Perseverance : premier forage mais pas de roche collectée

Article publié initialement le 8 août et mis à jour le 13 août

Le 6 août, le rover Perseverance a foré son premier trou dans le sol de Mars pour y récolter des échantillons de roche.

Cette image du trou foré par le rover Perseverance lors de sa première tentative de prélèvement d’échantillons a été prise par l’une des caméras de navigation du rover. La photo a été prise le 6 août 2021 dans la zone géologique « Crater Floor Fractured Rough » du cratère Jezero sur Mars (crédit NASA/JPL-Caltech)

Premier forage mais un tube vide

Contre toute attente, les images prises par le rover montrent un tube vide de toute roche collectée par la foreuse.

Cette image prise par le rover Perseverance de la NASA le 6 août 2021, montre que le tube de prélèvement d’échantillons n° 233 est vide. C’est l’une des données envoyées sur Terre par Persévérance montrant que le rover n’a collecté aucune roche martienne lors de sa première tentative de carottage d’un échantillon. L’image a été prise par la caméra du système d’échantillonnage et de mise en cache du rover (connue sous le nom de CacheCam) (crédit NASA/JPL-Caltech)

La télémétrie du rover indique que lors de sa première tentative de carottage, le foret et le trépan ont été engagés comme prévu, et après le carottage, le tube d’échantillon a été traité comme prévu à bord du rover.

« Le processus d’échantillonnage est autonome du début à la fin« , a déclaré Jessica Samuels, responsable de la mission de surface pour Persévérance au Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA en Californie du Sud. « L’une des étapes qui se produit après avoir placé une sonde dans le tube de prélèvement consiste à mesurer le volume de l’échantillon. La sonde n’a pas rencontré la résistance attendue qui serait là si un échantillon était à l’intérieur du tube.« 

Les investigations ont commencé pour les équipes de la NASA pour comprendre ce qu’il s’est passé. Ils ont notamment à leur disposition un système « jumeau » de celui sur Mars au JPL qui a conçu et développé Perseverance.

Une première étape consiste à utiliser l’imageur WATSON situé à l’extrémité du bras robotique pour prendre des photos rapprochées du trou de forage. 

Imagerie du trou d’échantillonnage avec l’imageur SHERLOC WATSON. Illuminé par la lumière du Soleil et les lumières LED. 7 août 2021 – Sol 165 – Crédit NASA/JPL-Caltech

Une fois que l’équipe aura mieux compris ce qui s’est passé, elle sera en mesure de déterminer quand planifier la prochaine tentative de prélèvement d’échantillons.

Mise à jour 13/08/2021 : statut du premier carottage

Le 11 août, la NASA/JPL publie un article de blog décrivant les conclusions actuelles de l’équipe scientifique et technique de la mission :

  • La télémétrie des performances du carottier pendant les activités d’abrasion et de carottage n’a révélé aucune réponse inhabituelle par rapport aux données de nos tests réussis sur Terre (> 100 carottes forées dans une gamme de roches d’essai) ;
  • Les images de la zone de carottage et sous le rover n’ont pas permis de trouver une carotte intacte ou des morceaux de carotte sur la surface martienne ;
  • Les mesures de profondeur du trou de forage à partir des images nous amènent à croire que l’activité de carottage dans cette roche inhabituelle n’a donné lieu qu’à de la poudre/des petits fragments qui n’ont pas été retenus en raison de leur taille et du manque de tout morceau important. Il semble que la roche n’était pas assez robuste pour produire une carotte. De la matière est visible au fond du trou. Le matériau de la carotte souhaitée se trouve probablement au fond du trou, dans le tas de déblais ou une combinaison des deux. Nous ne sommes pas en mesure de distinguer davantage compte tenu des incertitudes de mesure.

Les équipes scientifiques et techniques pensent que le caractère unique de cette roche et ses propriétés matérielles sont le principal facteur de la difficulté à en extraire une carotte. 

L’équipe reste positive car ce premier carottage a permis de tester la chaîne robotique de bout en bout de façon automatique sur le sol martien.

Le rover se dirige désormais vers des roches sédimentaires sur le site South Seitah qui correspondent davantage aux matériaux prélevés avec succès lors des essais sur Terre. La prochaine tentative de prélèvement d’échantillons du sol martien est prévue début septembre.

 


 

Dans la suite de l’article, je vous explique en détails le système sophistiqué de collecte d’échantillons de Perseverance.

Des forages pour le retour d’échantillons martiens sur Terre

Perseverance n’est que la première phase 1 du retour d’échantillons de sol martien sur Terre : le rover sélectionne les échantillons, les prélève et les dépose à un endroit précis.

Ces échantillons sont prévus d’être récupérés par une autre mission : Mars Sample Return [descriptif synthétique aussi dans Mars 2020 / Perseverance : à la recherche de traces de vies passées sur Mars].

