Socialisation ! Comment les hommes vivront entre eux sur Mars

Comme vous vous en doutez, j’anticipe que « demain » des hommes vivront sur Mars ; « quelques-uns » d’abord puis « beaucoup » ensuite. Ils seront en interactions pour de multiples raisons et à de multiples niveaux. Il est évidemment intéressant de réfléchir à l’aspect psychologique de ces interactions, ne serait-ce que pour évaluer la faisabilité du projet de vivre sur Mars, mais c’est également difficile car la problématique a de multiples dimensions.

NB : Je ne suis pas psychologue et ne prétends pas me substituer aux spécialistes qui ont étudié le sujet mais je donne quelques pistes fondées sur ma connaissance de l’environnement martien et des conditions matérielles dont on devrait s’accommoder.

La dimension temporelle d’abord qui implique des nombres d’individus différents selon les stades successifs du développement de la colonisation humaine qui à son tour implique des technologies différentes puisqu’on ne vivra pas de la même manière lorsque la colonie ne comptera qu’une poignée de gens « dans la force de l’âge » dans une seule implantation et lorsqu’ils seront des milliers, de toutes générations, dans de multiples implantations ; d’autant qu’avec le temps ces technologies évolueront.

La dimension professionnelle ensuite. Au « début », l’obligation de la plupart des astronautes sera de faire en sorte qu’eux-mêmes et leurs compagnons survivent pendant tout un cycle synodique (26 mois !) et de préparer la base pour la mission suivante avec la perspective de permettre que les activités se diversifient et que leurs successeurs deviennent des résidents de plus longue durée et soient de plus en plus nombreux. Avec le développement de la colonie ils pourront de plus en plus vaquer à d’autres occupations, moins indispensables/vitales. Par ailleurs autant il sera nécessaire que les premières personnes envoyées sur Mars soit extrêmement compétentes dans leurs domaines respectifs, autant ceux qui arriveront après le « lancement » de la Colonie, ceux qui resteront sur place après avoir fourni l’effort ayant justifié leur envoi et les enfants des uns et des autres, pourront continuer leur vie sur Mars sans avoir à justifier de la même exigence. Comment tout cela pourra-t-il être organisé de façon à ce que les contraintes soient acceptables et que la satisfaction que les uns et les autres obtiendront de leur activité ou de leur inactivité, sur le plan individuel et collectif, soit suffisamment stimulante pour justifier les efforts nécessaires de ceux qui seront en capacité de travailler ? A ce stade on peut simplement dire que les organisateurs des premières missions mais aussi du développement ultérieur, devront être particulièrement attentifs et intervenir par l’intermédiaire de psychologues professionnels et/ou par des mesures économiques et/ou fonctionnelles, en cas de besoin.

La dimension affective ensuite. Sur Mars, il y aura des hommes et des femmes, avec leur « caractère » autoritaire ou passif et leur libido plus ou moins vive, leur tolérance ou leur intolérance aux autres à des degrés divers, leur stabilité d’humeur ou leur sautes d’humeur occasionnelles, et un jour des enfants et des personnes âgées, des actifs et des inactifs. Compte tenu du contexte, comment pourront ils vivre leurs relations ? Cela variera, encore une fois, avec le stade de développement de la Colonie. Ces relations étant très différentes au sein d’une petite équipe de quelques personnes, au sein d’un premier établissement d’un millier d’habitants puis au sein d’une colonie étendue comprenant plus que quelques dizaines de milliers d’habitants répartis dans plusieurs établissements autour de la planète.

La dimension épidémiologique enfin. Les espaces confinés étant favorables à la diffusion rapide de tous les microbes et de tous les virus, imposeront des règles strictes pour prévenir les épidémies. Cela suppose l’acceptation de contraintes prophylactiques indispensables mais contraignantes dans la vie de tous les jours et sur la durée.

Et au travers de toutes ces dimensions, celle des relations avec la Terre lointaine mais cependant très présente dans l’esprit des « Martiens » car tout à la fois « pays d’origine » inaccessible et partenaire indispensable pendant très longtemps. Voyons les problèmes de plus près.

On peut distinguer plusieurs situations : la première mission habitée, les trois ou quatre suivantes, un environnement de quelques 20 personnes, de cent personnes, de 500 personnes, de plus de mille personnes, de plus de 10.000 personnes, de plusieurs dizaines de milliers de personnes. On peut trouver sur Terre des analogues à ces situations : les missions d’exploration de l’Antarctique, pour les premiers vols habités et séjours sur Mars, les missions dans les bases construites ensuite sur ce continent ou sur les Iles Kerguelen, la vie dans des îles isolées comme l’Île de Pâques (3000 habitants avant l’arrivée des Européens) ou dans les Iles Falkland (3000 habitants également) avant la guerre avec l’Argentine (mais depuis, l’isolement est bien moindre), dans une certaine mesure la Nouvelle Zélande ou autres terres lointaines (par rapport à l’Europe, évidemment mais d’une manière générale aussi car les terres les plus proches sont à plusieurs heures d’avion). Bien entendu le degré d’isolement dans une base martienne sera d’un ordre de grandeur plus « sévère » que dans ces cas terrestres.

Dans ces diverses situations, il y aura plusieurs constantes dues à la spécificité de Mars :

Deux constantes dues à l’éloignement: les communications avec la Terre et les transports de et vers la Terre. Mais l’importance de ces constantes ne seront pas les mêmes dans un environnement de 20 personnes et dans celui d’une colonie de plus de 10.000 habitants. Un petit établissement reposera très lourdement sur la Terre, une colonie importante aura développé ses propres ressources, ses premières machines de transformation et de plus en plus ses capteurs d’énergie (ce sera une priorité) ou du moins de tous ses éléments qui peuvent être produits sur Mars en privilégiant le plus lourd. Cela comptera psychologiquement puisque cela servira à consolider la confiance dans ses capacités et à réduire la peur. Il y aura aussi des constantes dues à l’environnement : la dangerosité de ce qu’on pourra appeler « l’extérieur » (c’est-à-dire tout ce qui sera en dehors des volumes viabilisés) et qui aura un sens particulier puisqu’on devra s’équiper pour l’affronter et que sans précaution il sera irrémédiablement mortel ; l’absence totale de végétation et d’eau liquide donc la pauvreté des couleurs, étant entendu qu’il y a quand même des couleurs dans le désert et que sur terre, les populations qui y vivent savent les voir et apprécier les oasis (que seront sur Mars les bulles viabilisées, leurs serres et leurs plantations).

A côté de cela il y aura le facteur « nombre » qui jouera beaucoup mais qui évoluera avec le temps. Dans une colonie de 100.000 habitants personne ne se posera la question de la solitude comprise comme l’impossibilité ou la difficulté de se trouver un partenaire affectif. Ce ne sera pas le cas dans les tout petits groupes. C’est au niveau des premières missions que le choix des « hommes » sera difficile. 30 mois d’éloignement de la Terre, c’est long et c’est incompressible ! Certes la motivation des premiers hommes sur Mars sera forte. Ils seront missionnés en fonction de leur compétence et pour un géologue spécialiste de la planète, aller sur Mars, ce sera un rêve devenu réalité, une satisfaction de presque tous les instants. Mais les autres « instants » ? Il faut bien voir que les membres de l’équipage seront des adultes, probablement entre 35 et 50 ans. Il faut qu’ils soient en parfaites conditions physiques mais aussi qu’ils aient fait leurs preuves sur Terre dans leur spécialité. On doit avoir totalement confiance en eux, du pilote au mécanicien en passant par l’« homme à tout faire » indispensable, le bricoleur de génie capable de transformer presque n’importe quel objet en celui qui manque et qui est essentiel ou de faire repartir un moteur quasiment mort, sans oublier le médecin, l’exobiologiste et…le géologue ! Donc il devra y avoir des hommes et…des femmes. A mon avis, autant de femmes que d’hommes et de préférence des couples qui auront déjà prouvé la profondeur de leur attachement réciproque et leur stabilité. Cela existe, ce sera au psychologue de les trouver. La ressource est large mais il ne faudra pas se tromper (et malheureusement il est inévitable qu’il y ait quelques erreurs !). Inutile de dire que pendant les premières missions il ne sera pas question d’avoir d’enfant(s). Ils ne supporteraient pas les radiations pendant le voyage de retour sur Terre et leur protection sur Mars, dans les conditions des premières missions, ne seront pas très bonne, à moins de pouvoir aménager une (grande) caverne. Mais de toute façon les ressources humaines seront très limitées et les mères n’auraient que très peu de temps pour s’en occuper. La suite sera évidemment très différente puisque le nombre augmentant, on peut concevoir des personnes pour s’occuper des enfants et aussi aménager des conditions de logement adéquates pour leur permettre de vivre aux côtés de leurs parents sans risques sanitaires inacceptables.

Pour le reste, sentiment d’éloignement, d’isolement, peur, ennui et autres, je laisse certains à leurs fantasmes et à leurs craintes. Personnellement je ne m’ennuie jamais, même en ces temps de confinement pour cause de coronavirus et je pense qu’il en sera de même pour les pionniers martiens qui auront une réalité passionnante à étudier et à affronter, et à leur disposition toutes les ressources que pourra leur communiquer la Terre par les ondes. La peur, elle, existera au moment du décollage, à l’atterrissage, au re-décollage et lors d’accidents sur Mars mais ce ne devrait pas être un sentiment général au long de la mission. Reste la nostalgie « du pays ». Tout expatrié la ressent et d’autant plus qu’il ne peut revenir facilement. J’ai moi-même travaillé et vécu dans des pays lointains (Corée, Uruguay) et je ne peux pas dire que je n’ai pas ressenti à certains moments la force des souvenirs et l’absence des amis ou des parents. Mais qu’on ne me dise pas que ces sentiments sont insurmontables. Ce sera aux composants du groupe, évidemment formés psychologiquement avant le départ, de faire en sorte par leur compréhension de l’autre, le respect de son intimité et son accompagnement lorsqu’il en aura besoin, que ces moments de nostalgie soient sublimés et dominés. De toute façon on reviendra de Mars…du moins si on veut en revenir.

Ma conclusion; vous l’avez compris, il sera difficile mais pas impossible psychologiquement d’entreprendre l’aventure. Alors, allons-y !

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Index L’appel de Mars 20 04 03

Colonisation à grande échelle de la planète Mars ; quelques idées de développement (2)

Compte tenu des contraintes exposées dans mon blog la semaine dernière et de nos capacités technologiques, l’installation de l’homme sur Mars au-delà de la première base devra suivre un cheminement assez prévisible. Je lance ici quelques pistes.

