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Comment la NASA s’est assurée que les futurs échantillons martiens ne seront pas contaminés

Illustration du rover Perseverance. Crédits : Nasa

Dans le cadre d’une mission conjointe, la NASA et l’Agence spatiale européenne comptent ramener des roches martiennes prélevées directement sur place au début des années 2030. Le but : rechercher des traces de vie passée. Voici comment la NASA s’est assurée que ces futurs échantillons ne seront pas contaminés.

Le 20 juillet dernier sonnait le coup d’envoi de la très attendue mission Mars 2020. L’idée : libérer le rover américain Perseverance dans le cratère Jezero, avec un atterrissage prévu pour le 18 février 2021. Ses objectifs seront de caractériser la géologie de la planète et son climat passé, mais aussi et surtout de rechercher des traces de vie passée enfouies dans le sol.

Pour ce faire, le rover se chargera de sonder plusieurs sites supposés contenir des roches principalement formées dans un milieu aqueux. Une fois celles-ci sélectionnées, de petites carottes de cinq centimètres de profondeur seront prélevées pour être analysées. Mais ce n’est pas tout.

Retour d’échantillons

Il est en effet également prévu de mettre quelques-uns de ces échantillons sous cache dans des tubes en vue d’un futur retour sur Terre. Ils pourront ainsi être analysés en laboratoire avec des instruments de pointe beaucoup trop massifs pour intégrer le vaisseau. Dans le cadre de cette mission, baptisée Mars Sample Return, la NASA va collaborer avec l’ESA.

Ceci étant dit, l’un des principaux défis pour les ingénieurs, en amont de cette mission, était de s’assurer que les échantillons prélevés soient intacts à leur arrivée sur Terre. Les tubes d’échantillonnage (43 au total) devaient en effet être suffisamment légers et robustes pour survivre aux exigences d’un tel aller-retour, mais également suffisamment “propres” pour que les scientifiques soient certains d’analyser du contenu 100 % martien.

« Comparée à Mars, notre planète est recouverte de vie », explique Ken Farley, du projet Mars 2020 à Caltech (Pasadena). « Nous devions éliminer toutes ces traces de manière à ce que toute preuve restante puisse être détectée et différenciée en toute confiance lorsque ces premiers échantillons seront retournés ».

mars 2020
Le rover Persévérance lors de son premier “test de conduite” en décembre 2019. Crédits : NASA/JPL-Caltech

Ce n’est évidemment pas la première fois que la NASA doit faire face à ce type de défi. Cette ingénierie remonte à la mission Apollo 11. Quand Neil Armstrong, Michael Collins et Buzz Aldrin sont revenus sur Terre avec leurs 21,8 kilogrammes d’échantillons prélevés en pleine Mer de tranquillité de la Lune en 1969, ces derniers avaient été placés et transportés dans deux boîtes en aluminium stérilisées de la taille d’une mallette.

Toutefois, les caisses de roches d’Apollo n’avaient besoin de maintenir leur cargaison “vierge” que pendant dix jours environ – de la surface lunaire jusqu’au retour sur Terre – avant d’être transférées en laboratoire. Les tubes d’échantillons de Perseverance, eux, devront préserver la valeur scientifique de leur contenu pendant plus d’une dizaine d’années.

Des mesures de propreté ultra strictes

Fabriqué principalement en titane, chaque tube mesure un peu moins de 15,2 centimètres de long et pèse moins de 57 grammes. Un revêtement extérieur blanc empêchera le chauffage par le soleil qui pourrait potentiellement modifier la composition chimique des échantillons. Des numéros de série gravés au laser à l’extérieur aideront l’équipe à identifier chaque tube et son contenu.

Les tubes sont également le produit de normes de propreté extrêmes. Toutes les missions planétaires de la NASA impliquent des processus exigeants pour empêcher l’introduction de matières organiques, inorganiques et biologiques terrestres. Toutefois, étant donné que ces tubes pourraient contenir la preuve que la vie existait autrefois ailleurs dans l’Univers, l’équipe de Mars 2020 devait réduire – encore plus – la possibilité qu’ils puissent héberger des indices terrestres susceptibles de compliquer le processus scientifique.

«Pour réaliser le type de science que la mission vise, nous devions limiter la quantité totale de composés organiques terrestres dans un échantillon donné à moins de 150 nanogrammes. Pour un ensemble de composés organiques particuliers – ceux qui sont très révélateurs de la vie – nous étions limités à moins de 15 nanogrammes pour chaque échantillon », précise Ian Clark, qui a participé au processus de “nettoyage” des tubes d’échantillonnage au JPL.

À titre d’information, un nanogramme est un milliardième de gramme. Aussi, pour répondre à des spécifications aussi strictes, les ingénieurs ont dû repenser leurs processus. « Nous avons fait tout notre assemblage dans une “hyper-salle blanche”, qui est essentiellement une salle blanche à l’intérieur d’une salle blanche », poursuit l’ingénieur. Entre chaque étape d’assemblage, les tubes d’échantillons étaient nettoyés avec des jets d’air filtré, rincés à l’eau désionisée et nettoyés par ultrasons avec de l’acétone, de l’alcool sopropylique et d’autres agents de nettoyage exotiques ».

Au moment où les 43 tubes échantillons ont été sélectionnés, chacun avait généré plus de 250 pages de documentation et trois gigaoctets d’images et de vidéos.

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Un plateau contenant 39 tubes d’échantillons – chacun protégé dans une gaine dorée – installé dans le rover Perseverance le 21 mai 2020. Crédits : NASA/JPL-Caltech/KSC

Retour prévu en 2032

Côté calendrier, le déroulé de la mission consistera à envoyer en 2026 un nouvel atterrisseur sur Mars, le Sample Retrieval Lander (SRL). Une fois posé (été 2028), celui-ci déploiera ensuite le Sample Fetch Rover dont l’objectif sera de récolter les tubes d’échantillons mis de côté par Perseverance. Ces derniers seront alors déposés dans une petite fusée, le Mars Ascent Vehicle (MAV), qui décollera au printemps 2029 pour se placer en orbite autour de Mars.

Pendant ce temps, à l’été 2028, l’ESA se chargera d’envoyer une sonde qui viendra récupérer les échantillons en orbite, avant de les ramener sur Terre en 2032.