L'engin baptisé Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport (InSight) a pris rapidement de l'altitude dans le ciel brumeux au-dessus de la base Vandenberg de l'US Air Force en Californie, propulsé par une fusée Atlas V à 11h05 GMT.
"Trois, deux, un, décollage", a indiqué un commentateur de la Nasa avant que la fusée ne quitte son pas de tir.
Kristina Williams, en charge de la météo pour le lancement, avait expliqué jeudi que le brouillard ne devrait pas poser problème. Des responsables de la Nasa avaient précisé vendredi que les requis en matière de visibilité pourraient être ignorés pour l'occasion.
"Il n'y a rien de routinier à aller sur Mars, en particulier atterrir sur Mars", avait relevé Stu Spath, responsable du programme InSight de Lockheed Martin Space, qui construit la fusée en coentreprise avec Boeing.
Le lancement devait intervenir à l'origine en 2016, mais des fuites sur un instrument avaient entraîné un report à 2018. Les fenêtres de tir favorables pour la planète rouge ne se présentent que tous les deux ans.
Si tout se déroule comme prévu cette fois, la sonde devrait arriver à destination le 26 novembre, devenant ainsi le premier appareil de la Nasa à se poser sur Mars depuis le véhicule Curiosity en 2012.
Sa mission consistera surtout à détecter les séismes martiens qui, selon la description de la Nasa, sont "comme un flash qui illumine la structure interne de la planète".
InSight doit récolter des données par le biais de trois instruments: un sismomètre, un dispositif permettant de localiser avec précision la sonde, Mars oscillant sur son axe de rotation, et un capteur de flux de chaleur capable de s'insérer trois à cinq mètres dans le sous-sol martien, soit quinze fois plus profondément que lors de précédentes missions.
De boule à planète
Comme la Terre et Mars se sont probablement formées de manière similaire il y a 4,5 milliards d'années, la Nasa espère lever le voile sur les raisons pour lesquelles elles sont si différentes.
Mars, quatrième planète à partir du Soleil qui est plus petite et moins active géologiquement que la planète bleue, pourrait receler quelques indices en la matière.
Car, sur Terre, le processus pour passer "d'une boule de roches sans reliefs caractéristiques à une planète" pouvant héberger la vie a été masqué par des milliards d'années de séismes et de mouvements de roches en fusion dans le manteau, a expliqué Bruce Banerdt, responsable scientifique d'InSight au laboratoire JPL de la Nasa à Pasadena (Californie).
Les scientifiques s'attendent à enregistrer jusqu'à une centaine de "tremblements de Mars" au cours de la mission qui doit durer environ deux ans terrestres. La plupart devraient être inférieurs à 6,0 sur l'échelle ouverte de Richter.
Les experts savent déjà que Mars subit séismes, avalanches et chutes de météorites, relève Jim Green, directeur des sciences planétaires à la Nasa.
"Mais à quel point Mars est-elle sujette aux séismes? C'est l'information fondamentale dont on a besoin en tant qu'humains explorant Mars", a-t-il indiqué.
Le Seismic Experiment for Interior Structure (SEIS) a été conçu par le Centre national d'études spatiales (CNES) français, tandis que le détecteur de chaleur Heat Flow and Physical Properties Package (HP3) est issu d'une collaboration entre les agences spatiales allemande DLR et polonaise CBK.
Outre comprendre la formation et l'évolution des planètes telluriques, l'objectif est aussi de déterminer l'activité tectonique actuelle sur Mars et son taux d'impact par des météorites.
Selon la Nasa, le coût total de la mission atteint 993 millions de dollars.
Par ailleurs, une paire de satellites de la taille d'une valise baptisés Mars Cube One (MarCO) seront embarqués, et doivent permettre d'évaluer les capacités de communication de petits équipements dans l'espace lointain.
Ils doivent suivre leur propre course vers Mars dans le sillage d'InSight, dont ils pourraient transmettre des données sur son entrée dans l'atmosphère martienne et son atterrissage.
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