Logiquement, la première préoccupation sera le choix d’une localisation ; en fonction de cette localisation, on devra concevoir un plan de développement de la Colonie sur la base d’une organisation logistique aussi efficiente, fiable, et économe en moyens que possible. Sur ces prémices viendra l’importation progressive (en fonction de l’augmentation de la population et du déploiement de son activité) des réacteurs nucléaires (de type Megapower) générateurs d’électricité. Une fois l’énergie disponible, on pourra développer toute une arborescence d’activités.

Il s’agira d’extraire des matières premières puis de les transformer en produits semi-finis puis en produits finis en utilisant notamment (mais évidemment pas seulement) les imprimantes 3D et toutes sortes de logiciels conçus sur Terre ou sur Mars. Il faudra construire et équiper toutes sortes de locaux de production, certains pressurisés et viabilisés, d’autres, non (fours à verre ou fonderies de métaux par exemple). Il faudra aussi construire toujours plus d’habitats privatifs, à faible volume viabilisé unitaire (inutile d’exagérer !) et de dômes sociaux, et importer/construire/produire avec de plus en plus de « part locale » des équipements (électricité, climatisation, plomberie, ameublement, robots nettoyeurs) pour ces habitats et ces dômes. Il faudra construire et équiper des relais tout au long des routes conduisant « ailleurs » pour servir d’abris ou de dépôts d’équipements urgents et d’oxygène en cas de panne des véhicules. Il faudra aussi produire et recycler les gaz respirables, contrôler en permanence la pression, la composition, la pureté bactériologique de l’atmosphère des locaux viabilisés. Il faudra extraire la glace d’eau, la transporter, la stocker, la distribuer, la recycler. Il faudra construire des serres pour végétaux et des réservoirs à spirulines, à poissons ou à crevettes, et bien sûr contrôler et piloter la croissance de tous ces êtres vivants destinés à la consommation des êtres humains, puis en faire la récolte, préparer les aliments avec certaines exigences organoleptiques et les stocker bien conservés, recycler les déchets y compris les excréments humains (toutes les molécules organiques seront précieuses). Il faudra cultiver des plantes fibreuses ou utiliser les débris végétaux de plantes comestibles, pour produire des vêtements et des chaussures (…et recycler les déchets !). Il faudra construire et viabiliser des couloirs pour joindre les habitats, les dômes et les locaux de production. Il faudra développer des réseaux d’antennes de télécommunications pour émettre et capter les émissions terrestres ou planétaires relayées par une demi-douzaine de satellites géostationnaires (l’atmosphère martienne trop ténue, avec une ionosphère insuffisante, réfléchit très mal les ondes hertziennes). Enfin il faudra évidemment prendre soin des êtres humains, les soigner, physiquement et mentalement, donc développer non seulement, et autant que possible, une industrie pharmaceutique locale (on pourra très longtemps importer des médicaments de la Terre car leur rapport masse / efficacité est très faible) mais aussi former certains d’entre les résidents aux meilleures pratiques médicales.

Tout au long de ce processus, des hommes, très qualifiés dans toutes disciplines, et toutes les machines qui ne peuvent être produites sur Mars (la totalité au début, de moins en moins ensuite) devront être importés de la Terre ; des habitats, des serres, divers dômes fonctionnels construits. On aura donc, en même temps, la création de nouvelles branches d’activités à partir du tronc commun de l’énergie. Et le « fonctionnel », les branches, partant du tronc commun, n’empêcheront pas la « floraison », c’est à dire les activités non strictement nécessaires au fonctionnement de la colonie. Elles devront au contraire la favoriser dans la mesure où toutes ces activités « superflues » du stricte point de vue de la survie des hommes, seront indispensables pour donner une finalité à la Colonie et aussi pour générer des revenus qui lui permettront de persister, de commercer avec la Terre (c’est-à-dire non seulement importer mais aussi exporter), de prospérer et éventuellement de pouvoir devenir autonome vis-à-vis d’elle (sans nécessairement qu’elle le devienne). Il y aura bien sûr parmi ces « fleurs », de la recherche scientifique provenant de la nécessité de connaître la planète sur laquelle on vivra, mais aussi des sciences déconnectées de cette nécessité et dont la croissance sera simplement mais fortement suscitée puis soutenue par le désir ou le besoin de savoir ou le plaisir de créer. Mars pourrait, par exemple, être un lieu privilégié pour l’astronomie.

NB : La Terre, planète où l’on privilégie (ou du moins l’on accepte) la poursuite de la croissance de la population en dépit de la surpopulation évidente et quoi qu’il en coûte, et où l’on ne réagit pas assez vigoureusement au laisser-aller écologique, risque fort de voir son environnement naturel réduit à quelques réserves, aux souvenirs et aux symboles. Que restera-t-il de la forêt amazonienne dans cent ans ? que restera-t-il des dernières tortues marines ou des baleines quand la masse de déchets plastiques flottants aura été multipliée par 10 ? Vers quels autres animaux encore sauvages se tourneront les tenants de traditions idiotes en mal de virilité, quand les derniers pangolins ou les derniers rhinocéros auront été massacrés ? Enfin que restera-t-il des possibilités d’explorer le ciel immense depuis la Terre quand des multitudes de constellations de satellites en orbite basse, comme malheureusement celles d’Elon Musk, auront obscurci notre ciel ?

On peut concevoir que des télescopes gigantesques utilisant toute la gamme des rayonnements électromagnétiques (la faible atmosphère n’empêchera aucun d’entre eux d’arriver jusqu’au sol à la différence de ce qu’on doit accepter sur Terre) et de vastes réseaux d’antennes ou de capteurs pour intercepter toutes sortes de rayonnements soient installés, comme sur Terre les réseaux SKA ou ALMA ou encore les installations LIGO/VIRGO ou IceCube. Sur Mars, les conditions désertiques (à l’atmosphère ténue, sèche et relativement stable) sont favorables, le ciel est clair comme en haute altitude sur Terre, la gravité est moindre et donc les larges structures résistent plus facilement à leur poids. Ces grands télescopes et ces vastes réseaux de capteurs pourront travailler en interférométrie avec/ou simplement en complément des instruments des observatoires terrestres. L’avantage des observatoires martiens sur les observatoires spatiaux viendra du fait que leurs installations pourront être plus puissantes que dans l’espace (assemblages plus facile sur un sol planétaire que dans l’espace de plus nombreux miroirs primaires ou antennes de plus grandes tailles, par exemple) et aussi du fait qu’ils seront plus facilement réparables (beaucoup de nos télescopes spatiaux meurent simplement de ne pouvoir être réapprovisionnés en liquide cryogénique et on a vu combien il a été difficile de corriger la myopie de Hubble).

En ce qui concerne la localisation, je vois bien une chaîne de « nodules » de colonies dans des sites d’altitude et de latitude aussi basses que possible (pour la densité de l’atmosphère et l’illumination constante tous les jours tout au long de l’année), à proximité de gisements de glace d’eau et de telle ou telle matière première en plus des sources « atmosphère » et « poussière » omniprésentes. Je rappelle que l’atmosphère de CO2 sera source de carbone et d’oxygène et que la poussière qui résulte d’un brassage planétaire de particules arrachées au sol par le vent, sera source d’une grande variétés de minéraux et facile d’exploitation (le prélèvement est plus facile que l’extraction). L’autre intérêt de la multiplicité des nodules sera de pouvoir exploiter à partir de chacun d’eux, un territoire de surface proportionnée à sa population et donc de limiter les transports de matière première sur longues distances qui seront toujours difficiles (coût de l’infrastructure pour une population limitée répartie sur une surface immense). Il faudra cependant une possibilité de communication physique entre les différents nodules et comme mode de transport j’imagine bien un « ring » d’« hyperloop » autour de la planète. Quand Elon Musk a proposé au Monde en 2013 ce système en « open-source », il avait certainement en tête cette utilisation, particulièrement bien adaptée à l’environnement martien puisque la densité atmosphérique martienne est très faible, que les distances à parcourir seront très grandes et qu’il sera très difficile d’utiliser des avions ou des dirigeables (possible peut-être pour des masses très réduites et donc utilisable pour la recherche robotisée mais pas, ou très marginalement, pour le transport des personnes).

En ce qui concerne l’urbanisme des nodules, je vois bien un plan concentrique afin d’éviter les trop grandes distance à parcourir. Car il faudra toujours économiser l’énergie et éviter les sorties (maniement délicat des sas, pertes d’atmosphère, difficultés et risques inhérents au port des combinaisons) et l’on se déplacera donc, si on le peut, dans des couloirs pressurisés. Ce plan concentrique comprendra, outre les linéaires de modules habitat + serres + segment de couloir (intégrés comme proposé par Richard Heidmann), les dômes sociaux dont je parlais, répartis et dupliqués de telle sorte que si un accident arrive dans l’un d’entre eux (météorites, contamination, dépressurisation) ou simplement si on décide de le fermer pour entretien ou rénovation, on puisse utiliser les autres. Donc, outre les modules centraux, il y aura des modules périphériques et les liaisons se feront aussi bien par couloirs circulaires (pour desservir les lignes d’habitats et de serres) que par couloirs radiaux pour passer d’une ligne circulaire à l’autre et accéder aux dômes. Il faudra aussi limiter la taille des implantations pour pouvoir les gérer au mieux et pour pouvoir y circuler à pied sans difficulté. On peut imaginer, constituant chaque nodule, des unités circulaires d’environ un millier d’habitants reliées entre elles. Une dizaine de telles unités circulaires se recoupant l’une l’autre au niveau de leurs deux derniers cercles extérieures, avec dômes sociaux aux intersections, et disposées elles-mêmes en cercle, comme des pétales, constituerait une taille satisfaisante (mais la taille maximum sera aussi fonction des ressources naturelles disponibles à proximité). Outre les pétales, on peut imaginer un hub central (peut-être enterré pour assurer une meilleur protection contre les radiations en cas de besoin) auquel convergent des couloirs radiaux venant de chaque pétale*, mais la communication de toute façon possible d’un pétale à l’autre permettrait éventuellement de se passer du hub. Si une cité risque de dépasser la taille optimum, on en construira une autre dans laquelle on pourra se rendre par hyperloop à partir de toutes et par rover pressurisé à partir de la plus proche.

NB:*avant de publier mon article je réalise que cette forme d’organisation circulaire en “pétales” ressemble un peu aux premiers fossiles d’êtres vivants métazoaires (multiplicité organisée et fonctionnelle d’êtres unicellulaires) identifiés sur Terre, à Franceville au Gabon (“Gaboniata”) et qui date de 2,1 milliards d’années. Le parallélisme me semble intéressant car il peut confirmer la logique de la proposition.

