InSight (acronyme de l'anglais Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport ; en français : « Exploration interne par les sondages sismiques, la géodésie et les flux thermiques ») est une mission d'exploration de la planète Mars développée par l'agence spatiale américaine, la NASA. C'est la première mission à réussir une étude sismique de cette planète. La phase scientifique de la mission se déroule de novembre 2018 à décembre 2022.
InSight est la première mission consacrée à l'étude de la structure interne de Mars. Pour y parvenir, elle emporte un sismomètre et un instrument de mesure des flux de chaleur en provenance du cœur de la planète. L'objectif scientifique principal de la mission est de disposer d'une meilleure connaissance de la structure interne de la planète dans le but de reconstituer l'histoire de Mars. Les données collectées permettent également d'améliorer les modèles de formation et d'évolution des planètes rocheuses du Système solaire — Mercure, Vénus, la Terre, Mars — ainsi que de la Lune.
InSight constitue l'aboutissement de plusieurs projets similaires proposés sans succès au cours des deux décennies qui ont précédé. La mission est optimisée pour réduire les coûts qui ont fait échouer plusieurs propositions : recours à une unique station sismique, utilisation d'un atterrisseur clone de celui de la mission Phoenix (2007), instrumentation n'entrant pas dans le cout du projet de l'agence spatiale américaine car fournie par les partenaires européens. Elle est sélectionnée en 2012 dans le cadre du programme Discovery de la NASA, qui regroupe des projets spatiaux caractérisés par un coût modéré et un cycle de développement court. La charge utile de cette sonde spatiale de relativement de petite taille (moins de 700 kilogrammes, au lancement) est constituée du sismomètre SEIS, instrument principal conçu par l'Institut de physique du globe de Paris, de la sonde thermique HP3, développée par l'Allemagne, et d'une station météorologique, fournie par l'Espagne.
Un problème de mise au point sur l'instrument SEIS repousse le lancement de la mission de 2016 à 2018, entrainant une augmentation sensible de son coût, qui dépasse désormais 800 millions de dollars. InSight se pose à la surface de Mars le 26 novembre 2018 dans la plaine Elysium Planitia, proche de l'équateur. Le sismomètre SEIS entre en service début février 2019 et, pour la première fois dans l'histoire de l'exploration de Mars, un séisme est détecté le 7 avril 2019. L'instrument HP3, qui nécessite l'enfoncement d'une sonde dans le sol, rencontre un problème découlant d'une modélisation imparfaite des contraintes de Mars (nature du sol, incidence de la gravité plus faible), que l'équipe sur Terre tente de résoudre avant de renoncer en janvier 2021. La mission, dont la durée initiale était de deux ans, est prolongée à cette échéance, mais l'accumulation de poussière sur les panneaux solaires réduit progressivement l'énergie disponible et le contact avec InSight est perdu le 21 décembre 2022.
Les données collectées par l'instrument SEIS démontrent que les séismes sont plus nombreux que prévu mais d'une intensité plus faible (magnitude de 4 sur l'échelle de Richter au maximum). Malgré la faiblesse des signaux sismiques, les scientifiques démontrent que la croûte de la planète a une épaisseur comprise entre 24 et 72 kilomètres. Le rayon du noyau métallique est estimé à 1 830 kilomètres, soit la limite supérieure de ce qui était prévu. La mission révèle ainsi une caractéristique importante de Mars : la minceur de la couche située entre le noyau et la croûte (le manteau), qui a entraîné un refroidissement rapide de la planète. Enfin, la mission permet de démontrer les capacités des nano-satellites : deux CubeSats (MarCO), lancés sur une trajectoire parallèle, relaient avec succès les données transmises par InSight durant sa descente vers la surface de Mars. Ces données auraient pu jouer un rôle critique pour déterminer l'origine de la perte éventuelle de la sonde spatiale durant cette phase de la mission.
