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InSight

Le groupe « Systèmes Spatiaux pour la Planétologie et ses Applications » (SSPA) a un axe de recherche principal : le développement de missions et des technologies associées pour l’exploration géophysique du système solaire.

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La sonde Insight peu après son atterrissage

La mission InSight a été sélectionnée par la NASA en août 2012 dans le cadre du programme DISCOVERY. Elle a déployé le 26 novembre 2018 le premier observatoire géophysique sur Mars, afin de fournir des connaissances scientifiques essentielles pour comprendre les processus fondamentaux de la formation des planètes telluriques et de leur évolution. Pour y parvenir, elle emporte deux instruments scientifiques : le sismomètre SEIS et HP3, instrument de mesure des flux de chaleur en provenance du cœur de la planète.

Le sismomètre SEIS, mesurant l’activité sismique, le flux d’impact des météorites et les mesures de la marée de Phobos, caractérise la structure intérieure de Mars, fournissant des informations sur l’épaisseur et la structure de la croûte, la composition et la structure du manteau et la taille du noyau. Il a été développé depuis plus de 10 ans par l’Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) avec le soutien du CNES et du CNRS, et un large éventail de partenaires internationaux : IPGP, École polytechnique fédérale de Zurich (ETHZ), Institut Max-Planck de Lindau, Imperial College de Londres et Oxford, Jet Propulsion Laboratory et l’ISAE-SUPAERO.

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SEIS est le sismomètre avec le bruit le plus faible de tout le Système Solaire !

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Le logo de l’ISAE est sur Mars !

Les chercheurs de l’equipe SSPA fournissent deux co-investigateurs de la mission (David Mimoun, Raphael Garcia) ainsi que 5 collaborateurs (Naomi Murdoch, Nicolas Compaire, Leo Martire, Melanie Drilleau, Alexandre Stott), et ont contribué à la mission InSight au travers notamment du modèle de performance de l’instrument SEIS du modèle de performance de la mission, de la spécification du logiciel scientifique et de la conception du concept des opérations de l’instrument sur Mars. Ils contribuent également significativement à l’exploitation des données scientifiques sur la structure de la croute, de la structure interne de la planète ou l’étude des tourbillons de vent (« dust devils »).

Voici quelques thématiques de recherché du groupe SSPA liées à la mission InSight :


Développent d’un modèle de bruit pour l’instrument SEIS

Les variations du vent (Murdoch et al. 2017), de pression atmosphérique (Murdoch et al., 2018, Garcia et al., 2020), du champ magnétique ou bien de température sont des phénomènes naturels qui créent du bruit sur l’instrument SEIS. Comprendre et prédire tells sources de bruit (Mimoun et al., 2017) a été important dans la conception de la mission, la définition des spécifications et dans l’exploitation des données. Pour aider la NASA et l’équipe InSight à choisir le meilleur emplacement possible pour l’instrument SEIS, nous avons aussi réalisé des cartes de performances et de bruit de chaque point autour du lander. Elles recensent tous les bruits susceptibles de perturber les mesures de l’instrument et prennent en compte toutes les caractéristiques connues de l’environnement martien.

Contraindre les intérieurs planétaires grâce à la sismologie

Contraindre la structure interne des planètes telluriques (la Terre, Mars, la Lune) constitue un enjeu fondamental pour mieux comprendre leur processus de formation et leur évolution. Pour y parvenir, les enregistrements effectués grâce aux stations sismologiques terrestres, et ceux issus des missions Apollo et InSight, constituent des données de premier plan pour sonder l’intérieur des planètes. Dans ce cadre, un axe de recherche important est le développement d’algorithmes d’inversion des données sismologiques, et plus largement géophysiques, afin d’estimer les profils de vitesses sismiques et de température à l’intérieur des planètes, ainsi que leur composition minéralogique (Drilleau et al., 2013, 2020 ; Panning et al., 2015, 2017 ; Bissig, 2018 ; Garcia et al., 2019).

Estimer les propriétés du régolite martien

Déterminer la structure de la proche surface permet de fournir des contraintes sur l’histoire géologique d’une planète. Les fluctuations de pression de l’atmosphère martienne génèrent de petites déformations du sol, qui peuvent être mesurées par le sismomètre SEIS de la mission InSight. Ces déformations dépendent fortement des propriétés élastiques du régolite. A partir des enregistrements des données de pression, de vent, et de déformation du sol, il est possible d’estimer les paramètres élastiques sous le lander dans les 20 premiers mètres sous la surface (Lognonné et al., 2019, Kenda et al., 2020, Garcia et al., 2020, Murdoch et al., 2020). Les premiers résultats ont montré la présence d’une transition entre le régolite en surface et une roche plus dure, qui correspondrait à des blocs de roches éjectés lors d’un impact météoritique (Lognonné et al., 2020).

Etudes des vortex convectifs

InSight mesure la vitesse et la direction du vent, et la pression atmosphérique de manière presque continue, offrant plus de données que les missions au sol précédentes. Ces capteurs météorologiques ont détecté des centaines de vortex convectifs (tourbillons), appelés tourbillons de poussière lorsqu’ils ramassent de la poussière et deviennent visibles. Le site d’InSight a plus de tourbillons que tout autre endroit où nous avons atterri sur Mars avec des capteurs météorologiques (Banfield, Spiga et al., 2020). SEIS peut sentir ces vortex tirer sur la surface comme un aspirateur géant (Lorenz et al., 2015). En plus de pouvoir calculer l’élasticité de la surface martienne en mesurant l’aspiration du sol par des tourbillons de poussière qui passent (Lognonné et al., 2020 ; Banerdt et al., 2020), les mesures sismique et de pression combinées permettent de fournir des contraintes sur les propriétés des vortex et ses trajectoires (Murdoch et al., 2020), et peuvent indiquer des hétérogénéités dans la structure souterraine autour de l’atterrisseur InSight (Golombek et al., 2020).

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