L’ensemble de la Colonie, au travers de ses multiples nodules devra aussi disposer d’un « système nerveux ». Pour servir l’ensemble de la population, assurer les télécommunications avec la Terre, stocker les données indispensables au fonctionnement de l’informatique sans souffrir du “time-lag” avec la Terre, commander à une multitude de robots (manque de main d’œuvre, danger de travailler à l’extérieur, nombre de capteurs, recherche dans divers domaines, astronomie, conservatoire des connaissances humaines), l’infrastructure informatique devra être très importante. Il faudra donc des équipements de réseaux informatiques, émetteurs et récepteurs, serveurs, datacenters, avec redondances et pièces de rechange stockées dans chaque nodule car une panne signifierait réellement la mort. C’est pour cela (mais pas seulement) qu’il ne devrait pas y avoir de « capitale » de la Colonie, ni de « président » auquel toute prise de décision remonterait. Compte tenu des risques divers (épidémie, météorite, déficience d’un satellite servant de relais de télécommunication, etc…) la plus grande autonomie d’administration devra être laissée à chaque nodule (et la collégialité pour la prise de décisions à l’intérieur de chaque nodule). Cela n’empêchera évidemment pas que la coopération et la concertation entre eux soient la règle.

Au-delà de ces pistes et remarques, comment imaginer plus précisément une colonie d’un million d’habitants ?! On peut rêver, il faut rêver et je souhaite que nos descendants parviennent à la construire un jour et à y vivre mais pour y parvenir il faut d’abord construire la première base. A partir de là, tout sera possible.

Image ci-dessous: unité d’habitat privatif, selon Richard Heidmann (crédit Richard Heidmann). Vous voyez dans la partie haute, l’habitat proprement dit sur deux niveaux, en dessous le segment de corridor qui permet de joindre l’unité aux autres (en ligne, de part et d’autre), et devant, les serres pour la croissance de végétaux comestibles. La protection contre les radiations est donnée par la couverture du toit et la visière devant la fenêtre frontale. L’épaisseur de la glace est de 40 cm, la structure est en verre et en acier produits sur Mars.

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Index L’appel de Mars 20 03 27

Restez chez vous! Nous devons tous nous montrer responsables vis à vis des autres et de nous-mêmes. Le virus covid-19 ne se transmet que s’il y a contact physique. Suspendez-les! Le confinement, ce n’est pas des vacances mais une mesure de salut public.

La cité-état martienne d’un million d’habitants n’est pas pour demain (1)

La Mars Society américaine a lancé pour 2020 un concours pour distinguer les meilleurs propositions de faisabilité d’une « cité-état » martienne d’un million d’habitants. Je n’y participerai pas, à la différence de ce que j’ai fait l’année dernière avec Richard Heidmann (Association Planète Mars) et Tatiana Volkova en 2019 (EPFL) pour le concours portant sur l’établissement d’une première base d’un millier d’habitants. En effet l’objectif me parait trop lointain, c’est-à-dire qu’avant que la faisabilité d’une telle cité-état se pose réellement, les technologies nécessaires pour la développer vont évoluer, en fonction notamment de la concrétisation de la première phase. Il me semble que nous devons laisser ce projet grandiose aux générations futures et nous consacrer entièrement à la « première marche ». La monter nous permettra d’envisager la suite qui, pour l’instant, n’est que science-fiction.

J’évoque cependant ce concours pour mettre en évidence les contraintes (cette semaine) et lancer quelques idées concernant ce futur lointain (la semaine prochaine).

Les contraintes sont faciles à présenter car on connaît bien les nécessités du voyage et assez bien l’environnement martien. Elles résultent de la distance de Mars (au Soleil et à la Terre), de sa géologie (histoire planétaire, structure et composition géologique) et du fait qu’elle souffre de ne disposer d’eau et d’atmosphère qu’en quantités certes non négligeables mais limitées.

Le problème des distances a trois conséquences, l’irradiance au niveau de l’orbite de Mars, les transports entre la Terre et Mars et le décalage de temps (« time-lag ») dans les télécommunications. L’irradiance de 492 à 715 W /m2 dont bénéficie l’orbite de Mars est un peu inférieure à la moitié de celle qui est constatée au niveau de l’orbite terrestre (1321 à 1413 W/m2) et elle varie fortement en raison de l’excentricité de l’orbite de Mars (0,093 contre 0,017 pour la Terre). Cela a des conséquences pour l’utilisation de l’énergie solaire. On ne peut pas négliger cet apport « naturel »; il faut l’utiliser, mais on ne peut s’en contenter. Il faut penser bien entendu à la production d’énergie pour les besoins multiples d’une activité humaine, pour les serres utilisées pour la production d’aliments, mais aussi pour le chauffage des habitats. On en aura besoin surtout la nuit où la température descend très vite à -120°C mais même pendant le jour où la température est le plus souvent légèrement négative (dans la zone intertropicale) et pendant les tempêtes de poussière qui peuvent être globales et durer plusieurs semaines.

La distance entre les deux planètes restera toujours la même, de 56 à 400 million de km, et l’optimum de masse utile sur énergie dépensée impliquera toujours un voyage de 6 à 9 mois pour parcourir un arc de quelques 600 millions de km pour franchir la distance de 400 millions de km en ligne droite. On pourra aller un peu plus vite (4 mois ?) surtout si on arrive à mettre au point des vaisseaux à accélération continue (propulsion nucléaire, ou photonique) mais en mode propulsion chimique toute accélération impliquera plus d’énergie et donc moins de masse utile transportée (sans oublier que la montée en orbite terrestre devra toujours se faire en propulsion chimique). Enfin on ne va pas « s’amuser » à partir d’une planète pour tenter de rejoindre l’autre en dehors de la période favorable du cycle synodique et la conjonction favorable ne se présente que tous les 26 mois. Il en sera toujours ainsi. Donc les voyages Mars – Terre – Mars resteront longs, chers, peu fréquents (comparés aux voyages autour des globes terrestre ou martien) et les volumes transportés seront toujours limités. Derniers « détail » qui renforcera l’isolement relatif, les voyageurs seront plus exposés aux radiations pendant le voyage que pendant leur séjour ou leur vie sur Mars (et bien sûr, sur la Terre). Par conséquent personne ne « s’amusera » non plus à faire une multitude de voyages. Trois ou quatre dans une vie seront suffisants si l’on veut conserver un bon capital santé (surtout si l’on choisit de vivre sur Mars où les doses de radiation reçues seront de toute façon plus élevées que sur Terre). Il n’y aura pas de « carrière » de pilote-de-ligne interplanétaire.

Le time-lag n’empêchera pas les contacts fréquents entre les deux planètes mais il aura pour conséquence des difficultés sérieuses de communication (délais minimum de 3 à 22 minutes pour faire parvenir un message et donc de 5 à 44 minutes pour obtenir une réponse) ce qui gênera considérablement les échanges en direct avec la Terre et l’utilisation des serveurs informatiques terrestres.

Le sol et l’atmosphère de Mars présentent beaucoup d’avantages en tant que ressources potentielles et c’est pour cela qu’on peut envisager de les utiliser pour produire sur place tout ce dont un établissement martien aura besoin (« ISRU » pour « In Situ Resources Utilization ») comme l’a recommandé Robert Zubrin. Et il faudra pouvoir le faire aussi vite que possible et de plus en plus pour que la croissance d’un tel établissement ne cesse, faute de pouvoir mobiliser suffisamment de capacités de transports Terre/Mars pour fournir aux résidents les biens de premières nécessités ou simplement les pièces de rechanges dont ils auront besoin. A cet effet, on peut compter disposer des mêmes éléments chimiques sur Mars que sur Terre mais pas tout à fait de la même minéralogie.

NB : Mars a été constituée ou plutôt accrétée, à partir des mêmes gaz, des mêmes poussières puis des mêmes astéroïdes et planétoïdes que la Terre. Ces éléments et les constituants des astéroïdes et planétoïdes ont ensuite évolué au sein d’un milieu planétaire (gravité, densité chaleur) dans une minéralogie comparable à celle de la Terre primitive. Le fer et les métaux sidérophiles, plus lourds, sont descendus au cœur de la planète très malléable (pour ne pas dire liquide) des origines. Il y a eu ainsi un étagement des constituants, couche après couche, jusqu’aux éléments les plus légers en surface, principalement la silice. Bien sûr l’homogénéité n’a jamais été parfaite mais la tendance s’est affirmée avec le temps, avec les brassages convectifs dus à la chaleur dans le globe planétaire visqueux. Cette imperfection tenait notamment à l’afflux périodique et fréquent des astéroïdes et planétoïdes qui rajoutaient de la diversité en surface (en même temps que leur énergie cinétique qui se convertissait en chaleur dans l’ensemble du globe). Puis, alors que la croûte se solidifiait, est intervenu le Grand Bombardement Tardif (LHB), vers -4 milliards d’années. Cet épisode de notre histoire commune a permis aux deux planètes un enrichissement important en minéraux lourds accessibles (les métaux) et aussi en eau car les deux planètes, Mars et la Terre, avaient été formées en deçà de la ligne de glace et donc comportaient à l’origine peu d’éléments volatils libres (les gaz et l’eau primitifs étant solidement liés chimiquement à d’autres éléments). Sans doute y avait-il jusque-là une tectonique des plaques primitives, des morceaux de croûtes se formant en surface et sombrant de temps en temps dans les couches inférieurs magmatiques pour y être refondues et transformées. Puis, au fur et à mesure que la croûte se généralisait en surface et s’épaississait, le volcanisme se manifesta de plus en plus violemment, permettant au magma de percer la croûte pour libérer les tensions qu’il subissait, enrichissant par la même occasion l’atmosphère (notamment en souffre et en gaz carbonique). Au centre, compte tenu de la chaleur et de la densité, un noyau solide entouré d’un noyau liquide générait par rotation différentielle et frottement, un champ magnétique globale. C’est notre histoire commune.

A partir de là l’histoire planétologique diverge, évidemment progressivement. Les planètes continuent toutes deux à se refroidir et la croûte à épaissir mais la Terre dix fois plus massive et se refroidissant, de ce seul fait, moins vite, amorce une tectonique des plaques horizontales qui continue à ce jour alors que la croûte de Mars épaissit très vite et que son magma trop visqueux ne permit pas la généralisation du phénomène (il a peut-être été ébauché). La Terre restant pleinement active, créa à sa surface (et continue à créer) une minéralogie extrêmement diversifiée à laquelle une atmosphère importante et riche, ainsi que l’eau liquide toujours présente, contribuent rapidement et abondamment (produisant en abondance, carbonates, sulfates, oxydes, argiles…) et à laquelle au bout d’un certain temps se joint la vie, dans un océan profond et très accueillant pour ne pas dire très facilitateur.

