Cette mission, montée malgré les tensions persistantes et les sanctions réciproques adoptées entre l'Union européenne et la Russie, permet aux Européens de repartir à l'assaut de Mars après un premier succès en 2003 et à Moscou de concrétiser son rêve d'explorer un jour la planète rouge.
La fusée Proton transportant une sonde capable de détecter des gaz à l'état de trace, baptisée TGO (Trace Gaz Orbiter), et un atterrisseur test nommé Schiaparelli, a décollé à 09H31 GMT, l'heure prévue, des steppes du Kazakhstan.
ExoMars est actuellement en orbite autour de la terre et va allumer trois fois ses propulseurs pour prendre la vitesse nécessaire afin de s'élancer vers Mars, selon l'Agence spatiale européenne (ESA).
Un voyage de sept mois et un trajet de 496 millions de kilomètres attend désormais la mission, au terme duquel l'atterrisseur se séparera de la sonde le 16 octobre pour se poser sur la planète rouge trois jours plus tard, informe l'AFP.
Après avoir largué l'atterrisseur, la sonde TGO entrera dans une orbite elliptique et ralentira très progressivement pour se placer sur une orbite circulaire à 400 km d'altitude.
Sa détection par TGO pourrait donc constituer un indice possible de la présence actuelle d'une vie micro-organique sur Mars.
La sonde analysera "s'il est d'origine biologique ou bien s'il est le résultat d'un processus géologique", avait expliqué Jorge Vago, responsable scientifique de la mission ExoMars pour l'Agence spatiale européenne (ESA).
'Grande responsabilité'
Dans un premier temps envisagée aux côtés des Américains, la mission ExoMars 2016 a finalement été montée en collaboration avec la Russie après la défection de la NASA pour raisons budgétaires en 2011.
Elle doit être suivie d'une autre mission russo-européenne, ExoMars 2018, qui enverra un véhicule rechercher des traces de vie passée sur Mars en explorant notamment une zone où se trouvent des argiles très anciennes. Prévue pour 2018, elle pourrait toutefois être retardée.
Mais le petit atterrisseur britannique Beagle 2 largué par Mars Express n'a jamais donné signe de vie. Il a été repéré, onze ans après, partiellement déployé sur la surface de la planète.
Héritière de l'Union soviétique qui avait envoyé le premier homme dans l'espace et le premier robot sur la Lune, la Russie rêve pour sa part d'explorer Mars et de renouer avec ses succès passés.
L'"Objectif Mars" avait également été le sujet d'expériences menées par l'astronaute américain Scott Kelly et le cosmonaute russe Mikhaïl Kornienko, de retour sur Terre le 2 mars après quasiment un an en orbite.