Un silence assourdissant. Pendant 50 ans, les différentes missions martiennesmissions martiennes nous ont renvoyé des milliers d'images saisissantes de la surface de Mars, mais jamais un seul son ! Comme le souligne le communiqué de presse de l'Isae-Supaéro, la mission « Perseverance de la Nasa a mis fin à ce néant sonore en enregistrant les premiers sons martiens audibles par l'oreille humaine ».

Comment ? Avec le Mars Microphone conçu par l'Isae-Supaéro installé sur SuperCam. S'il est vrai que la Nasa n'était pas très convaincue de l'intérêt de l'embarquer à bord de Perseverance, ce n'était pas le cas de l'équipe du microphone qui était persuadée que l'étude du paysage sonore de Mars pouvait faire avancer notre compréhension de cette planète. Le pari de l'équipe de David Mimoun, responsable scientifique du microphone SuperCam et professeur à l'Isae-Supaéro, est donc gagnant. « Il est aujourd'hui possible d'entendre les vrais sons de la surface martienne, et l'étude de ces sons a un réel intérêt pour la planétologie ».

Le microphone de l’Isae-Supaéro installé sur SuperCam. © Nasa, JPL-Caltech

Preuve de l'intérêt scientifique de cet instrument, la prestigieuse revue Nature publie les travaux de l'analyse de ces sons d'une équipe internationale, regroupant des scientifiques du CNRS, de l'ISAE-Supaéro et de l'équipe de SuperCam.

Mais si écouter le rover rouler sur Mars, le laser du SuperCam contre les roches martiennes ou le ventvent soufflant peut apparaître ludique, pour les scientifiques il n'en est rien. Bien au contraire. En avril 2021, Naomi Murdoch, chercheur à l'Isae-Supaéro en charge de l'analyse des sons martiens, nous expliquait déjà qu'il y a un « réel intérêt technique et scientifique à écouter les sons sur Mars ». Les sons martiens ne vont évidemment pas révolutionner la connaissance de la planète, mais plutôt « l'améliorer dans de nombreux domaines, en particulier pour ce qui est de la connaissance de l'atmosphèreatmosphère martienne et de ses interactions avec la surface ».

Cela dit, s'il est possible d'écouter Mars, il faut savoir que les « sons martiens révèlent un monde étonnamment calme, silencieux ». Si calme, que certains scientifiques ont « parfois cru que le microphone ne fonctionnait plus » ! Force est de constater qu'en dehors du vent, les « sources sonores naturelles sont rares ».

Preuve de son utilité scientifique, le microphone est aujourd'hui « utilisé largement par l'équipe d'étude de l'atmosphère, notamment pour en apprendre davantage sur les turbulences, la bonne surprise de ces sons ». Leur analyse approfondie a rendu « perceptible le son généré par la turbulence de l'atmosphère martienne » et a permis son étude à des « échelles 1.000 fois inférieures à ce qui était connu ». 

Écoutez les sons de Mars enregistrés par le rover Perseverance depuis son arrivée en février 2021. © Nasa

Les scientifiques ont ainsi montré que la « vitesse du son est plus faible sur Mars que sur Terre : 240 m/s, contre 340 m/s sur notre Planète ». Mais le plus surprenant est qu'il existe en réalité deux vitesses du son sur Mars, « une pour les aigus et une pour les graves ». L'atténuation du son est « plus forte sur Mars que sur Terre, particulièrement les aigus qui se perdent très vite, même à faible distance contrairement aux graves ». Tous ces facteurs rendraient une conversation difficile entre deux personnes séparées de seulement cinq mètres ! Ils sont « dus à la composition de l'atmosphère de Mars (96 % de CO_2, 0,04 % sur Terre) et la très faible pressionpression à sa surface (170 fois plus faible que sur Terre) ».

Le microphone utilisé comme un stéthoscope pour ausculter le rover

L'intérêt du microphone n'est pas seulement scientifique. « Il est aussi technique ». Avant le lancement de la mission « on savait que les enregistrements des sons générés par le rover lui-même pouvaient nous permettre de mieux comprendre la signature sonore de ses différents mouvementsmouvements ». Et donc « nous renseigner sur son état de santé mécanique, comme les opérations du bras robotiquerobotique et du mât, le roulage sur sol normal ou accidenté ». Le microphone agit donc comme un « véritable stéthoscopestéthoscope pour le rover car il fournit un diagnosticdiagnostic sonore de sa bonne santé ».