La minéralogie de Mars est, en fin de compte, moins riche que celle de la Terre et il sera sans doute un peu plus difficile d’exploiter les éléments que cette évolution très tôt ralentie puis stoppée vers -3,5 milliards d’années a permis (par exemple probablement moins de filons de certains métaux, ces concentrations résultant de l’action de l’eau aussi bien que du volcanisme ; peu de carbonates, pas de charbon, pas de pétrole).

Les carences actuelles en eau et en atmosphère posent une autre contrainte pour le développement d’une colonie humaine de grande taille. Certes Mars possède de l’eau et une atmosphère, ténue mais non négligeable, beaucoup plus que la Lune, mais autant il semble possible de les utiliser pour une population de petite taille, autant les colonies à grande échelle (plus de quelques milliers d’habitants et a fortiori un million !) posent des problèmes qui dépassent nos capacités technologiques d’aujourd’hui. L’eau, que l’on trouve dans le sol sous forme de glace, doit être extraite, transportée, puis après usage, recyclée. Cela peut-être fait et cela sera fait mais ce sera toujours coûteux en énergie et l’abondance de la ressource sera toujours limitée et inégalement répartie à la surface du globe. On peut imaginer un recyclage presque total y compris des eaux « noires » mais ce ne sera pas pour tout de suite (va-t-on pouvoir recycler plus que ce qu’on recycle aujourd’hui dans l’ISS et va-t-on récupérer l’eau contenue dans les cadavres humains ?). De toute façon les molécules d’eau que l’on aura fait éclater pour en extraire de l’oxygène et de l’hydrogène pour utiliser ces deux éléments séparément et éventuellement les lier à d’autres dans des processus chimiques divers (production d’éthylène par exemple), seront perdues en tant que molécules d’eau. Donc il y aura des pertes, donc un besoin de renouvellement d’approvisionnement (avec arbitrage entre coût du recyclage marginal et coût de la nouvelle ressource). Et l’obtenir de façon acceptable quantitativement et économiquement sera long et difficile. Pour l’atmosphère, le problème ne sera pas tant l’oxygène que l’on obtiendra assez facilement à partir de l’eau ou du gaz carbonique, mais bien plus la faible pression et la faible quantité d’azote (relativement et en absolu). La pression forcera à limiter en taille les grandes structures pressurisées en surface puisque plus la structure est grande, plus la pression interne (on choisira sans doute 500 millibars) qui s’exerce vers un environnement extérieur quasi vide (pression atmosphérique moyenne sur Mars, 6 millibars), est difficile à contenir. Actuellement, au-delà des champs d’habitats linéaires et de faible volume unitaire reliés par des couloirs, imaginés par Richard Heidmann, on peut envisager des dômes hémisphériques de 30 mètres de diamètre en structure géodésique mais ces dômes (comme l’a calculé Richard Heidmann) devraient être ancrés dans des fondations en duricrete (équivalent martien du bêton) de 2 mètres d’épaisseur contre 1 mètre pour les dômes de 20 mètres. L’alternative serait d’habiter de vastes cavernes. Certes on le fera certainement mais à quelle échelle ? Il faudrait en creuser, en dehors des quelques cavernes naturelles qu’on pourra trouver et aménager, mais il me semble difficile d’envisager de faire vivre des dizaines de milliers de personnes (un millions ?!) dans des cavernes (on le fera sans doute pour l’excellente protection contre les radiations qu’elles procureront, mais on le fera marginalement). L’autre problème est la rareté de l’azote (2% d’une atmosphère dont la pression au sol est de 6 millibars en moyenne). Un gaz neutre sera indispensable dans la composition de l’air respirable des bulles viabilisées, parce que ni l’homme ni les plantes ne peuvent durablement respirer de l’oxygène pur (risque d’hyperoxie) et que les habitats où la proportion d’oxygène serait trop élevée, risqueraient à tout moment des incendies « définitifs ». Il faut donc oublier les vastes halls avec hauteur sous-plafond démesurée et quasi vides (comme ceux que certains de nos concurrents ont proposés dans le premier concours pour une base de 1000 habitants. C’est de la science-fiction.

Le troisième problème qui résultera de la faible densité atmosphérique, pour un établissement important sur Mars, encore plus que pour la première base, c’est les communications physiques entre les habitants. Il sera impossible de circuler à l’air libre sans protection et circuler avec protection sera possible mais compliqué, gênant et dangereux (dépressurisation et asphyxie). Cela aura beaucoup de conséquences !

Il faut bien voir que, compte tenu de ces diverses contraintes, certaines régions de Mars ne seront pas colonisables. Ce sont les zones trop sèches, trop froides à certaines saisons (les hautes latitudes et les pôles !), ou d’altitude trop élevée car l’atmosphère est rapidement plus ténue au fur et à mesure que l’on s’élève. Au sommet du Mont Olympus, 21 km au-dessus du Datum (altitude moyenne), on est quasiment dans l’espace (pression atmosphérique 0,3 millibars) mais déjà dans les hautes terres du Sud (plus de 50% de la surface de la planète) la pression atmosphérique est évidemment inférieure à la moyenne de 6 millibars. On recherchera toujours à minimiser les dépenses énergétiques.

Compte tenu de ces contraintes, je donnerai la semaine prochaine quelques pistes sur les possibilités de structures et d’organisation de colonies importantes sur Mars (plusieurs dizaines de milliers d’habitants, voire davantage).

Illustration de titre: Base Alpha, sur Mars, crédit SpaceX.

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Index L’appel de Mars 20 03 17

Restez chez vous! Nous devons tous nous montrer responsables vis à vis des autres et de nous-mêmes. Le virus covid-19 ne se transmet que s’il y a contact physique. Suspendez-les! Le confinement, ce n’est pas des vacances mais une mesure de salut public.

Le plan d’Elon Musk pour coloniser la planète Mars

Je passe cette semaine la parole à Robert Zubrin qui vient de faire dans un texte magistral publié par la National Review, l’exposé le plus clair que j’ai lu sur la faisabilité de l’établissement de l’homme sur Mars. Selon lui (et je partage totalement ce point de vue), cette faisabilité repose sur le désir d’individus volontaires et capables, dont principalement Elon Musk, et sur l’esprit de Liberté. C’est cette combinaison qui a permis par la créativité, l’innovation sans entraves, le travail et la création de richesses propres, la réalisation du rêve américain. Et c’est cette même combinaison qui permettra l’ouverture sur Mars d’une nouvelle « frontière » pour l’humanité. Contrairement à ce que beaucoup croient, ce ne peut pas être les décisions des dirigeants des Etats aux commandes de lourdes bureaucraties car ils sont contraints par des procédures collectives, et des préoccupations électoralistes (auxquelles ils se soumettent volontiers car leur but est de se faire élire puis le plus souvent de rester au pouvoir), à l’indécision et au désir de « faire plaisir à tout le monde ». La démonstration, frappante, de cet état de fait est exposée par la comparaison entre le développement du programme Starship d’Elon Musk et celui du programme SLS de la NASA.

Elon Musk’s Plan to Settle Mars
par le Dr. Robert Zubrin

publié dans la National Review le 22/02/20

(traduction Pierre Brisson)

La semaine dernière, ma femme Hope et moi nous sommes rendus à Boca Chica, au Texas, pour rencontrer Elon Musk. Pendant que nous parlions à l’intérieur du siège local de SpaceX, un groupe de mariachis jouait à l’extérieur, offrant un divertissement à de longues files de personnes faisant la queue pour postuler à plusieurs catégories d’emplois. Les centaines déjà embauchées travaillaient dans le complexe. Il y en aura bientôt des milliers.

Musk appelle son projet « Starship » (vaisseau des étoiles). C’est une fusée à deux étages propulsée au méthane/oxygène, en acier inoxydable, avec une capacité de charge utile égale à la Saturn V, celle qui a envoyé les astronautes d’Apollo sur la Lune. La Saturn V, cependant, était « consommable » (i.e. non réutilisable), chaque unité étant détruite lors de son unique utilisation. Le Starship sera, lui, entièrement réutilisable, comme un avion de ligne, et il promet donc une réduction radicale des coûts de transport de charge utile.

La capacité du Starship doit encore être démontrée. Pourtant, voici Musk qui ne construit pas seulement le premier vaisseau expérimental pour « prouver le concept » mais, comme nous l’avons vu le lendemain, un centre de production aérospatiale et une flotte. Est-il fou? Selon les critères conventionnels de l’industrie aérospatiale, il l’est certainement. Mais il y a une logique dans sa folie.

Je connais Musk depuis environ deux décennies maintenant. En 2001, j’étais parmi ceux qui l’ont aidé à le convaincre de faire de Mars son objectif. Son plan est basé dans une large mesure sur mon propre travail qui est généralement connu sous le nom de « plan Mars Direct ». Publié en 1990 et élaboré en détail en 1996 dans mon livre The Case for Mars, Mars Direct a constitué une rupture radicale avec les précédentes réflexions de la NASA sur la façon dont les missions humaines sur Mars pourraient être menées. Mais le plan de Musk basé sur son Starship est encore plus radical.

A l’exception d’une période dans les années 1990 où la NASA, sous la direction de Mike Griffin, son administrateur associé pour l’exploration, adopta une version quelque peu diluée de Mars Direct, l’agence spatiale est restée dans un paradigme présenté par Wernher von Braun, selon plusieurs variations, entre 1948 et 1969. D’après ce paradigme, on devrait d’abord construire des stations orbitales qui seraient utilisées comme plates-formes pour la construction en orbite de vaisseaux spatiaux interplanétaires géants utilisant des systèmes de propulsion avancés, qui voyageraient depuis l’orbite de la Terre (ou selon la politique actuelle et de manière plus absurde, depuis l’orbite lunaire) vers l’orbite de Mars. Quittant ces vaisseaux-pères orbitaux, de petites navettes de débarquement emporteraient des équipages jusqu’à la surface martienne pour « planter le drapeau », laisser quelques empreintes, puis revenir en orbite après un court séjour.

Au contraire, les plans Mars-Direct et Starship utilisent tous les deux le vol direct, de l’orbite terrestre à la surface de Mars, avec retour direct de la surface de Mars à la Terre en utilisant comme ergols le méthane et l’oxygène produits sur la planète rouge à partir de matière locale. Les deux plans écartent tout besoin d’infrastructure orbitale, de construction orbitale, de vaisseaux-pères interplanétaires, de petites navettes de débarquement ou de propulsion avancée. Les deux impliquent des séjours de longue durée sur Mars dès la toute première mission. Pour les deux, l’objectif principal de la mission n’est pas de voler jusqu’à Mars mais d’y accomplir quelque chose de sérieux.