Apports de l'étude sismique en planétologie
L'importance de la sismologie pour l'étude in situ des planètes du Système solaire est identifiée dès le début de l'ère spatiale. La mesure des mouvements internes d'une planète par un sismomètre permet d'obtenir des informations sur sa structure interne : caractéristiques et taille de son noyau, de son manteau, etc.. Sur des corps célestes comme Mars ou la Lune, ces mouvements ne sont pas dus à la tectonique des plaques ou à l'activité volcanique comme sur Terre, mais provoqués principalement par la contraction de la planète liée au refroidissement de son noyau et, de manière secondaire, par les impacts de météorites, plus fréquents que sur Terre en raison de l'atmosphère fine (1 % de celle de la Terre pour Mars, absente pour la Lune). Ces informations permettent en retour de reconstituer l'histoire de sa formation et de son évolution et d'apporter des éléments sur la formation du Système solaire.
Étude sismique de la Lune au début de l'ère spatiale (1961-1973)
Les sondes spatiales Ranger 3 à 5 (1961-1965) de l'agence spatiale américaine (NASA), premiers engins à tenter de se poser sur un autre corps du Système solaire (la Lune), sont équipées de sismomètres. Mais ces instruments ne fournissent aucun résultat car toutes les sondes sont victimes de défaillances. Les sondes spatiales Surveyor, qui leur succèdent, devaient être également équipées de sismomètres; mais cet instrument est finalement écarté. Les astronautes des missions Apollo (1969-1972) de la NASA installent également des sismomètres très performants à la surface de la Lune.
Sismomètres des sondes martiennes Viking (1976)
L'étude sismique de la planète Mars remonte aux sondes spatiales Viking 1 et 2, premiers engins de la NASA à effectuer un atterrissage à la surface de la planète (1976). L'objectif principal de ces missions porte sur la recherche de traces de vie passée ou actuelle, mais ces engins emportent également un sismomètre. Celui-ci, d'une masse de 2,2 kg et consommant 3,5 watts, est peu sophistiqué et sa sensibilité, qui est de l'ordre du nanomètre, est dix fois inférieure à celle des instruments installés sur la Lune au cours des missions Apollo. Les géophysiciens, concepteurs de l'expérience, ont été contraints d'accepter que l'instrument soit installé sur le pont de l'atterrisseur au lieu d'être en contact direct avec le sol. Les données collectées doivent être fortement compressées avant d'être transmises vers la Terre et sont donc dégradées, car le débit de la liaison avec la Terre est réduit. Le sismomètre embarqué à bord de Viking 1 arrive sur le sol martien le 20 juillet 1976, mais les opérateurs sur Terre ne parviennent pas à mettre l'instrument en état de marche. Pour le protéger des chocs durant les phases du vol où le sismomètre est soumis à de fortes accélérations, sa partie mobile a été verrouillée jusqu'à l'arrivée au sol. Or les opérateurs ne parviennent pas à débloquer ce verrou. Le sismomètre sera le seul instrument non opérationnel de tout le programme Viking. Le 3 septembre 1976, c'est au tour de Viking 2 de se poser sur le sol martien. Cette fois le sismomètre peut être activé, mais les scientifiques constatent rapidement que les données collectées n'ont rien à voir avec des mouvements sismiques. Solidaire du pont de l'atterrisseur, l'instrument enregistre tous les mouvements mécaniques affectant celui-ci : rotation de l'antenne orientable, déplacement du bras robotique, fonctionnement du magnétophone et surtout action du vent, qui fait vibrer la plateforme. Seules les mesures faites de nuit, qui bénéficient d'une diminution du vent et de l'absence d'activité des autres instruments, sont éventuellement exploitables. Mais la faible sensibilité de l'instrument, conjuguée avec les doutes sur l'origine des mouvements enregistrés, ne permettent pas d'en tirer des informations scientifiques réellement utilisables.
Projets avortés de sismomètres martiens