Au Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA, à Pasadena, en Californie, les opérations du rover Curiosity commencent chaque jour par une vacation qui débute à 8 h 15 et ne laisse que trois heures à quelques dizaines d'ingénieurs et de scientifiques pour décider de la suite du programme du rover. Ashwin Vasavada, scientifique du projet, décrit cette routine comme une course contre la montre que son équipe a répétée plus d'un millier de fois depuis l'atterrissage du rover en 2012.
Une fenêtre de sept heures
Le cycle commence sur Mars. Pendant la nuit terrestre, Curiosity termine sa journée de travail et envoie images et mesures à un orbiteur qui passe au-dessus de lui. L'orbiteur relaie les données vers la Terre, où elles sont stockées sur des serveurs du JPL et d'institutions partenaires dans le monde entier.
Une fois la vacation lancée, l'équipe dispose de trois heures pour vérifier l'état de santé du rover, analyser les nouvelles données scientifiques et s'accorder sur le prochain ensemble d'activités. Quatre heures supplémentaires sont consacrées à la traduction de ce plan en commandes pour le lendemain. Ces commandes doivent être sûres et tenir dans le temps et l'énergie dont dispose le rover. Des centaines de commandes sont ensuite transmises via le Deep Space Network de la NASA. L'échéance est dictée par le jour martien : le Soleil se lève sur le site du rover, et Curiosity attend alors ses prochaines instructions.
Le rôle de Vasavada est de veiller à ce que le résultat de cette course contre la montre fasse avancer les objectifs scientifiques de la mission et maintienne le projet sur la voie de ce que l'équipe a promis à la NASA et au public.
Ce que le rover est venu chercher
La NASA a conçu Curiosity pour rechercher des traces d'anciens environnements habitables, c'est-à-dire des lieux dotés d'eau liquide, ainsi que des composés chimiques, des nutriments et des sources d'énergie dont la vie a besoin. Cet objectif exigeait un engin mobile et durable, permettant aux scientifiques sur Terre d'explorer une zone à distance, de choisir des échantillons de roche et de les analyser dans des laboratoires embarqués. Le JPL a construit ce rover de la taille d'une voiture, équipé d'une foreuse, et la NASA y a ajouté une suite d'instruments ainsi qu'une équipe scientifique issue des États-Unis et d'autres pays.
Le rover a été envoyé dans le cratère Gale pour gravir l'Aeolis Mons, une montagne dont les 5 kilomètres (3 miles) de couches sédimentaires enregistrent les conditions environnementales d'il y a environ 3,5 milliards d'années. Les indices suggèrent qu'une atmosphère plus dense abritait autrefois des cours d'eau et des lacs.
Curiosity a gravi un kilomètre (un demi-mile) de dénivelé à travers ces strates. Il a trouvé des mudstones riches en argiles dans les niveaux inférieurs, remplacés à plus haute altitude par des grès plus jeunes riches en minéraux salés. L'équipe en a conclu que des lacs ont persisté pendant des millions d'années avant que le climat ne devienne aride et que des dunes ne les recouvrent. Des eaux souterraines ont parfois atteint la surface et formé des cours d'eau entre les dunes.
Les échantillons forés dans les sédiments lacustres contiennent de petites molécules organiques, à base de carbone, qui sont les matières premières d'une vie potentielle. Associée à des environnements humides et à un mélange de composés chimiques semblable à celui que certains microbes utilisent comme énergie sur Terre, cette découverte a conduit l'équipe à conclure que le cratère Gale aurait pu autrefois abriter la vie. Vasavada rappelle que, pour déterminer si la vie s'y est réellement développée, il faudrait rapporter de telles roches dans des laboratoires terrestres.
Une décision du vendredi sur des polygones
Le récit de Vasavada sur une matinée récente montre comment le processus gère les surprises. Lors de la vacation précédente, il avait demandé aux planificateurs d'itinéraire du rover de se diriger vers une zone qui paraissait exceptionnellement lisse et plane sur les images orbitales. Après des années de conduite sur terrain accidenté, les ingénieurs ont fait avancer le rover de 37 mètres (120 pieds) sur ce que l'équipe appelait un parking martien, une longue distance pour Curiosity.