Mais il y a une différence. Dans Mars Direct, le modeste véhicule de retour sur Terre et le module d’habitation de l’équipage sont libérés tous les deux par le lanceur qui les place en orbite, atterrissant sur la Planète-rouge avec une masse combinée, habitat plus charge utile, d’environ 40 tonnes. Dans le plan de Musk, un Starship est mis en orbite terrestre puis ravitaillé en carburant par six vaisseaux pétroliers, après quoi le vaisseau entier est piloté jusqu’à Mars, déposant une masse habitat-plus-charge-utile pouvant atteindre 200 tonnes. Ainsi, alors que le plan Mars-Direct pourrait envoyer des équipages de « seulement » quatre à six astronautes à la fois sur la planète rouge, un Starship pourrait en prendre en charge 50 ou même plus.

Le plan de Musk offre plus de capacités que Mars-Direct, mais cette capacité a un prix. Plus précisément, si on veut faire revenir l’équipage, on devra faire le plein d’ergols d’un Starship qui en a besoin d’environ 1.000 tonnes. Dans le plan Mars-Direct, le véhicule de retour sur Terre beaucoup plus modeste envoyé sur la planète rouge avant l’équipage n’a besoin que de 100 tonnes. La puissance énergétique nécessaire installée en surface de Mars et les autres besoins qu’il faudra satisfaire pour les opérations du Starship représentent un facteur dix fois plus élevé que ceux nécessaires pour réaliser une mission Mars Direct.

On devra donc construire à l’avance une base importante à l’aide de plusieurs Starships envoyés sur Mars, en sens « aller » uniquement et chargés de nombreux équipements de base avec une surface équivalente à dix terrains de football de panneaux solaires et des robots pour tout installer. Ce n’est qu’après que tout cela sera mis en place que le Starship transportant le premier équipage pourra arriver. Cela rend le système sous-optimal pour l’exploration. Mais l’exploration n’est pas ce que Musk a en tête.

Si Mars Direct peut être comparé à une version évolutive du programme Apollo, le plan de Musk serait à comparer au D-Day. Musk a besoin d’une flotte. Il crée donc un « chantier naval » pour construire une flotte. Mais pourquoi construire une flotte avant de tester ne serait-ce qu’un seul vaisseau ? Il y a plusieurs raisons. La première est que Musk veut être prêt à encaisser des pertes. Lorsque le premier Starship sera prêt pour son premier vol d’essai, il en aura trois ou quatre autres déjà construits et « sur le pont », prêts à être modifiés pour corriger tout ce qui aurait pu causer l’échec du premier. Son principe : lancez, échouez, réparez, recommencez, jusqu’à ce que cela fonctionne, puis continuez à lancer, en améliorant la charge utile et en réduisant le temps de rotation, en faisant progresser les performances, vol par vol, férocement.

Mais il y a une autre raison pour construire une flotte. C’est pour rendre le Starship bon marché. La NASA a construit cinq navettes spatiales sur une période de douze ans, chacune coûtant plusieurs milliards de dollars. Musk crée un centre de construction conçu pour produire à terme des Starships à la cadence de 50 ou plus par an. Cela peut sembler fou, mais ce n’est pas impossible. En 1944, les États-Unis fabriquaient des porte-avions d’escorte au rythme d’un par semaine. Des dizaines d’équipes distinctes travaillaient simultanément, chacune sur sa propre partie du navire pendant quelques jours avant de passer le travail à l’équipe suivante. Si Musk met en place un dispositif semblable avec un effectif de 3.000 personnes, cela signifiera des coûts de main-d’œuvre de l’ordre de 6 millions de dollars par vaisseau, ou de 15 à 20 millions de dollars chacun en incluant les matériaux et l’avionique.

S’il peut obtenir des coûts aussi bas, alors une fois que la base martienne sera opérationnelle, avec des capacités d’agriculture sous serre et de production industrielle croissantes, les vaisseaux transportant chacun 100 passagers pourront voler jusqu’à Mars et y rester, si nécessaire, pour fournir un logement, à un coût par passager de moins de 200.000 $. Fixons donc le prix du billet à 300.000 $ – la valeur nette d’une maison de taille et de conforts moyens, soit environ sept ans de salaire pour un Américain moyen. A l’époque coloniale, des travailleurs acharnés prenaient leur billet pour l’Amérique en échange de sept ans de travail. C’est un prix que beaucoup de gens peuvent payer – et ont payé – quand ils veulent vraiment « se bouger ». Ce qu’il faut simplement en plus, c’est notre mère Liberté pour accueillir les immigrées. Si elle les attend là-bas, ils viendront et prospéreront grâce à leur créativité.

Sur ce dernier point, Musk et moi sommes d’accord. Il est peu probable qu’une colonie sur une autre planète soit en mesure de réaliser un profit en exportant quelque produit matériel que ce soit vers la Terre. Les coûts de transport seront tout simplement trop élevés et les chiffres des « business-plans » basés sur de tels concepts n’auraient aucun sens. Mais la propriété intellectuelle est une tout autre chose puisqu’elle peut être transmise sur des distances interplanétaires presque gratuitement. La valeur la plus élevée que des données peuvent avoir est celle qui peut être contenue dans un brevet. Une colonie sur Mars sera composée d’une population techniquement extrêmement capable dans un environnement pionnier où les personnes seront libres d’innover et même contraintes d’innover. Ce sera comme l’Amérique du XIXe siècle, mais bien plus encore, une véritable cocotte-minute pour l’innovation. Comme l’historien Frederick Jackson Turner l’a souligné dans son célèbre essai « La signification de la frontière dans l’histoire américaine » (1982), une situation analogue a fait de la jeune Amérique le berceau de la culture la plus inventive de tous les temps, l’ingéniosité « yankee » apportant au monde les bienfaits de l’électricité, des bateaux à vapeur, des télégraphes, de machines diverses permettant des économies de main-d’œuvre, de l’enregistrement sonore, des ampoules électriques, des téléphones, des centrales électriques – et peu après qu’il ait écrit son essai, des avions et de la production en série des automobiles. Ainsi, pour répondre à ses besoins, l’ingéniosité martienne, fortement motivée et non-bureaucratique, devrait produire des avancées révolutionnaires dans la robotique, l’intelligence artificielle, les organismes génétiquement modifiés, la biologie de synthèse et dans de nombreux autres domaines. Ces inventions, créées pour répondre aux nécessités de Mars, pourraient faire l’objet de brevets qui seront commercialisés sur Terre, apportant aux Martiens les revenus nécessaires pour financer les importations de systèmes complexes, qui à la différence des matériaux en vrac comme la nourriture, les tissus, les carburants, l’acier, l’aluminium, le verre et le plastique, pourraient être trop difficiles à réaliser ou produire sur Mars, du moins pour un certain temps.

A l’heure présente, Musk se focalise sur la création de son centre de construction aérospatiale, une tâche qu’il considère comme beaucoup plus importante que celle de simplement perfectionner son Starship. Mais il y a beaucoup plus de problèmes que Musk devra résoudre pour que tout cela fonctionne. Le remplissage en orbite des réservoirs de propergols cryogéniques n’a pas encore été démontré et la technologie de production de propergols in situ sur Mars, certes bien comprise, n’est toujours pas prête à être utilisée. Les Starships revenant de Mars seront confrontés à des barrières thermiques beaucoup plus fortes que les véhicules qui reviennent simplement de l’orbite terrestre (NdT : vitesse plus élevée). La protection thermique légère qui suffit dans le second cas peut ne pas fonctionner dans le premier. Les panaches d’échappement des très lourds Starships pourraient créer des cratères dangereux lors des atterrissages sur Mars, obligeant Musk à adopter plutôt un plan de type Mars Direct, utilisant des véhicules plus petits, peut-être des mini-Starships à partir d’un grand-Starship en orbite terrestre. Je crois que cette considération, combinée à la très grande puissance énergétique requise pour faire le plein d’un grand-Starship sur la planète rouge, pourrait finalement l’obliger à développer une version miniature du Starship. Un tel «Mini» pourrait être porté jusqu’à l’orbite terrestre par un grand Starship, puis séparer de ce dernier pour terminer la mission sur le modèle Mars Direct, permettant au grand-Starship de retourner sur Terre pour être à nouveau mis en orbite en l’espace de quelques jours. Le Mini pourrait également être lancé indépendamment, comme étage supérieur réutilisable du Falcon 9, déjà opérationnel, de SpaceX, donnant ainsi à la société une capacité de lancement de charges moyennes, entièrement réutilisable. Musk préfère tout faire avec un seul design. Nous verrons s’il peut s’en tirer.

Le budget de fonctionnement de la NASA est plus de dix fois supérieur à celui de la société SpaceX de Musk qui cependant est en train de la dépasser rapidement en performance. Le lanceur de charges lourdes très en retard de l’agence spatiale, actuellement connu sous le nom de SLS, était une conception raisonnable pour un « booster » qu’on pouvait extrapoler rapidement à partir de la navette, lorsqu’il a été proposé pour la première fois en 1988. Mais il arrive maintenant une génération trop tard, avec moins de capacité d’emport de charge utile que le Starship et un coût environ 50 fois supérieur par vol. La NASA dit qu’elle est engagée dans un effort de type « tout le monde sur le pont » pour faire atterrir des astronautes sur la Lune vers  2024, mais il y a peu de chances qu’elle y parvienne car elle a imaginé un plan hyper-complexe impliquant d’abord la construction d’une station spatiale en orbite lunaire d’abord et ensuite en ayant recours à quatre lancements, cinq éléments de vol et six opérations de rendez-vous par mission. Bien que cette approche offre l’avantage politique de faire bénéficier du programme le plus grand nombre d’acteurs possible, l’opérabilité du plan est extrêmement discutable.

La conception de la mission martienne de la NASA est encore pire. Elle implique de loger un énorme « DST » (« Deep Space Transport » soit : « Système de transport dans l’espace profond ») sur la station spatiale en orbite lunaire, puis d’envoyer le DST vers une autre station spatiale qui, selon l’agence, doit être construite en orbite autour de Mars. Le temps de transit de l’orbite lunaire à l’orbite de Mars pour ce système futuriste est de 300 jours dans chaque sens – près de deux fois ce dont les rovers Spirit et Opportunity ont eu besoin pour faire le voyage de la Terre à la planète rouge en  2003. De plus, contrairement à Spirit et Opportunity, le DST ne devrait pas atterrir sur Mars.

Si on veut explorer ou s’installer sur Mars, on doit atterrir sur Mars. Le but du plan DST cependant, n’est ni l’exploration ni l’installation de l’homme sur Mars, c’est de dépenser. Plutôt que d’offrir le chemin le plus simple et le plus efficace vers la planète rouge, l’architecture DST propose le chemin le plus complexe, afin de fournir des « justifications » (N.B : et non des « raisons ») pour autant de nouveaux programmes de développement technologique que possible.