Pour ce faire, 3 étapes sont nécessaires :

  • Étape 1 : Collecte des échantillons
  • Étape 2 : Scellage et stockage des échantillons à bord
  • Étape 3 : Dépôt des échantillons sur la surface

Cela fait intervenir un ensemble de 3 systèmes appelé Sample Caching System, l’un des systèmes robotiques les plus sophistiqués mis au point par la NASA à ce jour, dont le développement et la fabrication ont pris environ 7 ans.

Étape 1 : collecter les échantillons

Dans cette vidéo accélérée, prise le 19 juillet 2019, dans la salle blanche du Jet Propulsion Laboratory en Californie, le bras du rover de 2,1 mètres de long manœuvre facilement les 40 kg de tourelle chargée de capteurs alors qu’il passe d’une configuration déployée à une configuration repliée (crédit NASA/JPL-Caltech)

Au bout du bras de 2,1 m de long du rover se trouve la « tourelle ». C’est comme une main qui porte des analyseurs minéraux et chimiques (PIXL et SHERLOC), des caméras scientifiques (WATSON) pour étudier l’habitabilité passée de Mars et une foreuse à percussion rotative conçue pour extraire des échantillons de carottes rocheuses de la surface martienne.

Le bras robotique du rover Perseverance de la NASA a tendu « la main » pour examiner les roches dans une zone sur Mars surnommée « Cratered Floor Fractured Rough ». La vidéo est un ensemble d’image prises entre le 10 et le 12 juillet 2021 (crédit NASA/JPL-Caltech)

La foreuse comporte 3 types de forets : embouts de carottage, embout régolithe et abraseur.

  • Le foret cylindrique découpe des échantillons de l’intérieur de la roche, brisant l’échantillon de roche à sa base. Chaque échantillon est prélevé directement dans un tube de prélèvement d’échantillon propre.
  • Un foret spécial est utilisé pour collecter le matériau rocheux meuble, ou « régolithe », sur la surface martienne. Comme pour les échantillons de roche, les échantillons de régolithe sont prélevés directement dans un tube de prélèvement d’échantillon propre.
  • Le foret abrasif est utilisé pour gratter ou « abraser » les couches supérieures des roches, afin d’exposer des surfaces fraîches et non altérées à étudier

Chaque trou percé fait 27 mm de diamètre.

Cette image aux couleurs améliorées de l’instrument Mastcam-Z à bord du rover Perseverance montre un tube d’échantillonnage à l’intérieur du trépan de carottage après la fin de l’activité de carottage du 6 août 2021. La bague extérieure de couleur bronze est le foret. La bague intérieure de couleur plus claire est l’extrémité ouverte du  tube d’échantillon. Une partie du numéro de série du tube, le n° 233, est visible sur le côté gauche de la paroi du tube (crédit NASA/JPL-Caltech)

 

Les forets sont en fait localisés dans le ventre du rover dans une sorte de boîte à outils appelée « bit carrousel« . Il y a en tout 9 forets : 2 pour l’abrasion, 1 pour le régolithe (roche et sol) et 6 pour le carottage. Si, par exemple, l’objectif est d’abraser, le carrousel manœuvre la mèche appropriée en position de sorte que la perceuse à l’extrémité du bras robotique du rover puisse l’extraire. Une fois le perçage terminé, la mèche retourne dans le carrousel. Pour les carottages, un tube d’échantillon est inséré à l’intérieur du trépan approprié avant que le carrousel déplace l’ensemble en position pour le forage. Une fois le tube d’échantillon rempli, le bras robotique renvoie le foret et le tube au carrousel, où ils se dirigent vers les stations de traitement et de stockage.

A côté du carrousel, se trouvent les 38+5 conteneurs à échantillons de la taille d’un tube à essai en attente de remplissage.

Principe de forage et du transfert des échantillons à bord du rover Perseverance (crédit NASA/JPL-Caltech)

Étape 2 : Stockage à bord

Une fois qu’un échantillon est collecté, le tube d’échantillon est transféré dans le ventre du rover. Là, il est remis au petit bras robotique intérieur, le sample handling arm ou SHA, et déplacé vers les étapes d’évaluation du volume, la prise d’image et, éventuellement, le scellement. Une fois le tube hermétiquement fermé, rien ne peut y entrer ni en sortir. Les tubes sont stockés dans le ventre du rover jusqu’à ce que l’équipe de la mission décide du moment et de l’endroit où déposer les échantillons à la surface de Mars.

Installation des tubes d’échantillonnage de Perseverance : Un plateau contenant 39 tubes d’échantillonnage est installé dans le rover Perseverance de la NASA sur cette photo prise au Kennedy Space Center de l’agence le 21 mai 2020. Crédits : NASA/JPL-Caltech

 

Les tubes à échantillons ont à peu près la taille d’une lampe-stylo. Chaque carotte collectée mesure 13 millimètres de diamètre et 60 millimètres de long, soit en moyenne 10 à 15 grammes de matériau martien par tube.

Fabriqué principalement en titane, chaque tube d’échantillon vide pèse moins de 57 grammes. Un revêtement extérieur blanc protège contre le chauffage par le Soleil, modifiant potentiellement la composition chimique des échantillons après que Persévérance ait déposé les tubes à la surface de Mars. Les numéros de série gravés au laser à l’extérieur aideront l’équipe scientifique à identifier les tubes et leur contenu, et la zone de collecte.