Les ondes de choc produites par l'impact du laser de SuperCam sur les roches ou les vols de l’hélicoptère Ingenuity ont également été utiles aux scientifiques. Elles ont fait l'objet « d'étude sur la propagation sur Mars de ces sons, dont le comportement est parfaitement connu sur Terre, et permis de caractériser finement les propriétés acoustiques de l'atmosphère martienne ».

Ensemble, tous ces résultats démontrent que la « mesure du son aide à l'étude de l'environnement acoustique d'autres planètes et à la compréhension des atmosphères planétaires ». Ils militent également à ce que les prochaines missions planétaires embarquent des microphones. Avec un poids de quelques grammes, le micro de SuperCam pèse seulement 13 kilogrammeskilogrammes, cela ne devrait pas être trop contraignant à intégrer.

Perseverance est à l'écoute des sons de Mars

Article de Dorian De SchaepmeesterDorian De Schaepmeester publié le 20/10/2021

En parallèle de sa mission principale d'exploration et de collecte de roches, le rover Perseverance écoute et enregistre les sons audibles à la surface de Mars, à l'aide de microphones. Les scientifiques peuvent ainsi en apprendre plus sur l'atmosphère ténue de la Planète rouge.

Perseverance ne nous rapporte pas seulement des roches martiennes, le rover recueille aussi des extraits audio ! Présent sur Mars depuis le 18 février, il a commencé à enregistrer les bruits de la planète depuis le début effectif de sa mission. Plusieurs bandes sonores avaient déjà été dévoilées au cours des mois précédents, sur lesquelles la surface de la planète déserte et aride était audible pour la première fois. Les deux microphones équipant Perseverance permettent aux ingénieurs du JPL (Jet Propulsion LaboratoryJet Propulsion Laboratory) et de l'Irap (Institut de recherche en astrophysiqueastrophysique et planétologie) d'en apprendre plus sur l'atmosphère de la Planète rouge grâce aux sons la parcourant, cumulant à ce jour plus de cinq heures d'enregistrements. 

Les oreilles de Perseverance

Le premier microphone de Perseverance est installé au niveau du châssis, tandis que le second, amélioré par les ingénieurs de l'école française ISAE-Supaero en collaboration avec le Laboratoire national de Los Alamos (États-Unis), a été implémenté sur l'instrument SuperCam. Les microphones sont pensés pour résister à la rigueur du climat martien : la planète est aride et poussiéreuse, un instrument dédié à la captation sonore doit être résistant à ces conditions difficiles. 

Le microphone supérieur de Perseverance, installé sur l'instrument SuperCam. © Nasa, JPL-Caltech

Chaque microphone permet aux ingénieurs pilotant le rover de recueillir des données sur deux points : la maintenance de l'astromobile et les relevés atmosphériques de Mars. Si les roues et le bras robotisé de Perseverance sont surveillés par des caméras pour assurer la pérennité de la mission, les sons pourraient aussi alerter d'une possible anomalieanomalie invisible à l'œilœil. La captation est si précise qu'elle permettrait aux ingénieurs d'entendre un dysfonctionnement électrique au niveau des roues. 

Écouter pour analyser l'atmosphère de Mars

Si les microphones de Perseverance peuvent alerter sur de potentiels problèmes techniques, celui installé sur la caméra SuperCam, en hauteur, permet d'enregistrer les fluctuations sonores à proximité du rover. Lors du déploiement du robotrobot, les chercheurs ignoraient si ce dernier pourrait effectivement enregistrer les bruits environnants, mais le microphone s'est revélé très efficace, captant même le son provoqué par les hélices du drone Ingenuity lors de son quatrième vol, alors qu'il se situait à environ 80 mètres de Perseverance. 

Le petit hélicoptère martien Ingenuity lors de son deuxième vol, le 22 avril 2021. © Nasa, JPL-Caltech

L'accessoire a rapidement démontré son utilité en apportant aux ingénieurs du JPL et de l'Irap des informations sur l'atmosphère de Mars. Le micro de SuperCam enregistre les légères turbulences atmosphériques balayant la surface de la Planète rouge, ainsi que les tirs laser réalisés par SuperCam. La caméra est équipée de trois spectromètresspectromètres dont le pointage laser est déterminant dans l'analyse de la composition des roches étudiées. Le microphone de SuperCam enregistre à ce jour 25.000 tirs laser, assurant ainsi le bon fonctionnement de l'instrument clé du rover.