L’approche de Musk est tout le contraire. Le programme de la NASA est axé sur la satisfaction des fournisseurs. Le sien est déterminé par l’objectif. Il ne cherche pas à justifier les dépenses par un ensemble de technologies « potentiellement utiles ». Il veut que son programme se fasse avec le moins possible de nouveaux développements. Son attitude est « Montrez-moi pourquoi j’en ai besoin ». Il se peut qu’il pousse cela un peu loin. Comme indiqué, je pense qu’il serait sage de développer un Mini-Starship pour réduire les besoins en énergie pour produire sur Mars le carburant de retour sur Terre. Il n’est pas d’accord. « Démontre le moi », dit-il. Nos conclusions sur ce point divergent, mais j’aime vraiment la façon dont il pense.

C’est le genre de réflexion qui peut nous amener sur Mars.

Robert Zubrin

Fin de traduction.

Je reprends la plume pour faire observer que l’épanouissement du génie ingénieurial et organisationnel (pour les vaisseaux) d’Elon Musk dans la direction de Mars, n’aurait pas été possible sans le génie ingénieurial et concepteur (pour l’architecture de mission) de Robert Zubrin. Les deux sont de fortes personnalités qui ne s’embarrassent pas de paradigmes anciens et qui ont pu exprimer leur potentiel créateur grâce à la liberté intellectuelle, administrative et financière qu’offre malgré tout encore, les Etats-Unis d’Amérique.

La société de ce pays est, en dépit d’une évolution bureaucratique négative et de pressions écologiques extrémistes de plus en plus en fortes, toujours tournée vers l’avenir, portée par l’esprit d’innovation et d’aventure. « Last but not least », la multiplicité des centres de décisions et des concurrents, donc la responsabilité de chacun, stimule plus efficacement que dans la plupart des autres pays, la recherche de l’efficacité dans l’économie des moyens. La Suisse ouverte à la concurrence mondiale et disposant à la fois des moyens financiers et des compétences technologiques est évidemment un cas à part, où la liberté a encore comme aux Etats-Unis, beaucoup de latitude, mais avec des moyens quand même plus limités. Et il lui manque peut-être l’esprit d’aventure américain qu’expriment si bien Robert Zubrin et Elon Musk !

Pierre Brisson

lien vers l’article en Anglais de Robert Zubrin, tel que publié dans la National Review:

https://www.nationalreview.com/2020/02/mars-elon-musk-plan-to-settle-red-planet/

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Index L’appel de Mars 23 02 19

Compte tenu de la pandémie de coronavirus covid-19, l'”événement” martien prévu le 24 mars à Lausanne dans les locaux du Temps, a été reporté. Il n’est en effet pas raisonnable de s’exposer et d’exposer les autres à une contagion.

Je souhaite à mes lecteurs de traverser sans dommage cette épreuve. Elle aura démontré que sur notre vaisseau spatial Terre, nous sommes de fait solidaires et que nous devons nous comporter en conséquence.

La prolifération microbienne posera sur Mars des problèmes semblables à ceux qu’elle a posés jadis sur l’Ile de Pâques…

…mais il sera moins difficile d’y faire face !

En ces temps où le covid-19 étend son empire sur le monde, il me semble intéressant d’attirer l’attention sur la situation où se trouvait l’Île de Pâques, « Rapa Nui* » pour ses indigènes aujourd’hui, à l’époque pas si lointaine (jusqu’en 1967) où l’île n’avait pas d’aéroport. Elle illustre bien les problèmes de propagation des contaminations et les problèmes auxquels seront confrontées les colonies martiennes dans le domaine microbien.

*« Grande Rapa » par différence avec Rapa Iti (Petite Rapa), cette dernière étant la plus isolée, au Sud-Est des îles de la Polynésie française, et la moins lointaine, avec Pitcairn (l’île des mutinés du Bounty !), de Rapa Nui. Le nom de Rapa Nui est récent. Il fut donné à l’île de Pâques (découverte par le Hollandais Jakob Roggeveen le jour de Pâques 1722), lors du rapatriement des quelques personnes des deux îles (Rapa Nui et Rapa Iti) ayant survécu à leur esclavage au Pérou (1862-1863).

NB : Je me réfère ici largement à ce qu’écrivait Thor Heyerdahl dans son très beau livre « Aku-Aku le secret de l’Ile de Pâques » (1957), qui a enchanté mon adolescence.

A l’époque où Thor Heyerdhal la parcourait, Rapa Nui, l’ile la plus éloignée de toute autre terre habitée et donc forcément le centre ou le « nombril » du monde pour ses habitants (« Te Pito o te Henua »), n’avait de contact avec le monde extérieur que par le navire de guerre qui venait une fois par an affirmer son appartenance au Chili et lui apporter quelques marchandises et équipements de nécessité ou de confort. Les navires de particuliers qui arrivaient jusque-là, comme le chalutier (adapté aux besoins de la mission !) de Thor Heyerdahl,  étaient si rares qu’ils constituaient des événements historiques. Le premier résultat c’est que, sur le plan biologique, il y avait une rupture quasi totale entre le microbiome* insulaire et le microbiome de la biosphère humaine (que l’on pourrait appeler l’ « humanosphère-reste-du-monde »). Le deuxième résultat c’était que ces deux microbiomes évoluaient séparément pendant une période relativement longue et que le microbiome humanosphère-reste-du-monde était beaucoup plus riche et vigoureux que le microbiome pascuan, car composé des microbiotes** de très nombreux individus en relations, et qu’il évoluait beaucoup plus vivement. Le troisième résultat c’était que lorsqu’il y avait contact, celui-ci était violent puisqu’il n’y avait aucune transition, aucun lissage dans le temps, presqu’aucune accommodation possible. Le quatrième résultat c’était que la quasi-totalité des habitants de l’île tombait malade (notamment d’une sorte de grippe, le « cocongo ») lors de l’arrivée du bateau qui était vue ainsi comme la meilleure (le contact) et la pire des choses (la maladie).

*environnement microbien de tout végétal ou animal y compris l’être humain – on pourrait dire “sa bulle microbienne”, par extension toute bulle microbienne attachée à un ensemble d’êtres vivants; **totalité des composants microbiens commensal de cet environnement (intérieur et extérieur au végétal et à l’animal).

La situation sera la même pour les habitants de la colonie martienne vis-à-vis des passagers du vaisseau interplanétaire terrien qui arrivera sur Mars tous les 26 mois.

Evidemment les résidents martiens ne seront (pas tout à fait) autant désarmés pour faire face au choc sanitaire que l’étaient les pauvres Pascuans du milieu du XXème siècle. Il ne disposeront certes d’aucun vaccin puisque par définition il n’y aura pas possibilité de transmission de quelques matière que ce soit , organique ou autre, entre la Terre et Mars. On peut cependant envisager pour atténuer le choc de la reprise de relations physiques, que les contacts entre passagers et résidents soient interdits pendant une quarantaine après l’arrivée sur Mars, soit le temps nécessaire à la vaccination des résidents contre les germes dont le développement sur Terre aurait pu les faire observés comme dangereux ou au minimum incapacitants pendant la période synodique écoulée (comme les deux dernière grippes par exemple). La quarantaine pourrait servir réciproquement à la protection des arrivants contre les germes qui se seraient développés au sein de la petite communauté martienne pendant la rupture des relations physiques. Par ailleurs, pour traiter toutes sortes de pathologies non virales (ou plutôt pour atténuer les effets de celles-ci), les Martiens pourront avoir copié les médicaments mis au point dans les laboratoires terrestres puisqu’ils auront pu recevoir par télécommunication les formules chimiques conçues sur Terre et bien sûr reproductibles sur Mars en utilisant les matières premières martiennes. On peut aussi envisager, pour lutter contre les bactéries, l’utilisation de la phagothérapie en alternative aux antibiotiques. Peut-être cette dernière méthode de soin serait-elle moins difficile à développer sur Mars, surtout dans les premiers temps de la colonisation, car l’industrie pharmaceutique suppose, dans ses productions les plus sophistiquées, la maîtrise de processus délicats (et parce que leur rapport masse/utilité est très faible, donc qu’ils seront transportables depuis la Terre).

A côté du problème posé par ces évolutions divergentes et par ces retrouvailles, il faut aussi envisager qu’il puisse se développer sur Terre une épidémie virale au moins aussi contagieuse que le covid-19, avec de nombreuses expressions asymptomatiques mais, avec une période d’incubation longue, et in fine beaucoup plus létale. Il nous est impossible de maîtriser l’évolution de la biosphère virale. Elle est en nous aussi bien qu’elle nous enrobe et nous cohabitons avec elle depuis nos origines. Nous ne pouvons que lutter contre elle pour nous défendre, avec jusqu’ici un certain succès, pour conserver un statu quo sanitaire. Ce statu quo n’est absolument pas garanti. Il doit être à chaque attaque virale, gagné de haute lutte. Ce sont les réactions de défense de notre système immunitaire contre la force aveugle d’une autre forme de vie acharnée à se nourrir pour se reproduire et qui sans cesse mute pour prévaloir sur ses compétiteurs, mais aussi notre intelligence humaine qui permettent de conserver un équilibre. Un échec de notre médecine (donc une mortalité ou une incapacité fortes) créerait une pagaille indescriptible sur Terre, y compris des émeutes, des révolutions, des guerres et un recul de la civilisation. Dans ce cas, une colonie sur Mars pourrait rester un isolat indemne, comme un monastère au Moyen-Age au milieu des destructions causées par la folie des Barbares, un conservatoire à partir duquel la vie pourrait repartir, sur Terre ou ailleurs dans l’Univers.

Sur place, une fois le choc sanitaire de l’arrivée du vaisseau « encaissé », la plus grande prudence devra perdurer dans la Colonie. En effet, le volume habitable constitué de bulles viabilisées, sera très petit au début et le restera très longtemps. Cela est dû au fait que la terraformation tant prônée par certains, est proprement impossible; cela est dû aussi aux difficultés techniques et au coût élevé de construire, de viabiliser puis d’entretenir de grandes structures isolant de grands volumes. Le nombre d’habitants sera donc lui aussi petit (très probablement limité à quelques milliers d’individus ou au mieux, à quelques dizaines de milliers) mais la densité de l’habitat, très élevée. En conséquence l’effet tampon (« buffer effect ») biologique sera très limité, les désordres biologiques pouvant, s’il sont laissés libres, se répercuter très rapidement du point de départ à l’ensemble du volume habitable. De ce point de vue la petite colonie martienne sera aussi un bon analogue à Rapa-Nui. Toute maladie microbienne ou viral à forte létalité pouvait et peut encore y faire des ravages. On l’a bien vu lorsque la quasi-totalité de la population a été déportée en esclavage pour exploiter le guano au Pérou. Presque tous les déportés sont morts, très vite, car ils étaient tous en même temps exposés au mêmes maladies dont la variole sans avoir jamais reçu aucune protection immunitaire, et les survivants ont contaminés à leur retour ceux qui étaient restés sur place. Sur 3000 habitants avant la déportation, seuls 111 survécurent !

