Les sons de Mars, la planète silencieuse, font du bruit

Les sons de Mars, la planète silencieuse, font du bruit

Le micro de l’instrument franco-américain SuperCam a capté les sons de la planète rouge qui se propagent moins vite que sur Terre. Une écoute qui permet aussi beaucoup de science.

Si un jour des humains débarquent sur Mars, il sera bien difficile de les y accueillir en fanfare. La planète – et surtout son atmosphère – s’y prête peu. Les conditions de pression (170 fois plus faible que sur Terre), ainsi que de composition de l’atmosphère (96% de CO2, 0,04% sur Terre), ont des effets désastreux sur l’acoustique. Une fanfare qui produirait 95 dB sur Terre en produirait 20 de moins sur Mars (si elle pouvait y jouer en extérieur), soit l’équivalent d’une conversation à voix haute. Pire, le son y porte moins et est très rapidement atténué. Si vous écoutiez cette fanfare à 8 m de distance, ce serait comme si vous en étiez éloigné de 65 m sur Terre.

Des vitesses différentes selon les aigus et graves

Enfin, et c’est une surprise, le son ne voyage pas à la même vitesse dans l’atmosphère martienne, selon sa fréquence : les aigus, qui s’atténuent le plus vite, sont plus rapides que les graves. Autant dire que notre fanfare martienne serait inaudible, étouffée et surtout discordante !
Ces connaissances du comportement acoustique de l’atmosphère martienne sont issues de l’analyse des enregistrements effectués par le microphone placé sur le rover américain Perseverance, de la NASA. Développé par l’ISAE-Supaéro à Toulouse, ce capteur a été intégré à l’instrument SuperCam, construit en France sous l’autorité du CNES (Centre national d’études spatiales).

Emplacement du micro de la SuperCam sur le rover Perseverance. Crédit : Cité de l’espace/NASA - JPL/ISAE-Supaéro

Emplacement du micro de la SuperCam sur le rover Perseverance.
Crédit : Cité de l’espace/NASA – JPL/ISAE-Supaéro

Depuis 60 ans que des sondes d’origines humaine parcourent le Système solaire, elles renvoient des images, optiques ou radar, et des mesures de capteurs divers, électromagnétiques pour la plupart. En revanche, la captation des sons reste une initiative rare. Il faut dire que le son n’étant qu’une onde de pression dans une atmosphère, les corps où il peut être perçu sont limités. Outre la Terre et les planètes géantes, seules Vénus, Mars et Titan présentent une atmosphère compatible.

Premières prises de son

La première tentative a déjà 40 ans. En mars 1982, un micro sur les sondes soviétiques Venera 13 et 14 a permis d’extrapoler la vitesse du vent à la surface de la planète Vénus, mais les quelques minutes de son hypersaturé qui ont pu être récoltées ne sont pas représentatives de l’ambiance acoustique qui doit y régner. Près de 23 ans plus tard, le 14 janvier 2005, la sonde européenne Huygens a utilisé un micro durant sa descente dans l’atmosphère de Titan. Celui-ci devait capter l’éventuel grondement d’orages dans l’atmosphère de la principale lune de Saturne, mais il n’a retransmis que le son du vent dans les suspentes du parachute.
Deux précédentes tentatives sur Mars n’ont rien donné. Le micro monté sur la sonde Mars Polar Lander en 1999 a été perdu lorsque celle-ci s’est écrasée sans retransmettre la moindre donnée. L’expérience a été renouvelée sur l’atterrisseur Phoenix en 2007, mais le micro n’a jamais été activé en raison de risques d’interférences avec un autre instrument.