Les nouvelles images ont révélé tout autre chose. Au lieu de dalles lisses, toutes les surfaces étaient marquées de petits polygones de quelques centimètres de large, évoquant des alvéoles de nid d'abeille. Les géologues de l'équipe soupçonnent que ces polygones dessinent des fractures dues à la dessiccation, comme dans la boue, ou à des cycles thermiques ou à la compression.
À l'écran, le terrain devant le rover était parsemé de points, chacun étant une cible potentielle pour les caméras, le spectromètre laser ou les capteurs du bras robotisé. Il y en avait trop. Un membre de l'équipe scientifique formé pour modérer la discussion a réduit la liste, tandis que professeurs, postdoctorants et étudiants du monde entier défendaient leurs cibles. Le débat portait sur les images et les mesures chimiques qui permettraient le mieux de comprendre la formation des polygones. Vasavada fait office d'arbitre si aucun consensus n'émerge, même s'il affirme que c'est rarement nécessaire.
Comme on était vendredi, le plan couvrait trois jours d'activité pendant le week-end, et les résultats n'arriveraient qu'à la vacation du lundi. Curiosity travaille le week-end.
De la demande scientifique à la commande
Après la discussion scientifique, le travail passe aux ingénieurs. Dans une salle, une ingénieure en robotique visualise en 3D la manière dont le bras à cinq articulations du rover atteindra les cibles choisies. À côté, un autre ingénieur simule la prochaine manœuvre de conduite. Le terrain au-delà du champ de polygones est accidenté, avec ce que Vasavada appelle « fini le parking, que des bordures de trottoir », si bien qu'elle doit planifier un trajet contournant les obstacles rocheux jusqu'au prochain point de passage scientifique.
À midi, le rôle formel de l'équipe scientifique est terminé, même si beaucoup de ses membres restent en ligne pour discuter des données. Les opérateurs du rover et des instruments transforment alors les demandes de la journée en commandes qui partent via le Deep Space Network.
Ce que cela révèle du métier
Ce récit corrige utilement l'idée selon laquelle un rover martien serait simplement piloté depuis la Terre. La routine de Curiosity ressemble davantage à une négociation quotidienne entre objectifs scientifiques, contraintes d'ingénierie et calendrier de communication imposé par la géométrie orbitale. Le rover reçoit un plan par jour, et l'équipe ne peut pas le corriger en temps réel. Tout ce que contient le plan doit donc être validé au préalable en simulation, ce qui explique que quatre des sept heures soient consacrées à la préparation des commandes plutôt qu'à la science.
L'épisode des polygones illustre aussi l'intérêt de cette organisation. Une image orbitale laissait supposer une surface lisse, et la vue depuis le sol l'a contredite. Une équipe capable de réévaluer ses cibles en une seule vacation peut transformer une surprise en plan de mesures le jour même. C'est un argument concret en faveur d'un lien étroit entre scientifiques et boucle d'ingénierie dans les missions planétaires de longue durée.
Ce récit a toutefois ses limites. Il ne couvre qu'une seule vacation et ne dit pas à quelle fréquence les plans sont révisés ni quelle part de science se perd à cause du calendrier serré. Il n'explique pas comment les polygones se sont formés, et les trois hypothèses de l'équipe le restent tant que les nouvelles mesures n'ont pas été analysées. La conclusion selon laquelle le cratère Gale aurait pu abriter la vie repose sur des molécules organiques, des environnements humides et une chimie compatible, mais la source est explicite : elle ne prouve pas que la vie ait existé. Cette question dépend d'un retour d'échantillons, que le récit présente comme une nécessité plutôt que comme un projet.
L'enseignement le plus durable pour la robotique est d'ordre opérationnel. Curiosity a maintenu ce cycle pendant plus d'un millier de répétitions de sa routine quotidienne, ce qui suggère que la discipline des processus compte autant que le matériel pour un robot de longue durée. Reste à savoir si une équipe peut tenir ce rythme avec un rover vieillissant confronté à un terrain plus difficile : le récit soulève la question sans y répondre.