ChemCam

ChemCam est un instrument de spectroscopie de claquage induit par laser (LIBS) monté sur le rover Curiosity, déployé sur Mars en 2012. Il tire un laser infrarouge focalisé sur des cibles de roche et de sol jusqu'à 7 mètres de distance, vaporisant une petite couche de surface et analysant la lumière émise par le plasma résultant pour déterminer la composition élémentaire. L'instrument combine une caméra de 1,3 mégapixel avec un spectromètre qui mesure les raies d'émission à travers les longueurs d'onde ultraviolettes, visibles et proche infrarouges, permettant aux géologues sur Terre d'analyser la géologie martienne sans que le rover n'ait à contacter physiquement ou à forer des échantillons.

Le laser lui-même est un cristal Nd:KDP (phosphate de dihydrogène de potassium et de néodyme) fonctionnant à 1064 nanomètres dans la bande proche infrarouge. Chaque impulsion laser dure environ 5 nanosecondes et délivre environ 14 millijoules d'énergie focalisée sur une tache d'environ 400 micromètres de diamètre à la distance cible. Le spectromètre détecte la lumière sur trois canaux : ultraviolet (240-340 nm), visible (390-600 nm) et infrarouge (600-900 nm), avec une résolution suffisante pour distinguer les éléments individuels de l'hydrogène au fer en abondance relative.

Performances dans les conditions martiennes

Le LIBS fonctionne efficacement dans l'atmosphère ténue de Mars (environ 600 pascals, soit moins de 1 % de la pression terrestre) car le laser crée son propre plasma localisé quelle que soit l'air ambiant. Cependant, l'accumulation de poussière martienne sur les optiques a périodiquement dégradé les performances; le rover est équipé de brosses de nettoyage pour entretenir l'objectif de la caméra. Les fluctuations de température entre -125 degrés Celsius la nuit et 20 degrés Celsius à midi peuvent affecter la stabilité du faisceau laser, bien que l'instrument comprenne des systèmes de compensation thermique. Les tempêtes de diables de poussière et le régolithe abrasif avec des particules de silicate tranchantes présentent des défis de maintenance continus.

L'instrument fournit une analyse élémentaire qualitative plutôt qu'une quantification absolue. Les opérateurs utilisent des cibles de calibration (étalons de roche ignée) laissées sur le pont du rover pour normaliser les mesures en fonction des variations atmosphériques et de la dérive instrumentale, puis comparent les cibles inconnues à ces bases de référence. La technique excelle dans la détection d'éléments légers comme le carbone et l'hydrogène sous des formes oxydées, et dans la distinction des principaux types de roches (basalte, andésite, compositions ignées versus sédimentaires), mais ne peut pas mesurer directement l'abondance d'hydrogène ou déterminer la minéralogie précise sans données supplémentaires provenant des autres instruments du rover.

ChemCam fonctionne comme un outil de reconnaissance qui guide des analyses plus gourmandes en ressources. Lorsque le LIBS identifie une cible géologiquement intéressante, le rover peut positionner sa foreuse ou son instrument de contact Alpha Particle X-Ray Spectrometer (APXS) pour une mesure de plus haute précision. Cette approche hiérarchique maximise le rendement scientifique compte tenu des contraintes de puissance : une séquence d'analyse complète consomme environ 10 wattheures par cible pour ChemCam seul, comparativement à des demandes de puissance significativement plus élevées pour le forage et le chauffage des échantillons nécessaires aux autres instruments embarqués.