Couverture du journal du 30/07/2021 Consulter le journal

Philippe Caïs : Un peu de Bordeaux sur Mars

Tous les yeux sont tournés vers Perseverance. Ce petit robot de 3 mètres de long, 2,7 mètres de large, 2,2 mètres de haut, et pesant 1 tonne se balade à un peu plus de 300 millions de kilomètres de la Terre, à la recherche de traces de vie sur Mars. Parmi les centaines de personnes qui travaillent sur cette mission de la NASA, Philippe Caïs, ingénieur de recherche CNRS au Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux, chef de projet de la partie française de « l’œil » du rover. Il nous détaille son rôle ainsi que les autres contributions bordelaises à ce projet hors normes.

perseverance mars bordeaux Philippe Cais

© D. R.

Le projet est colossal, ses ambitions, monumentales. Initié par la NASA, l’agence spatiale américaine, pour un coût global de 2,5 milliards de dollars, le programme Mars 2020 mobilise plusieurs centaines de scientifiques, ingénieurs et industriels aux États-Unis et en Europe. Ils ont travaillé ensemble pour concevoir, fabriquer et désormais opérer les 7 instruments du rover Perseverance, qui a parcouru plus de 470 millions de kilomètres pendant 7 mois afin de se poser sur la planète Mars. Récoltant sur l’astre gelé des informations sur notre système solaire, datant d’il y a 3,5 milliards d’années, la mission est à la recherche de preuves de l’existence d’une vie sur une autre planète ou du moins d’un faisceau de présomptions. Lancé en 2013 par un appel d’offres de la NASA, le projet reçoit la candidature de 85 équipes internationales. Parmi les 7 retenues, seulement 3 sont extra-américaines : la station météo espagnole, le radar de sous-surface norvégien, et puis il y a SuperCam, « l’œil » de Perseverance, instrument né d’une collaboration franco-américaine (avec une contribution espagnole), pilotée par le laboratoire américain de Los Alamos, au Nouveau-Mexique.

perseverance mars bordeaux Philippe Cais

© Atelier Gallien / Echos Judiciaires Girondins

BUDGET DE 40 MILLIONS D’EUROS

Représentant un budget de 40 millions d’euros, financés par les porteurs du projet (Cnes, CNRS, Universités), la partie française de SuperCam, située dans le mât du rover et appelée « Mast Unit », implique 7 laboratoires tricolores et près de 300 personnes (scientifiques, ingénieurs et industriels).

Tout cela sous la supervision du Centre national d’études spatiales (Cnes) de Toulouse et de deux hommes : l’astrophysicien toulousain Sylvestre Maurice, directeur scientifique du projet, et l’ingénieur de recherche au CNRS bordelais Philippe Caïs, « chef de projet responsable de la fabrication, des performances et de la livraison de l’instrument », et donc « des équipes d’ingénieurs associées au programme », nous explique-t-il. Détaché à l’Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP) de Toulouse durant toute la durée de fabrication et d’assemblage de Mast Unit, livré à la NASA en juin 2019, Philippe Caïs est de retour au Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux (LAB) où il travaille depuis une vingtaine d’années, depuis l’atterrissage réussi de Perseverance sur Mars, le 18 février 2021. « Les scientifiques français avaient défini en amont ce dont ils avaient besoin, j’ai piloté l’équipe d’ingénieurs qui a construit cet instrument », précise-t-il.

« Les scientifiques français ont défini en amont ce dont ils avaient besoin, j’ai piloté l’équipe d’ingénieurs qui a construit cet instrument » Philippe Caïs

200 000 TIRS DE LASER

Philippe Caïs

Philippe Caïs © Atelier Gallien / Echos Judiciaires Girondins

SuperCam embarque 5 techniques d’analyses différentes (2 lasers, un spectromètre infrarouge, un imageur couleur, un micro), qui permettent de « déterminer la composition des roches martiennes. Il possède notamment un laser capable de tirer à 7 mètres de distance, pour porter une toute petite partie de la roche à plus de 10 000 degrés, et ainsi obtenir un plasma dont les couleurs correspondent à chacun des éléments chimiques présents (carbone, fer, magnésium, etc.) », détaille Philippe Caïs. L’objectif : trouver des roches sédimentaires (qui se forment en présence d’eau) pouvant contenir des « biosignatures », traces de vie passée, afin de prélever les premiers échantillons de sol martien pour les rapporter sur Terre. C’est d’ailleurs la raison pour laquelle le rover Perseverance s’est posé dans le cratère Jezero, où se serait formé il y a des milliards d’années un lac.