Anatomie d’un tube d’échantillon : cette illustration représente l’extérieur d’un tube d’échantillon transporté à bord du rover Mars 2020 Perseverance. Crédits : NASA/JPL-Caltech

 

Des mesures de propreté extraordinaires avant le lancement et cinq tubes témoins sur Mars

Plusieurs mesures ont été mises en place pour éviter de contaminer les échantillons martiens avec des contaminants terrestres qui pourraient être apportés par inadvertance depuis la Terre. Des règles strictes limitent la quantité de matières inorganiques, organiques et biologiques de la Terre dans le rover et son système de manipulation d’échantillons. La limite a été fixée à moins de 15 nanogrammes dans un échantillon, sachant qu’un nanogramme est un milliardième de gramme. Une empreinte digitale moyenne contient environ 45 000 nanogrammes de matières organiques, soit environ 300 fois le total autorisé dans un tube à échantillon. L’assemblage des tubes d’échantillonnage a été réalisé dans un environnement de salle blanche ultra-propre. Entre les étapes d’assemblage, les tubes d’échantillons ont été nettoyés avec des jets d’air filtrés, rincés à l’eau déminéralisée et nettoyés par ultrasons avec de l’acétone, de l’alcool isopropylique et d’autres agents de nettoyage. Après chaque nettoyage, l’équipe mesurait les contaminants et effectuait des mesures de contaminations. Les 43 tubes échantillons les plus propres ont été sélectionnés parmi 93 fabriqués pour le vol.

Un technicien prélève un échantillon à la surface du tube à échantillon 241 pour tester la contamination. Chaque tube d’échantillon a son propre numéro de série unique (vu sur la partie dorée du tube). L’image a été prise dans une salle blanche du Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud, où les tubes ont été développés et assemblés. Crédit NASA/JPL-Caltech

 

Perseverance transporte cinq tubes témoins similaires aux tubes à échantillons, sauf qu’ils sont préchargés avec une variété de matériaux témoins qui peuvent capturer les contaminants moléculaires et particulaires, tels que :

  • les gaz qui peuvent être libérés, ou « dégazés », de différents matériaux sur le rover ;
  • les restes chimiques de la mise à feu du système de propulsion d’atterrissage ;
  • tout autre matériau organique ou inorganique terrestre qui aurait pu arriver sur Mars avec le rover.

Cette série d’images montre le rover Perseverance de la NASA inspectant et scellant un tube d’échantillon « témoin » le 21 juin 2021, alors qu’il se prépare à prélever son premier échantillon de roche et de sédiments martiens. Photo par la caméra Cachecam du Sample Caching System (Crédit NASA/JPL-Caltech)

 

Un par un, les tubes témoins seront ouverts sur la surface martienne pour « témoigner » de l’environnement ambiant à proximité des sites de prélèvement d’échantillons. Ils seront exposés à l’environnement local où les échantillons sont prélevés et ils subissent les mouvements de forage et d’autres mouvements que subissent les conteneurs d’échantillons. Les tubes témoins ne collectent cependant pas d’échantillons de sol ou de roche. Les tubes témoins seront également scellés et mis en stockage comme les échantillons réels de Mars. De retour sur Terre, les tubes témoins montreront si des contaminants terrestres étaient présents lors de la collecte des échantillons. Cela aidera les scientifiques à dire quels matériaux dans les matériaux martiens peuvent en fait être d’origine terrestre.

Étape 3 : Dépôt des échantillons sur la surface

Au moment et au lieu du choix de l’équipe de la mission, les échantillons seront déposés à la surface de Mars. 

Il est prévu de collecter au moins 12 tubes.

L’emplacement ou les emplacements du dépôt doivent être bien documentés à la fois par des points de repère locaux et des coordonnées précises provenant de mesures orbitales, afin de permettre le retour des échantillons de sol martien par la mission Mars Sample Return dans plusieurs années. Les images prises par les orbiteurs peuvent identifier les emplacements des échantillons avec une précision d’environ 1 mètre et les images prises par les propres caméras du rover augmenteront cette précision à moins d’un centimètre.

Dans le plan de référence, Perseverance place un ou plusieurs grands groupes d’échantillons à des emplacements stratégiques. 

Et ça on en reparlera plus tard 😉

Illustration de la stratégie de collecte d’échantillons et du dépôt de ceux-ci à la surface de Mars pour la mission Perseverance (crédit NASA)

 


 

Un rappel sur le fonctionnement de Perseverance pour les forages dans la vidéo ci-dessous :

A 4’50 » de cette vidéo , l’explication du système de forage par le planétologue Sylvestre Maurice à la Cité de l’espace sur le système de prélèvement et à 6’30 » sur les tubes de prélèvements.

Source de l’article : https://mars.nasa.gov/

Photo à la une : première tentative de prélèvement d’échantillons le 6 août 2021 – crédit NASA/JPL-Caltech

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