa Poussière Martienne
La sonde PHOENIX de la NASA s’est posée sur Mars le 25 mai 2008 dans une région proche de la calotte glaciaire polaire boréale (68°N). A son bord, parmi les instruments, il y avait le microscope de force atomique "FAMARS" pour ("First Atomic Microscope on Mars") conçu par l’équipe du Professeur Nico de Rooij et le Dr Sebastian Gautsch du SAMLAB (IMT/EPFL) de Neuchâtel. La collecte de données s’est arrêtée, comme prévu, en novembre 2008, le grand froid de l’hiver martien approchant ne permettant plus le fonctionnement des appareils. Suivant l’impulsion de John Marshal , Docteur en géologie de l’University College de Londres, chercheur au Centre Carl Sagan (« CSC ») de l’institut SETI et spécialiste des particules clastiques (poussières produites par la nature), l’un des objectifs de la mission, dirigée par Peter H. Smith, Senior Research Scientist de l’Université d’Arizona, était d’étudier la poussière martienne. Cette poussière étant extrêmement fine (quelques microns), il était nécessaire pour l’examiner d’utiliser un microscope d’une puissance de discrimination supérieure au microscope optique. Il était impératif que cette poussière soit examinée in situ car les problèmes qu’elle pose, résultent non seulement de ses caractéristiques chimiques et physiques propres mais aussi des conditions très particulières de l’environnement martien (sécheresse, gravité, température) et le « laboratoire » où ces conditions peuvent être le mieux réunies, c’est la planète Mars elle-même. L’intérêt de l’étude est d’abord scientifique et c’est un élément clef de la compréhension de Mars. Les grains de poussières sont des indicateurs de la géologie actuelle de la planète et des témoins de son histoire passée. On peut déduire cet état géologique et cette histoire de l’apparence et de la texture des grains. Les vents de l’atmosphère les charrient depuis des milliards d’années et l’eau, active sur Mars durant quelques centaines de millions d’années, les a sans doute marqués de son empreinte. Le degré de l’usure et de l’émoussement des grains doit donc permettre de mieux évaluer l’importance et les diverses formes de l’érosion subie. Il fallait aussi que l’étude soit faite rapidement (avant même un éventuel retour d’échantillons) car la poussière, très présente dans l’atmosphère du fait des vents, de la faible gravité, de la légèreté des grains et de leur forte charge électrostatique (résultant de leur composition chimique et de l'effet triboélectrique dû à la très grande sécheresse de l’air), pose problème pour le bon fonctionnement des machines (grippage des articulations, obscurcissement des panneaux solaires) et pour le travail et la santé de l’homme (qu'il convient de préparer maintenant). En ce qui concerne ce dernier, la très petite taille des grains pourrait faciliter leur pénétration profonde dans les poumons et leur infiltration dans les scaphandres et dans les habitats. Les grains sont certes moins acérés que sur la Lune car il y a eu et il y a toujours de l’érosion sur Mars, mais ils restent potentiellement très dangereux. Par ailleurs, leur charge électrostatique les rend extrêmement « collants ». Les instruments embarqués à bord de Phoenix pour réaliser l’étude de la poussière (et plus généralement du sol), collectivement dénommés « MECA », acronyme pour «Microscopy, Electrochemistry, and Conductivity Analyzer », ont été mis au point avec le Jet Propulsion Laboratory de la NASA (« JPL »), et comprennent, outre FAMARS, un microscope optique, divers appareils et réactifs chimiques permettant des expériences de chimie (comme celles des sondes Viking mais en beaucoup plus précis), ainsi qu’un appareil permettant des expériences de physique (adhérence) et de conductivité des matériaux. Contrairement aux microscopes optiques ou électroniques, un microscope à force atomique n'étudie pas la matière en la voyant, mais plutôt en la touchant. L'appareil utilise des capteurs extrêmement petits (que les spécialistes appellent des « pointes ») attachés à des leviers très flexibles, pour sentir la surface d'un échantillon et en construire une représentation en 3D (un relevé topographique) très précise. FAMARS a permis d'étudier le sol martien à l'échelle nanométrique et il a pu observer des particules de l’ordre du micron (1μ). L'instrument comporte 8 pointes, pour effectuer huit expériences (une fois utilisée, une pointe ne peut plus servir). Deux défis particuliers étaient à relever pour la conception et la réalisation de l’instrument : (1) la taille car il fallait pousser la miniaturisation aussi loin que possible pour maximiser la charge d’instruments que pouvait emporter PHOENIX et (2) l’automation qu’il fallait pousser au maximum, la distance ne permettant pas d’intervenir directement et l’éloignement de plusieurs centaines de millions de km ne permettant pas aux messages de parvenir à l’appareil en moins d’une demi heure. Le dernier instrument de MECA, une sonde de conductivité thermale et électrique, était attaché aux phalanges du bras robotique. Il a permis d’étudier le comportement électrostatique de la poussière. Ses pointes ont été plantées aux extrémités des tranchées creusées pour recueillir les échantillons. Outre les températures, la sonde a mesuré les propriétés thermiques du sol, fournissant ainsi une meilleure connaissance de l’interaction entre surface et atmosphère. En utilisant les mêmes pointes, on a mesuré la conductivité électrique du sol pour rechercher l’humidité du sous sol immédiat, susceptible d’apparaître lors de l’excavation des tranchées de prélèvement d’échantillons. A côté des avancées que la sonde PHOENIX nous a permis de faire dans la connaissance du sol de Mars, il nous faut donc penser, pour demain, lorsque commenceront les vols habités, et en fonction des observations de PHOENIX, à des équipements qui empêcheront l’intrusion des poussières. Pour l’habitat, c’est d’abord au niveau du sas qu’il faudra agir. Pour les astronautes, il faudra prévoir des masques avec des filtres particulièrement fins. Les jointures des scaphandres et des véhicules devront être particulièrement protégées et les astronautes devront disposer d’aspirateurs puissants équipés de filtres adéquats et d’un système efficace de compactage et d’évacuation de la poussière. Les véhicules devront, comme les rovers et aussi les scaphandres des astronautes, disposer d’antennes qui dissiperont l’électricité statique. D’une manière générale les matières antistatiques devront être étudiées en vue de leur utilisation dans tous les équipements exposés à l’extérieur. Ce sont encore des défis à relever mais ce sont ce sont les défis qui suscitent le progrès pour la conquête spatiale et pour une vie meilleure sur Terre. Lors de notre conférence du 3 décembre, Sebastian Gautsch a expliqué le fonctionnement de FAMARS et a fait état des réponses apportées par cet instrument ainsi que des nouvelles questions posées. Pierre Brisson
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