Localisation de Perseverance sur Mars au 210^e sol martien, au sud de la région de South Séítah. © Nasa, JPL-Caltech

Après deux semaines de black-out induit par l'orbiteorbite de Mars, la planète passant derrière le Soleil, rendant ainsi les communications impossibles, les explorateurs robotiques de la Nasa devraient reprendre leurs missions sous peu. À ce jour, Perseverance a parcouru 2,61 kilomètres en 210 sols, soit un peu plus de 215 jours terrestres et il se situe dans la région de South Séítah, au sud du point de départpoint de départ de son aventure.

Perseverance : écoutez les premiers sons de Mars enregistrés par le micro de la SuperCam

Article de Rémy DecourtRémy Decourt, publié le 13 mars 2021

Le micro français, réalisé par Isae-Supaéro Toulouse, est entré en action sur Mars. Installé sur SuperCam, ce microphone a acquis les premiers sons de la planète Mars qui jusque-là étaient inconnus. Le vent martien est entendu avec une très belle qualité sonore et comme si nous étions sur place !

Paysage photographié par Perseverance. © Nasa, JPL-Caltech

Si pour l'heure on avait entendu les seuls sons martiens enregistrés par le micro EDL du JPL, lors de la phase d'atterrissage du rover, la Nasa et le Cnes ont rendu publics les sons enregistrés par le micro français Mars Microphone. Et la qualité sonore offerte par ce micro est remarquable, inédite depuis la surface de Mars. Mieux encore, ce microphone ouvre une nouvelle fenêtrefenêtre scientifique qui va permettre d'étudier l'atmosphère sous un angle inédit et prometteur.

En effet, si les sons du micro EDL n'ont pas donné tous les résultats escomptés, du fait de bruits parasitesparasites dans le signal audio, les sons enregistrés par le Mars Microphone ont très agréablement surpris les responsables de l'instrument. Que ce soit Naomi Murdoch, chercheur à l'Isae-Supaéro qui présentait les résultats de l'instrument à la conférence de presse, ou David Mimoun, responsable scientifique du microphone SuperCam et également professeur à l'Isae-Supaéro, tous ont souligné le « bon fonctionnement du micro » et de rappeler que « si on peut avoir l'impression que tout est réglé comme sur du papier à musique, il y a toujours un risque important de panne ou de dysfonctionnement inhérent à tous les programmes spatiaux ».

Les modèles de l'instrument et les modèles de bruits, conçus pour cet environnement jusque-là inconnu se sont donc révélés pertinents.

Plusieurs sons ont été enregistrés, lors des sols 1, 4 et 11 et 12. Si le premier son était de faible amplitude, car le mât qui supporte SuperCam n'était pas encore déployé, ceux acquis lors des sols 4, 11 et 12 étaient d'une très grande qualité sonore. Ils ont permis d'entendre le vent martien soufflant à proximité du rover (sol 4 et 11) et les sons associés aux impacts laser sur la roche martienne (sol 12).

Pour bien comprendre la performance technologique du micro, il faut savoir que sur Mars le son ne se propage pas comme sur Terre en raison d'une pression 150 fois plus faible que la pression terrestre et une composition atmosphérique très différente. Le niveau sonore sur Mars est donc atténuéatténué de 20 dB par rapport à une même situation sur Terre, parce que l'atmosphère martienne transmet très mal les sons. C'est comme se parler à travers une cloison en plâtreplâtre d'un centimètre d'épaisseur. Ainsi, une conversation entendue à 100 mètres sur Terre ne sera perceptible qu'à 10 mètres sur Mars. L'équipe du projet a dû tenir compte de ses contraintes et réaliser un microphone d'une très grande sensibilité. Résultat, « les sons enregistrés sont exactement comme vous les entendriez si vous étiez sur la Planète rouge ».

Les premiers sons martiens acquis par le microphone installé sur la SuperCam. © Nasa, Cnes, ISAE

Compléter les mesures de SuperCam en écoutant l’amplitude acoustique des tirs laser

Installé sur SuperCam, le Mars Microphone est un des cinq instruments permettant d'effectuer une analyse complète de la composition des roches. Comme objectif principal, il doit permettre en premier lieu de « mieux connaître les propriétés mécaniques des roches en étudiant les sons associés aux impacts laser sur la roche martienne ; les sons enregistrés seront différents en fonction de la duretédureté et de la quantité de minéralminéral abrasé ».

