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La mission de l'Agence Spatiale Européenne ExoMars prend son véritable envol lundi 14 mars 2016 à Baïkonour pour rejoindre la planète Mars en neuf mois. Cette mission se pare d'un satellite de grande taille (le Trace Gas Orbiter TGO) et d'un atterrisseur (Schiaparelli) qui formeront l'avant-poste de la mission ExoMars avant l'envoi du rover Pasteur sur un prochain créneau de lancement vers Mars.
Pour la communauté scientifique française concernée, notamment au laboratoire "Atmosphères, milieux, observations spatiales" (LATMOS, CNRS/UVSQ/UPMC/IPSL), au laboratoire de météorologie dynamique (LMD, CNRS/UPMC/ENS Paris/École polytechnique) et au laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (LESIA, CNRS/UPMC/Observatoire de Paris/Université Paris Diderot), la participation à ACS (spectromètre infrarouge Atmospheric Chemistry Suite) offre une opportunité unique de poursuivre les efforts de développement engagés à la fois sur le front instrumental dans le spatial (développement de SPICAM sur Mars Express) et sur le front de la modélisation théorique (modèle physico-chimique global de l'atmosphère de Mars.
L'orbiteur Trace Gas Orbiter de la mission ExoMars . D.R.
La mission de 2016 mettra en orbite martienne un satellite qui, d'une part, étudiera l'atmosphère de Mars ainsi que son évolution et, d'autre part, servira de relais de télécommunications vers la Terre pour les missions en opération à sa surface. Ce satellite baptisé Trace Gas Orbiter (TGO) étudiera avec ses instruments russes et européens les gaz présents à l'état de traces dans l'atmosphère martienne tels que le méthane ou d'autres hydrocarbures. Le TGO atteindra la planète Mars fin 2016 et amorcera, après une phase d'aéro-freinage où la sonde se servira de l'atmosphère de Mars pour freiner sa trajectoire et assurer sa mise en orbite finale, sa mission scientifique fin 2016 pour une durée d'au moins une année martienne (presque deux ans terrestres).
Les équipes de l'IPSL (LATMOS et LMD) sont impliquées sur les 3 spectromètres ACS (Atmospheric Chemistry Suite) qui analyseront la composition de l'atmosphère martienne et son évolution. Ces spectromètres travailleront dans le domaine infrarouge ce qui leur permettra de détecter l'eau, le méthane et d'autres constituants mineurs de l'atmosphère.
Figure de gauche- couverture spectrale de l'instrument ACS (comparée à celle de NOMAD, l'autre spectromètre infrarouge de TGO), le positionnement des signatures spectroscopiques des principales espèces recherchées est indiquée dans la partie supérieure. Figure de droite- Vue 3D de l'instrument ACS © LATMOS
Les objectifs scientifiques de ACS visent à détecter et cartographier les espèces traces dans l'atmosphère martienne, afin d'en comprendre l'origine et mesurer ainsi le taux actuel d'activité biologique ou géologique de la planète Mars. Toutefois, la grande polyvalence d'ACS permettra de contribuer, au-delà de la seule problématique des gaz trace, de manière plus globale à notre compréhension de l'atmosphère martienne en obtenant pour la première fois un relevé d'espèces-clefs pour la stabilité photochimique de l'atmosphère martienne et en établissant un relevé spatio-temporel dense des principales variables météorologiques martiennes (pression, température, etc.).
Les retombées scientifiques possibles ne se limiteront pas à l'étude du méthane et de son origine, mais permettront de comprendre plus en profondeur les grands processus physico-chimiques du climat martien. Les mesures de rapports isotopiques, et notamment du rapport isotopique du deutérium dans l'eau, vont nous permettre comme cela l'est fait sur la Terre de mieux comprendre le cycle hydrologique martien actuel mais aussi son comportement sur des échelles de temps très longues. Ces mesures nous seront particulièrement utiles pour reconstituer l'histoire de calottes polaires martiennes à partir de mesure des rapports isotopiques. Cette cartographie de l'eau lourde (dont la présence est, elle, avérée sur Mars) permettrait d'ouvrir un volet scientifique ce que les missions martiennes n'ont pu à ce jour exploré.
Les équipes se déploieront aussi sur la réalisation d'une chaîne de traitement des données de l'instrument, à l'aide de méthodes et d'outils récents et optimaux d'"assimilation de données" (au LMD). L'ambition affichée est de construire une chaîne de traitement des données permettant de fournir la climatologie atmosphérique aux équipes TGO en une à deux semaines.
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