Le développement de l’instrument ChemCam, qui équipe le rover Curiosity, illustre ce champ de compétence de la Direction de l’énergie nucléaire. Destiné à l’analyse de la composition élémentaire des roches martiennes, il constitue un élément déterminant de la mission.

Au sein du CEA, la Direction de l’énergie nucléaire s’est intéressée à la technique LIBS car elle est particulièrement bien adaptée à l’analyse en conditions extrêmes. La Direction de l’énergie nucléaire a ainsi acquis un savoir-faire internationalement reconnu dans les applications nucléaires de cette technique au travers d'études sur l’analyse en milieu confiné, comme l’analyse à distance de matériaux portés à très haute température, voire de matériaux en fusion, ou encore de certains matériaux radioactifs. Ce savoir-faire a amené l’Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP, CNRS/Université Toulouse III – Paul Sabatier) à solliciter en 2001 ses ingénieurs chercheurs pour participer à la réponse à l’appel d’offres de la NASA concernant la réalisation de l’instrument ChemCam, qui équipe aujourd’hui le robot Curiosity.

Parmi les méthodes d’analyse connues, seule la LIBS possédait des caractéristiques compatibles avec le cahier des charges extrêmement ambitieux du projet de la NASA. L’objectif était d’équiper le rover Curiosity d’un outil d’analyse à distance de la composition des roches martiennes, donnant à l’équipe en charge du pilotage au quotidien de Curiosity, une capacité de prise de décision quant aux déplacements, selon les résultats obtenus en temps quasi réel. L’adaptation de cette technologie aux conditions d’un voyage spatial et d’une utilisation sur Mars a constitué un véritable défi de conception, nécessitant : des recherches sur le dimensionnement de l’appareil, son prototypage, le développement d’outils spécifiques (chambre mimant l’atmosphère martienne, banc d’essai…), l’étude et la modélisation de l’interaction laser surface dans les conditions martiennes, pour réaliser plusieurs campagnes de tests démontrant le bon fonctionnement du concept… A ce jour, plus de 100 000 spectres ont été acquis par la ChemCam de Curiosity et transmis aux opérateurs terrestres.

Au-delà de la conception et du développement de ChemCham, la Libs, permettant de réaliser des mesures multi élémentaires simultanées, à distance, et sur tous types de matériaux (solides, liquides, gazeux, …), offre des possibilités d’applications uniques. Aujourd’hui, la Direction de l’énergie nucléaire joue un rôle majeur dans son développement :

• Ses travaux couvrent tous les grands champs d’application de la LIBS : l’analyse in situ (pour l’industrie métallurgique, chimique, nucléaire, etc...), l’environnement, la micro-analyse, la sécurité civile et militaire, la contrefaçon, la biologie.
• Ses recherches vont des aspects les plus fondamentaux, jusqu’au développement d’instruments commerciaux.

Selon les domaines d’applications, les recherches et développements sont à des degrés de maturité différents, allant d’études de laboratoires, pour ce qui concerne par exemple l’environnement ou le contrôle de procédés industriels, à des produits déjà commerciaux et commercialisés pour la sécurité civile, l’analyse in situ ou l’analyse sur le terrain.