Parmi les autres objectifs, le microphone a pour but de déterminer des propriétés clés de l'atmosphère, notamment sa turbulence, la vitesse du son et la vitesse du vent ainsi que sa direction.

Ce ne sera pas la seule utilité du Mars Microphone. « Il y a un intérêt scientifique certain à entendre les sons sur Mars. » Cette science ne va pas révolutionner la connaissance de la planète mais « l'améliorer dans de nombreux domaines, en particulier pour la connaissance de l'atmosphère martienne ». L'équipe de David Mimoun s'attend donc à des avancées dans la connaissance des phénomènes atmosphériques de surface, « comme la turbulence du vent, les tourbillonstourbillons de poussière (les fameux dust-devils) ou les interactions du vent avec le rover ». Ce microphone servira aussi à enregistrer les sons du rover lui-même. Ce n'est pas anecdotique puisque les enregistrements permettront de mieux comprendre la signature sonore des différents mouvements du rover tels que les « opérations du bras robotique et du mât, le roulage sur sol normal ou accidenté, ou encore le suivi du fonctionnement des pompes de l'instrument Moxie, qui est une expérience de production d'oxygèneoxygène in situ ».

Enfin, il sera également utilisé pour écouter le drone-hélicoptère au moment de son décollage, mais, « comme l'engin volant se situera à une distance de sécurité d'environ 150 mètres du rover, il n'est pas certain que le Mars Microphone entende quoi que ce soit ».

Perseverance embarque deux micros qui nous feront entendre les sons de Mars pour la première fois

Article de Rémy Decourt publié le 30/09/2020

Le petit hélicoptère martienhélicoptère martien ne sera pas la seule première que réalisera la mission Perseverance de la Nasa. Le rover embarque également deux microphones, dont un réalisé par l'Isae-Supaéro qui devrait, pour la première fois, nous faire entendre les sons de la planète Mars. Les explications de David Mimoun, responsable scientifique du microphone SuperCam et professeur à l'Isae-Supaéro.

Perseverance, le rover martien de la Nasa qui doit succéder à CuriosityCuriosity, embarquera sept instruments, « dont SuperCam sur lequel sera installé un microphone réalisé par l'Isae-Supaéro », nous explique David Mimoun, responsable scientifique du microphone SuperCam et professeur à l'ISAE-Supaéro. SuperCam est la version améliorée de ChemCam, l'instrument qui équipe Curiosity. Réalisé en collaboration entre l'IRAP à Toulouse et le LANL à Los Alamos, avec le soutien de nombreux laboratoires spatiaux, dont l'Isae-Supaéro, ainsi que le soutien du Cnes, SuperCam est un véritable « couteau suisse » qui permettra d'analyser à distance des roches martiennes, grâce à un faisceau laser et de spectromètres Raman et infrarougeinfrarouge passif.

Mais pourquoi embarque-t-il un microphone ? Le microphone de SuperCam, permettra en premier lieu de « mieux connaître les propriétés mécaniques des roches en étudiant les sons associés aux impacts laser sur la roche martienne ; les sons enregistrés seront différents en fonction de la dureté et de la quantité de minéral abrasé ». Sylvestre Maurice, astronome à l'IRAP, le responsable de la partie française de SuperCam, « nous a fait une petite place, mais nous espérons bien que le microphone apportera une contribution significative au retour scientifique de l'instrument... ».

Ce ne sera pas la seule utilité du Mars Microphone. « Il y a un intérêt scientifique certain à entendre les sons sur Mars. » Cette science ne va pas révolutionner la connaissance de la planète mais « l'améliorer dans de nombreux domaines, en particulier pour la connaissance de l'atmosphère martienne ». L'équipe de David Mimoun s'attend donc à des avancées dans la connaissance des phénomènes atmosphériques de surface, « comme la turbulence du vent, les tourbillons de poussière (les fameux dust-devils) ou les interactions du vent avec le rover ». Ce microphone servira aussi à enregistrer les sons du rover lui-même. Ce n'est pas anecdotique puisque les enregistrements permettront de mieux comprendre la signature sonore des différents mouvements du rover tels que les « opérations du bras robotique et du mât, le roulage sur sol normal ou accidenté, ou encore le suivi du fonctionnement des pompes de l'instrument Moxie, qui est une expérience de production d'oxygène in situ ».