Dans la colonie martienne, les moyens de prévenir ou de limiter les épidémies, seront, outre les vaccins, les phages et les médicaments, la multiplicité des bulles viabilisées disposant de porte de sécurité à leurs ouvertures, cette multiplicité étant exigées par ailleurs par des nécessités techniques (contraintes exercées sur les structures par le différentiel de pression atmosphérique entre extérieur et intérieur), et des risques d’explosions de l’une ou de l’autre (impact de petites météorites). Les différentes bulles pourront être périodiquement vidées de leur atmosphère pour être purifiées ; le vide est un bon nettoyant biologique. Mais il faudra aussi, au-delà des règles d’hygiène extrêmement strictes, et contrôlées, pouvoir nettoyer avec des antibactériens et des fongicides les moindres recoins des habitats car l’expérience a prouvé que les « petites bêtes » ont la vie dure ! Des capteurs seront partout présent pour mesurer les pourcentages de gaz atmosphériques et aussi la composition bactérienne de l’atmosphère. Biomérieux a récemment mis au point pour l’ESA et MELiSSA, un analyseur bactérien,  MiDASS (Microbial Detection in Air System for Space), qui permettra de repérer et d’analyser très rapidement les gênes pathogènes…toutes ressources dont ne disposaient pas les anciens Pascuans !

Image de titre : Alignement de moai devant la mer au crépuscule (cliché novo-monde.com)

Image ci-dessous : Rapa-Nui perdue dans l’Océan ! Sur la carte, un tout petit point à peine visible au centre du cercle que j’ai tracé pour le mettre en évidence. L’île est à 3600 km des côtes chiliennes, à 3400 km de Rapa-Iti et à 2000 km de Pitcairn. Les premiers habitants sont sans doute arrivés entre 400 et 1200 après JC.

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Index L’appel de Mars 20 03 06

NB: en raison de la pandémie de coronavirus covid-19, l’événement prévu pour le 24 Mars par Le Temps dans ses locaux, est annulé. Il aura lieu à une date ultérieure.

Aller sur Mars pour accéder à l’espace et devenir une espèce multiplanétaire

Conférence à Lausanne le 24 Mars dans les locaux du Temps   

Dans l’optique d’un envol hors de notre berceau, la Terre, Mars n’est pas une destination comme les autres. Aller sur la Lune c’est continuer à « tourner en rond » ; aller sur Vénus est impossible compte tenu de la température et de la pression atmosphérique au sol, et tourner autour dans les nuages, trop dangereux ; aller sur les lunes de Jupiter, c’est beaucoup trop loin compte tenu des radiations et des modes de propulsions que nous maîtrisons. Mars, a contrario, est définitivement hors du domaine terrestre ; c’est une planète sur laquelle les températures et la pression sont relativement acceptables bien qu’elles supposent une protection particulière ; c’est aussi une planète que l’on peut atteindre dans un délai acceptable tant au point de vue de la durée de notre vie, que des doses de radiations que notre corps peut supporter. Aller sur Mars est à la limite de nos possibilités technologiques et c’est pour cela que nous devons, sans attendre, y aller et tenter de nous y installer. Cette entreprise nous donnera la possibilité de continuer l’aventure de l’expansion humaine commencée en Afrique il y a quelques dizaines de milliers d’années, de ne plus dépendre d’une seule planète, de devenir une espèce multiplanétaire et d’envisager d’aller un jour encore plus loin. Ce sera aussi l’occasion d’une révolution copernicienne, celle de considérer que notre foyer n’est plus seulement la Terre parce qu’elle est habitée par l’homme mais que c’est l’Espace partout où il peut être habité par l’homme. Ce sera de ce fait le début d’un formidable épanouissement, tel que nous n’en avons pas connu depuis les Grandes-découvertes, tant sur le plan scientifique (stimulation de la Connaissance), qu’ingénieurial (stimulation du développement des technologies) et qu’économiques (stimulation de l’offre et de la demande).

Le 24 mars dans ses locaux de Lausanne (18h00/19h00), Le Temps m’offre la possibilité d’expliquer pourquoi cette ouverture vers Mars est aujourd’hui possible et souhaitable. Ma présentation se fera selon le plan suivant :

  1. La faisabilité : 1) le voyage vers Mars ; 2) la survie de l’homme sur Mars ;
  2. L’intérêt : 3) L’aventure humaine ; 4) Les merveilles de l’Univers.

On pourra ensuite en discuter avec les journaliste du Temps ! Cliquez ici pour l’annonce de l’événement par le journal. Bien entendu cette conférence est prévue sous réserve que la diffusion du coronavirus permette qu’on se réunisse.

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Index L’appel de Mars 22 02 10

Illustration de titre: la base martienne vue par SpaceX; crédit SpaceX. Sur la gauche (et beaucoup plus loin à droite), les Starships attendent la conjonction planétaire favorable pour repartir vers la Terre (il faut rester 18 mois sur Mars). Il n’y a pas “grand monde” dehors car l’atmosphère est irrespirable mais le grand dôme viabilisé à droite est lumineux et confortable. D’autres plus petits, tout aussi confortables et fonctionnels (habitats, centres de transformation de matières premières, serres, ateliers, petites productions industrielles), l’entourent. Ils sont reliés par des corridors-tubes également viabilisés. En cas de besoin d’action à l’extérieur pour faire ce que les robots ne peuvent accomplir, on sort en scaphandre ou en rover pressurisé.

NB: Le jeudi 27 une erreur de “manipulation” de mon logiciel, m’a conduit à mettre en ligne un article qui n’était pas destiné à être publié. Désolé pour mes abonnés qui l’ont reçu avant que je le retire!

Les étoiles massives comme Bételgeuse, sur le point d’exploser en supernova, sont autant des astres de mort que de vie

Toutes ces étoiles que vous voyez la nuit ne présentent que l’apparence de la simplicité et de la ressemblance. Les « étoiles-massives » sont, à côté des diverses « naines » déjà évoquées ainsi que des étoiles à neutrons ou des quasars, des entités à part. Leur différence ne vient, certes, que de leur masse et de la force de gravité qui s’y applique mais cela « change tout ».

Puisque au « début », pendant la plus grande partie des « âges sombres », l’Univers n’était que gaz mais de densité variable selon les dernières fluctuations du fond-diffus-cosmologique (« CMB »), il n’y avait dans l’Espace en expansion, ni étoiles, ni galaxies mais des nuages. La matière « solide » (non gazeuse) telle que nous la connaissons, ne commença à exister que lorsque les premiers d’entre eux commencèrent à s’effondrer sur eux-mêmes du fait de la force de gravité consubstantielle à toute masse…Et il en est toujours ainsi, même si la nature des étoiles a changé puisque leurs composants chimiques ne sont pas aujourd’hui tout à fait les mêmes qu’au début (elles produisent et intègrent de plus en plus d’éléments lourds). Les étoiles naissent toujours dans les nuages. Il suffit que ces derniers soient suffisamment volumineux et denses et qu’une perturbation quelconque vienne les déstabiliser. Il n’en manque pas dans l’Univers ! Mais tout ne se passe pas « n’importe comment ». La physique a ses lois ; elles se constatent et leurs applications se répètent indéfiniment avec la même logique.

Le processus d’instabilité gravitationnelle, dite « instabilité de Jeans », qui conduit à l’effondrement puis à la constitution d’un disque d’accrétion et enfin à un astre, a été décrit et expliqué par le physicien britannique du même nom en 1902. Il s’initie lorsque l’attraction gravitationnelle causée par une surdensité devient supérieure aux forces de pression qui ont tendance à s’opposer à cette surdensité. Il existe une masse critique (« masse de Jeans ») ou une dimension critique (« longueur de Jeans ») qui lorsqu’elles sont franchies, déclenchent un effet cumulatif et une accélération.

Une fois que le processus d’effondrement a commencé, un autre processus intervient pour conduire jusqu’à l’allumage de l’étoile, c’est celui de la conversion de l’énergie gravitationnelle en énergie thermique, jusqu’à initier la fusion « thermonucléaire » de l’hydrogène. Il faut un certain temps, dit « temps d’accrétion », qui augmente avec la masse, pour que la contraction produise tous ses effets (se termine) et un autre « certains temps » dit « temps de Kelvin-Helmholtz* », qui diminue avec la masse (plus elle est importante, plus l’effondrement et l’échauffement sont rapides), pour que l’énergie gravitationnelle de la contraction soit convertie en énergie thermique. Ces deux « certains temps » sont donc différents en fonction de la masse de l’étoile. Lorsque la masse est inférieure à 8 masses solaires, l’accrétion se termine avant le démarrage de la fusion. Au-delà, la fusion commence avant que l’accrétion se termine. On a donc un seuil (7 à 8 masses solaires) qui sépare les étoiles-naines de type solaire et les étoiles-massives.

*NB : Kelvin est le bien connu Lord Kelvin (mort en 1907), physicien britannique à l’origine de l’échelle de température thermodynamique partant du zéro absolu. Helmholz (mort en 1894) est le physicien prussien Hermann von Helmholz, notamment célèbre et honoré pour avoir associé les perceptions aux grandeurs physiques.

La fusion déclenche un mécanisme d’expulsion de la matière. En effet elle génère des radiations (qu’on peut se représenter comme une sorte de « vent ») qui gêne plutôt qu’il n’empêche (jusqu’à un certain point) la continuation de l’accrétion. On le constate dans les étoiles massives en formation qui n’ont plus autour d’elles un disque d’accrétion mais un tore (qui n’est plus plat mais cylindrique) ou même une coquille. Ce qui se passe c’est que la fusion une fois initiée projette un rayonnement d’UV qui détruit en partie les poussières non encore accrétées et se transforme du fait qu’elles sont freinées, en infrarouge qui bloque temporairement ou définitivement la suite de l’accrétion au centre (mais non l’accrétion autour de nodules, à l’intérieur du disque, du tore ou de la coquille). Le volume de ce qui reste de poussière et de gaz détermine l’importance du tore ou de la coquille qui sont soit à peu près digérés en fonction de leur volume, de leur densité, de leur composition physique et chimique, soit domine le rayonnement selon les mêmes critères, et s’effondre à nouveau sur l’étoile naissante (beaucoup plus rare) pour la faire encore grossir. Le résultat est que l’accrétion au centre, contrariée, se poursuit quand même jusqu’à un maximum de masse. Les plus massives des étoiles-massives ne dépassent ainsi presque jamais une centaine de masses solaires* et apparemment l’accrétion par effondrement d’un nuage de gaz n’aboutit jamais directement à un trou noir (sans doute les matières accumulées au centre ne sont-elles pas assez « lourdes » et compactes et doivent-elles être auparavant compressées au centre d’une étoile). Au-delà de la constitution de l’étoile, il ne faut pas oublier que toute la matière qu’elle n’a pas absorbée mais qui a été centralisée dans son disque d’accrétion, va être utilisée à sa périphérie. Une part va donner des planètes mais très souvent une plus grosse part va donner au moins une autre étoile (les étoiles binaires sont très fréquentes dans l’Univers).