Dans les deux prochaines années, il devrait réaliser près de 200 000 tirs afin « de sélectionner les cibles à forer et prélever, pour enclencher la mission de retour des échantillons en 2030 », explique Philippe Caïs, ce qui signerait selon lui la réussite de Mars 2020.

Nous devons travailler en horaires martiens

ORDINATEUR DE BORD BORDELAIS

C’est une équipe bordelaise qui a fabriqué l’ordinateur de bord de la partie française de SuperCam : le service d’électronique et de mécanique du Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux (voir encadré). C’est cette même équipe qui a déjà travaillé avec l’IRAP sur le cerveau de l’instrument ChemCam du rover Curiosity, robot explorateur de la précédente mission martienne de la NASA, en activité depuis 2012 et qui a réalisé en 10 ans près d’un million de tirs de laser sur des roches ! En charge de la maintenance des cartes électroniques de SuperCam, jusqu’à cinq ingénieurs du LAB sont mobilisables sur la Mission Mars 2020 en cas de problème. Premier instrument de Perseverance testé après son atterrissage sur Mars, SuperCam semble pour le moment en parfait état de marche, comme le reste du rover, prêt à progresser d’une centaine de mètres chaque jour dans le cratère Jezero et s’arrêtant durant la nuit, les températures tombant à – 120 o C sur la Planète Rouge.

C’est d’ailleurs l’une des contraintes qui s’impose à tous ceux qui travaillent sur la Mission : « suivre les horaires martiens du rover », note Philippe Caïs, les journées (appelées « sols ») durant 24 heures et 40 minutes.

UN BORDELAIS TARGET SCIENTIST ?

Une fois la campagne de test des instruments terminée, « les opérations scientifiques pourront commencer, d’ici le mois de mai », estime l’ingénieur de recherche du CNRS. Une autre équipe bordelaise entrera alors en piste, aux côtés de la cinquantaine de scientifiques français impliqués : celle de Bruno Bousquet, professeur de physique à l’Université de Bordeaux, chercheur au Centre Lasers Intenses et Applications (CELIA) et Élise Clavé, doctorante en physique, « spécialistes des spectres et données laser ». « Bruno Bousquet pourrait même être amené à endosser le rôle de target scientist, celui qui coordonne l’avis de tous les scientifiques français et américains ayant accès aux données de Perseverance pour définir les cibles intéressantes », indique Philippe Caïs. Le programme d’actions étant envoyé quotidiennement au rover via des orbiters américains qui gravitent autour de Mars, et récupèrent également toutes les informations glanées par le robot.

L’engouement autour de la planète Mars est très important. Cela montre l’intérêt de nos recherches

RÊVE D’ASTRONAUTE

Philippe Caïs

Philippe Caïs © Atelier Gallien / Echos Judiciaires Girondins

« L’engouement autour de la planète Mars est très important », reconnaît Philippe Caïs. « Cela montre l’intérêt de nos recherches », estime-t-il. Les satellites récemment mis en orbite par les Émirats Arabes Unis et la Chine autour de Mars, ainsi que les missions chinoise et européenne en préparation le démontrent également. Les équipes françaises en sont déjà : le Laboratoire parisien Atmosphères, Milieux, Observations spatiales (LATMOS) a déjà livré à l’Agence spatiale européenne (ESA) le radar de sous-surface Wisdom, destiné au rover Rosalind Franklin de la mission européenne ExoMars, dont « l’électronique et la mécanique ont été fabriquées à Bordeaux, par les équipes du LAB », précise Philippe Caïs. Le laboratoire est à cet effet équipé d’une salle blanche, où avait également été testé l’ordinateur de bord de SuperCam et permettant « d’éviter toute contamination biologique de Mars », rappelle l’ingénieur de recherche. La mission ExoMars doit décoller en 2022, avec toujours le même objectif : trouver des traces de vie sur une autre planète et préparer l’exploration humaine qui le confirmera. L’astronaute Thomas Pesquet l’avait d’ailleurs confié dans une vidéo diffusée sur les réseaux sociaux pour saluer l’atterrissage réussi de Perseverance en février dernier : « C’est le rêve de tous les astronautes : poser un jour le pied sur Mars ! »

UNE RÉPLIQUE AU SOL DE PERSEVERANCE

Après trois années de travail, les équipes de l’IRAP, à Toulouse, ont pratiquement terminé la partie française de SuperCam lorsque survient un accident.

