Des détecteurs légers pour étudier et supporter les conditions extrêmes de Mars
Mars, avec ses paysages poussiéreux et son atmosphère ténue, intrigue depuis longtemps les scientifiques. Son climat est façonné par des tempêtes de poussière, des nuages transitoires et des phénomènes tels que des tourbillons de poussière(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), qui recèlent des indices essentiels sur l’évolution de la planète. L’étude de ces caractéristiques atmosphériques s’est toutefois avérée difficile. Les outils utilisés sur Terre, notamment les systèmes LiDAR(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) qui analysent les aérosols et les nuages, sont trop encombrants et énergivores pour les missions martiennes. À ce jour, un seul système LiDAR a atteint la surface martienne, celui embarqué à bord de la mission Phoenix de la NASA en 2008. Bien qu’il ait fourni de précieuses données, ses performances étaient limitées à certains égards, notamment par sa portée restreinte (hauteur maximale d’observation d’environ 10 km) et sa fonctionnalité réduite en conditions diurnes.
Défis sur la route vers Mars
Le projet MiLi(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), financé par l’UE, va développer un système LiDAR compact et peu énergivore capable d’effectuer des observations détaillées, spécialement conçu pour les missions martiennes. «Le problème des systèmes LiDAR traditionnels est qu’ils nécessitent un contrôle thermique précis pour maintenir l’alignement et le bon fonctionnement de leurs composants. Sur Mars, où les températures varient considérablement, cela serait presque impossible sans une refonte complète», souligne le coordinateur du projet, Isaias Carrasco-Blazquez. L’équipe du projet a donc dû repenser la technologie en profondeur afin de rendre le système plus compact, plus léger et plus économe en énergie. Une avancée majeure a consisté à remplacer les sources lumineuses traditionnelles par des empilements de diodes laser, moins énergivores et générant moins de chaleur. Des optiques spécialisées capables de collimater les faisceaux avec précision ont été développées afin de garantir un bon maintien de leur focalisation. Une autre innovation a consisté à proposer des photomultiplicateurs au silicium comme détecteurs. Bien que ces capteurs génèrent des niveaux de bruit légèrement plus élevés que les détecteurs traditionnels, ils nécessitent beaucoup moins d’énergie et offrent une plage de détection plus étendue. L’équipe a également développé des matériaux céramiques dont le coefficient de dilatation thermique est contrôlé, afin de maintenir l’alignement du système malgré les variations de température.
Un petit système au grand potentiel
Isaias Carrasco-Blazquez explique: «Le prototype de MiLi, qui ne pèse que 6 kg et consomme 15 W, a démontré ses capacités lors d’essais sur le terrain, avec des portées supérieures à 25 km. Le prototype et les technologies associées ont atteint un niveau de maturité technologique (TRL) de 4, et d’autres progrès sont prévus». MiLi se distingue par sa configuration LiDAR «2β + 1δ», qui lui permet de recueillir des données plus détaillées que jamais. Ce dispositif permet de mesurer la quantité de lumière diffusée par les particules ainsi que la dépolarisation et le rapport de couleur. Ces mesures fournissent des informations essentielles sur la taille, la forme et le type de particules dans l’atmosphère. «La conception compacte du système ouvre de nouvelles possibilités, notamment l’étude latérale des tourbillons de poussière avec un niveau de détail sans précédent. Pour la première fois, des scientifiques ont pu analyser la vitesse, l’opacité et la distribution de la taille des particules de ces phénomènes tourbillonnants», ajoute Isaias Carrasco-Blazquez.
Bâtir l’avenir de la recherche martienne
Bien que MiLi ait réalisé des progrès remarquables, des améliorations restent nécessaires pour atteindre le TRL 6, le niveau requis pour une mission spatiale. Les priorités incluent l’amélioration de la fabrication céramique pour produire des composants plus légers et plus complexes, la réalisation de tests environnementaux supplémentaires sur des composants du commerce, le renforcement de la résistance aux radiations des photomultiplicateurs au silicium, ainsi que des essais en vide thermique sur l’ensemble du système LiDAR afin de garantir l’alignement dans les conditions extrêmes de Mars. L’impact du projet MiLi dépasse ses résultats immédiats. Un partenaire du projet contribue actuellement à une initiative parrainée par l’Agence spatiale européenne, qui vise à déployer un système LiDAR à bord d’un engin spatial afin d’étudier l’atmosphère de Mars depuis l’orbite. Bien que cette mission n’en soit qu’à ses débuts, elle met en évidence l’importance plus large des innovations de MiLi.
