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Un niveau à bulles (très) sophistiqué

Représentation graphique 3D du système de nivellement (© NASA)Représentation graphique 3D du système de nivellement. Ce dernier est composé d'un anneau sur lequel sont fixés trois pieds télescopiques, trois boitiers contenant l'électronique de proximité pour les pendules VBB, les trois capteurs à courte période, et enfin les dispositifs permettant la manipulation de l'ensemble par le bras robotique de la sonde InSight (© NASA).

Pour pouvoir fonctionner dans les conditions les plus favorables, le sismomètre SEIS devrait idéalement pouvoir être déposé sur la surface la plus plate et horizontale possible.

Sur notre planète, une dalle de béton aurait été coulée, et SEIS aurait été nivelé avec des molettes à vis. Sur la Lune, et comme dans le cadre du programme Apollo, un astronaute aurait manuellement nivelé l'instrument avec un niveau à bulles, après avoir orienté l'un des axes vers la Terre. Sur Mars, rien de tout ceci n'est  évidemment possible.

Les ingénieurs ont donc conçu un mécanisme ingénieux en forme de berceau, à l'intérieur duquel la sphère renfermant les pendules VBB vient prendre place. Alimentée électriquement, cette structure dispose de trois pieds motorisés.

Une fois l'instrument déposé au sol par le bras robotique de l'atterrisseur InSight, des inclinomètres, placés sur la structure du berceau, vont mesurer l'inclinaison de ce dernier.

Pour atteindre un niveau de performance maximal, les pendules situés dans la sphère doivent être positionnés avec un certain angle par rapport à la direction de la gravité martienne (le vecteur de gravité étant parallèle à la verticale). A l'intérieur de la sphère, les pendules ont été montés inclinés, de manière à ce qu'ils forment avec l'horizontale un angle de 30,5°. Cet angle doit être respecté une fois sur Mars, et la seule manière de le faire est de s'assurer sur la sphère sera positionnée parfaitement à l'horizontale.

Il est fort probable qu'après son déploiement par le bras robotique, l'instrument SEIS se retrouve sur un terrain irrégulier légèrement en pente, ou que l'un de ses pieds s'appuie contre un caillou. Dans ce dernier cas de figure, les ingénieurs choisiront sans doute de repositionner le sismomètre, mais quelque soit les efforts qui seront fournis pour s'assurer que l'instrument finisse par reposer sur le secteur le plus plat possible,  la situation ne sera jamais parfaite.

Test du berceau de mise à niveau de SEIS sur l'île éolienne de Vulcano en Italie (© Brigitte Knapmeyer-Endrun).Test du berceau de mise à niveau du sismomètre SEIS sur l'île éolienne de Vulcano en Italie en juin 2016. Le disque métallique visible au sommet de la plateforme ne sera pas présent sur l'instrument de vol. Il sert ici de support à un sismomètre terrestre, utilisé durant les tests en l'absence du sismomètre martien SEIS (© Brigitte Knapmeyer-Endrun).

C'est là que les pieds motorisés du berceau rentrent en jeu. Avec un débattement vertical maximal de 6 centimètres, les pieds sont capables de se rétracter ou au contraire de s'étirer pour ramener la sphère parfaitement à l'horizontale, et ce avec une précision de 0,1°. Ce mécanisme va permettre à l'instrument SEIS de s'accommoder de pentes pouvant aller jusqu'à 15°.

Le second rôle du berceau est d'assurer un contact optimal avec le sol, sachant qu'aucun signal sismique sensible ne pourra être enregistré sans un couplage correct et stable dans le temps avec la surface martienne.

Les pieds motorisés sont donc terminés par une pointe conique, qui facilitera la pénétration du sol et augmentera la stabilité de l'instrument. Un anneau métallique, situé un peu plus haut, empêchera de son côté un enfoncement trop important, et améliorera la surface de contact avec le sol. Enfin, des petites collerettes réalisées dans un matériau isolant serviront à protéger les moteurs de la poussière martienne et à isoler les pieds des variations de température.

Enfin, un mécanisme spécial de calibration va permettre d'ajouter une inclinaison très subtile et bien connue au berceau, qui va servir à la calibration des pendules pour que ces derniers soient ensuite capables de mesurer les marées de la lune Phobos.

Le mécanisme de nivellement a été mis au point par l'Institut Max Planck en Allemagne.

Dernière mise à jour : 25 octobre 2016

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