En décembre 2018, un mois avant la livraison, lors d’un test dans une étuve, l’instrument est totalement brûlé. Heureusement, l’électronique n’était pas à l’intérieur du boîtier, mais les équipes ont seulement 6 mois pour refaire toute l’intégration de la partie optique. « Nous avons reçu le renfort du Cnes, de nombreuses équipes ont travaillé sans relâche nuit et jour, même les week-ends pour réussir à livrer l’instrument avant l’été », et ainsi éviter de compromettre la mission, se souvient Philippe Caïs.

Finalement, SuperCam est livré à temps. Et les éléments restant du premier instrument (laser, télescope, boîte électronique…) vont être réutilisés pour fabriquer « une copie au sol de SuperCam », permettant de faire des tests. « Je suis donc encore en train d’organiser de l’activité pour Toulouse, de recruter du personnel, acheter du matériel, passer des contrats avec les industriels… Nous allons assembler les éléments, et dans un an, nous livrerons aux scientifiques un modèle au sol identique à celui qui est sur Mars », dévoile Philippe Caïs.

 

LE LAB UN SIÈCLE ET DEMI D’HISTOIRE, DE FLOIRAC À LA PLANÈTE MARS

1878 : Création du site historique de l’Observatoire astronomique et météorologique de Bordeaux (Floirac)
Années 1980 : Après un siècle d’observation du visible (par lunettes et télescopes), les équipes commencent à travailler sur la radioastronomie (observation en radiofréquences). Leurs instruments équipent en premier lieu l’Observatoire du plateau de Bure (l’Institut de radioastronomie millimétrique IRAM), dans les Alpes, puis les observatoires radiofréquences du monde entier
1997 : Cette unité constitutive de l’Observatoire aquitain des Sciences de l’univers (OASU) devient le Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux (LAB), unité mixte de recherche de l’Université de Bordeaux et du CNRS.
Années 2000 : le LAB embarque pour la première fois des spectromètres radiofréquences à bord d’un laboratoire astronomique spatial : le télescope Herschel de l’Agence spatiale européenne (ESA), en orbite entre 2009 et 2013
2010 : L’aventure martienne débute lorsque le LAB fournit l’ordinateur de bord de l’instrument ChemCam du rover de la NASA Curiosity (toujours actif aujourd’hui !)
2011 : Les modules de numérisation et de corrélation des antennes du plus grand observatoire astronomique au monde, ALMA, au Chili, sont fabriqués par le LAB
2013 : La NASA lance un appel d’offres pour la Mission Mars 2020.
Le LAB est sélectionné pour réaliser l’ordinateur de bord de Mast Unit, la partie française de SuperCam, « l’œil » du rover Perseverance. Philippe Caïs, ingénieur de recherche CNRS au LAB est nommé chef de projet sur SuperCam Livraison de l’instrument : juin 2019. Atterrissage sur Mars : 18 février 2021
2016 : Le LAB s’installe au cœur du campus de l’Université de Bordeaux, à Pessac
2018 : Le LAB livre l’électronique et la mécanique du radar à pénétration de sous-surface Wisdom du rover de la prochaine mission martienne de l’ESA, ExoMars
Décollage prévu en 2022 pour un atterrissage sur Mars en juin 2023

LA CONTRIBUTION FRANÇAISE AU PROJET SUPERCAM EN CHIFFRES

Supercam est un des 7 instruments du rover Persévérance Il se divise en 2 parties : l’américaine dans le robot, la française sur le mât

Coût pour la France : 40 millions d’euros

Laboratoires français concernés : 7 (3 à Toulouse, 3 à Paris et 1 à Bordeaux)

Nombre de Français impliqués : 300 (deux tiers d’ingénieurs et scientifiques, un tiers d’industriels)

Distance parcourue pour rejoindre Mars : 472 millions de km (7 mois)

Un jour, les astronautes poseront le pied sur Mars