Le microphone de l’Isae-Supaéro installé sur SuperCam. © Nasa, JPL-Caltech

C'est la première fois que l'on entendra des sons martiens mais, « si, a priori, on sait à quoi s'attendre, des surprises sont toujours possibles ». En effet, si plusieurs missions ont emporté des microphones à bord, aucune n'a réussi à enregistrer les sons de Mars. La première mission à emporter un microphone (sponsorisé par la Planetary Society), Mars Polar LanderMars Polar Lander, a été perdue suite à un problème d'avionique lors de la dernière phase de l'atterrissage. Il y avait également un microphone à bord de PhoenixPhoenix, qui a atterri dans les plaines du Nord de Mars. Malheureusement, l'instrument qui l'accueillait, un imageur de descente, n'a pas été allumé de peur de provoquer un problème similaire. Enfin, un microphone était prévu à bord de Schiaparelli, l'atterrisseur européen de la première phase d'ExomarsExomars ; il n'a finalement pas été sélectionné par l'ESAESA, et aurait de toute façon connu son sort funeste...

À ce jour, seule la mission Insightmission Insight a approché ce but, en enregistrant les vibrationsvibrations des panneaux solaires sous l'effet du vent grâce à ses sismomètressismomètres courte période.

Des sons plus graves avec des aigus très bas

L'ambiance sonore de Mars est différente de celle de la Terre. « Les sons s'atténuent très rapidement. Les conditions atmosphériques (pression, température, composition), similaires à celles régnant à une altitude de 50 kilomètres sur Terre, sont défavorables à la propagation acoustique. De plus, le dioxyde de carbonedioxyde de carbone, qui constitue l'essentiel de l'atmosphère martienne, absorbe bien plus les fréquencesfréquences acoustiques que les infrasons, par exemple. » Les sons enregistrés ressembleront à des sons terrestres mais « assourdis car les hautes fréquences se propagent moins bien ». Dans ce contexte, un son de 50 décibelsdécibels sera complètement atténué dès 20 à 30 mètres de distance, et un signal aigu, de 20 kilohertz, en seulement un mètre ou deux.

Ainsi, « pour confirmer les simulations réalisées à l'Isae-Supaéro, nous avons dû valider le bon fonctionnement du microphone dans une enceinte à atmosphère martienne de plusieurs mètres de longueur, qui se trouve à Aarhus, au Danemark », tient à souligner David Mimoun.

Le Mars Microphone devrait être capable de capter des sons « jusqu'à une dizaine de mètres autour du rover », mais son objectif est de mesurer des « impacts de 50 à 60 décibels et jusqu'à 10 kilohertz dans un rayon de quatre ou cinq mètres ». Concernant SuperCam, « l'exigence est d'enregistrer les sons du laser frappant la roche à une distance de quatre mètres » et d'enregistrer les données utiles à SuperCam, comme « la forme d'onde du son et l'amplitude de l'onde sonoreonde sonore réfléchie lors de l'impact du laser ».

Le modèle de vol SuperCam avant son intégration. © Nasa, JPL-Caltech

Alors que la Nasa impose un cycle de tests de quelque « 3.000 cycles de fonctionnement pour couvrir toute la duréedurée de la mission », ce microphone martien (d'un poids de 50 grammes) a été réalisé principalement à partir de composants spatiaux, mais le microphone lui-même, choisi pour ses performances et sa robustesse, est un composant du commerce. Les contraintes lors de sa réalisation ont été « les échanges thermiques, la poussière et la qualification de son assemblage à -120 °C ». Rien d'insurmontable, mais reste un défi technique très particulier : celui des variations de températures. « le Mars Microphone est la seule partie de SuperCam exposée à l'airair ambiant et il est important de maintenir l'instrument à une température constante. » Afin d'éviter tout risque de refroidissement excessif de SuperCam et limiter les pertes de chaleurchaleur, « -40 °C à l'intérieur de SuperCam et jusqu'à -120 °C à l'extérieur », le Mars Microphone utilise des câbles « avec une conductanceconductance très spécifique, en manganin, pour limiter au maximum les échanges thermiques ». En effet, le microphone utilise, comme les autres sous-systèmes de l'instrument, les ressources communes comme l'alimentation, l'acquisition, le logiciellogiciel de vol..., et est donc profondément intégré au système.

Enfin, alors que nous touchions au but, la dernière difficulté a été, comme pour tout l'instrument SuperCam, la nécessité de fournir un nouveau modèle de vol en moins de deux mois, l'original ayant été endommagé par une anomalie majeure d'un équipement de test.