Ce panorama de Mars par Perseverance montre les traces de roues laissées par le rover. L’image a longtemps été une source primordiale de données scientifiques, tout en permettant d’intéresser le grand public à l’exploration ainsi réalisée. Désormais, le son est appelé à jouer un rôle de plus en plus important. Crédit : NASA/JPL-Caltech/MSSS

Ce panorama de Mars par Perseverance montre les traces de roues laissées par le rover. L’image a longtemps été une source primordiale de données scientifiques, tout en permettant d’intéresser le grand public à l’exploration ainsi réalisée. Désormais, le son est appelé à jouer un rôle de plus en plus important.
Crédit : NASA/JPL-Caltech/MSSS

«Pendant longtemps, la présence d’un micro sur une sonde a plutôt été considérée comme une opération de communication», explique Sylvestre Maurice de l’IRAP (Institut de recherche en astrophysique et planétologie à l’Université Toulouse 3, Paul Sabatier), co-investigateur de l’instrument Supercam. «Il a été difficile de convaincre les responsables que nous pouvions obtenir de réels résultats scientifiques».

Du son sur Mars pour la science

Les cinq heures d’enregistrements sonores collectés en un an sur Mars ont permis de changer cette perception. Le micro de SuperCam a été conçu pour capter des sons audibles par l’oreille humaine (de 20 Hz à 20 kHz) et a permis de confirmer ce que l’on soupçonnait : Mars est une planète très silencieuse, au point qu’au début les scientifiques ont cru que leur instrument ne fonctionnait pas. Il faut dire que les sources sonores naturelles sont rares : il n’y a que le vent. Le rover, en revanche est assez bruyant lorsqu’il se déplace, tout comme son compagnon le drone-hélicoptère Ingenuity. Surtout, les claquements du laser de SuperCam sur la roche offrent un signal bref et parfaitement défini.
La vidéo ci-dessous de la NASA regroupe dans sa bonde-son plusieurs bruits enregistrés sur Mars avec notamment ceux issus du fonctionnement du rover Perseverance et les crépitements causés par le laser de SuperCam.

Parmi les résultats ces mesures, il a apparaît que sur Mars, la vitesse du son est plus faible que sur Terre, où elle atteint 320 m/s, et dépend de la fréquence : 240 m/s pour les graves, en dessous de 240 Hz, et 250 m/s au-dessus. Sur notre planète, une telle différenciation n’existe que dans la stratosphère, souligne Sylvestre Maurice.
Surtout, l’étude de ces sons et de leur propagation est très instructive pour l’étude de la basse atmosphère martienne, qui se caractérise par une forte différence de température à mesure que l’on s’éloigne du sol : jusqu’à 40°C d’écart entre 0 et 2 m d’altitude. Il y a donc de fortes turbulences qui ont pu, par le biais du son, être analysées avec une précision 1000 fois supérieure à ce qui était connu auparavant.

La preuve est désormais faite de l’intérêt de ces instruments, très miniaturisés et peu gourmands en énergie. «La seule chose qu’ils consomment, c’est de la télémesure pour renvoyer les données collectées», indique Sylvestre Maurice. Ils vont donc se multiplier sur les prochaines missions, sur Mars, Vénus et Titan, et nous faire connaître l’ambiance sonore de ces mondes lointains, pour lesquels nous ne disposions jusqu’ici que d’images.

Dès le 5 avril 2022, la Cité de l’espace à Toulouse proposera à ses visiteurs le Terrain Martien, une mise en situation réaliste des rovers (reproduits en taille réelle et mobiles) qui arpentent la planète rouge. Les sons sur Mars seront diffusés au public. Le Terrain Martien a été réalisé en collaboration avec le CNES, le CNRS, l’Université Toulouse III Paul Sabatier, IRAP, OMP, avec le soutien de Comat. Crédit : Cité de l’espace / Olivier Sanguy

Dès le 5 avril 2022, la Cité de l’espace à Toulouse proposera à ses visiteurs le Terrain Martien, une mise en situation réaliste des rovers (reproduits en taille réelle et mobiles) qui arpentent la planète rouge. Les sons sur Mars seront diffusés au public. Le Terrain Martien a été réalisé en collaboration avec le CNES, le CNRS, l’Université Toulouse III Paul Sabatier, IRAP, OMP, avec le soutien de Comat.
Crédit : Cité de l’espace / Olivier Sanguy