*théoriquement 150 mais il y a, comme toujours, des exceptions…avec le doute venant de ce qu’on puisse observer en fait des étoiles doubles.

La contrepartie de la masse, c’est la densité et la violence des réactions de fusion dans le cœur de l’étoile. Les étoiles massives ont de ce fait une vie courte et d’autant plus courte qu’elles sont plus massives. L’intérêt pour nous, êtres aujourd’hui vivants puisque c’est de notre propre matière qu’il s’agit, c’est que la puissance de la fusion leur permet de transformer les éléments bien au-delà du carbone (« lourdeur » des éléments auxquels sont limitées les étoiles de moins de 8 masses solaires) et qu’elles enrichissent l’espace dans les « métaux » (tous les éléments au-delà du lithium) les plus lourds (fer et au-delà). L’apothéose de ces étoiles massives est un véritable feu d’artifice puisque lorsqu’elles ont constitué suffisamment de fer en leur cœur, elles implosent puis explosent (rebond de l’onde de choc) en supernova, au niveau des couches externes par rapport à leur noyau. Le souffle de la supernova va à son tour provoquer des perturbations dans les éventuels nuages de gaz proches, et ainsi de suite !

Il y a moins d’étoiles massives que d’étoiles naines, du fait précisément du démarrage de la fusion avant la fin de l’accrétion et de la gêne à la continuation de l’accrétion que cela constitue. Mais tout de même, le phénomène n’est pas exceptionnel. Nous en avons une dans notre entourage contemporain, la supergéante-rouge Bételgeuse. Elle est située à quelques 640 années-lumière (distance difficile à évaluer précisément), dans la constellation d’Orion (distance à comparer aux 100.000 années-lumière du diamètre de notre galaxie). 15 fois plus massive que le Soleil, elle pourrait exploser à tout moment alors qu’elle n’est âgée que d’une dizaine de millions d’années (notre Soleil âgé de 4,6 milliards d’années à une espérance de vie de 10 milliards d’années). Déjà boursouflée par l’âge (relativement à sa catégorie), son rayon la porterait dans notre système solaire tout près de Jupiter, au-delà de la Ceinture-d’astéroïdes. Si elle explosait ou plutôt quand elle explosera (puisque c’est une certitude), le danger qui serait très réel à moins de 50 années-lumière, sera pour nous très atténué par la distance. L’explosion s’accompagnera d’un cocktail très varié de radiations dures (« rayons cosmiques ») et moins dures (simples ondes lumineuses) mais heureusement trop éloignées pour mettre en danger la vie sur Terre. Il faudrait que l’astre se trouve à une cinquantaine d’années-lumière pour qu’il le fasse, ce n’est pas le cas de Bételgeuse et il n’y a pas de « candidat » à l’explosion à cette distance. Nous en subirons peut-être quand même quelques nuisances (la quantité et la force des radiations cosmiques pourraient perturber nos télécommunications, la couche d’ozone et donc sans doute un peu le climat). Ce sera un événement rare. Comme en témoigne les traces laissées (abondance de fer isotope 60 – fe60 – produit lors de ces événements) il y a eu seulement une vingtaine de supernovæ à moins de 1000 années-lumière de la Terre dans les 10 derniers millions d’années et nous ne nous sommes différencié des grands singes qu’il n’y a un peu plus de 7 millions d’années. La dernière observation en direct d’une supernova survenue dans notre galaxie, l’a été en 1604 (« SN1604 »), notamment par Kepler. Ce sera aussi un spectacle magnifique car la luminosité de l’astre atteindra celui du premier ou du dernier quartier de Lune (une “demi-lune”) et excédera celui de Vénus pendant plusieurs semaines (localement, à 640 années-lumière d’ici, sa luminosité sera celle de 10 milliards de soleils). A noter que SN1604 était beaucoup plus lointaine (sans doute environ 20.000 années lumière) et qu’il y aura donc forcément avec elle une différence importante de luminosité. Actuellement Bételgeuse a un comportement bizarre. C’est l’une des étoiles les plus lumineuses dans le ciel mais récemment, en quelques semaines, son éclat est passé de la 9ème à la 20ème place (magnitude apparente -0,6 à 1,55 le 19 février). Il est normal que cet éclat fluctue car Bételgeuse est une « étoile variable » mais la baisse de luminosité constatée aujourd’hui ne l’a jamais été auparavant. Son éclat est-il atténué par le passage d’un nuage de poussière entre nous ou bien le « grand jour » est-il arrivé et cette baisse de luminosité est-elle celle de la contraction avant l’explosion ? Si c’était le cas, un flux de neutrinos et d’antineutrinos en seraient l’annonciateur quelques minutes avant que nous la voyons de nos yeux (NB : si elle se manifestait demain, elle se serait quand même produite en l’an de grâce 1380 compte tenu de la distance et de la finitude de la vitesse de la lumière !)…mais nous pouvons aussi bien attendre encore 10.000 ou même 100.000 ans, quelques unes de nos minutes à l’échelle du temps de l’Univers !

Illustration de titre : Bételgeuse en janvier 2019 et en décembre 2019, le changement dans la luminosité et la forme sont évidents. Images de l’instrument SPHERE équipant le Very Large Telescope de l’ESO (Chili). Bételgeuse est une des rares étoiles dont l’image a pu être “résolue”. crédit ESO/Miguel Montargès et al. Miguel Montargès, chercheur à KU Leuven (Belgique) est un des spécialistes mondial actuel de l’étoile.

illustration ci-dessous: taille de Bételgeuse relativement aux astres de notre système solaire, vue d’artiste; crédit ESO/L. Calçada.

 

Liens:

https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/astronomie-betelgeuse-luminosite-repart-hausse-78987/

https://www.pourlascience.fr/sd/astronomie/lenigmatique-formation-des-etoiles-massives-3523.php

limite de Jeans: https://fr.wikipedia.org/wiki/Instabilité_gravitationnelle

temps de Kelvin-Helmholz : https://fr.wikipedia.org/wiki/Mécanisme_de_Kelvin-Helmholtz

https://trustmyscience.com/supernovas-proches-terre-risques/

https://www.futura-sciences.com/sciences/questions-reponses/astronomie-supernova-prochaine-etoile-pourrait-exploser-11560/

https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/etoile-betelgeuse-baisse-luminosite-decryptee-sylvie-vauclair-79164/

https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/astronomie-betelgeuse-son-explosion-supernova-elle-bientot-78987/

https://www.youtube.com/watch?v=-p9tya1SqsY&feature=push-fr&attr_tag=Og4ITIeo945p3HBl%3A6

https://reves-d-espace.com/baisse-luminosite-betelgeuse-entretien-avec-miguel-montarges/

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Index L’appel de Mars 22 02 10

Bientôt, le 24 mars à 18h00, un événement martien dans les locaux du journal Le Temps à Lausanne. Inscrivez-vous!

Faut-il aller sur Mars?

Les quasars, des trous-noirs « dinosaures » en train de dévorer leur galaxie

Les quasars, « quasi-stars »* ressemblent à des étoiles mais ce ne sont pas des étoiles, un peu comme la reine des abeilles n’est pas l’essaim mais son cœur, avec d’autant plus d’ « animation » qu’on l’approche. Les quasars sont « tout simplement » des galaxies dans une forme primitive, une organisation quasi-révolue de la matière dans l’espace. Ils n’existent plus qu’exceptionnellement dans notre environnement « proche » mais nous pouvons toujours en admirer les lumières puissantes venues de la très lointaine époque où ils étaient abondants, du fait de cette puissance même et du fait que lorsque nous regardons loin nous regardons aussi dans la profondeur du temps.

*Plus précisément « QUAsi Stellar Astronomical Radiosource ».

Les quasars sont les sources les plus lumineuses de l’Univers. Leurs jets de gaz expulsés orthogonalement et de part et d’autres de leur disque d’accrétion (voir plus loin), atteignent des vitesses relativistes (proches de celle de la lumière). Ils émettent des radiations dans toute la gamme des longueurs d’ondes (avec un fort décalage vers le rouge parce qu’ils sont très lointains), des ondes radio, aux rayons gamma en passant par les infrarouges, la lumière visible, les ultraviolets, les rayons X. Dans les ondes visibles ils ont une luminosité de l’ordre de 1040 W (bien au-delà de la « limite d’Eddington » qui est un seuil  d’équilibre) mais c’est dans le domaine des ondes radio qu’ils ont d’abord été remarqués. Ils se distinguent des autres événements violents comme les novæ ou les supernovæ en ce qu’ils ne sont pas ponctuels, des explosions, mais des phénomènes d’une certaine durée.

Dans les années 1950 on se posait des questions sur l’origine d’émissions radios très fortes dont on ne parvenait pas à observer la correspondance en ondes visibles. En 1962 Cyril Hazard de l’Université de Sydney, réussit par une utilisation astucieuse du radiotélescope de Parkes, en Australie, avec l’aide de son directeur John Bolton, à percevoir pour la première fois (dans la constellation de la Vierge) la source lumineuse d’un de ces phénomènes. On le nomma « quasar » (avec l’identifiant « 3C273 », désormais une référence), du fait de son apparence stellaire tout en ayant conscience que « quelque chose n’allait pas » pour le classer dans cette catégorie. Le diamètre angulaire de l’objet bien qu’hyper-lumineux était en effet extrêmement petit, quelques jours-lumière seulement, mais beaucoup plus gros qu’une étoile « normale ». La progression vers la compréhension du phénomène fut lente car il est toujours difficile de changer ses paradigmes face à « quelque chose » de nouveau.

Le premier « éclairage » fut donné par Maarten Schmidt de l’Observatoire du Mont Palomar à qui Cyril Hazard avait communiqué les caractéristiques de sa découverte. Marteen Schmidt comprit que le spectre de la lumière reçue était celui de la raie de l’hydrogène bien qu’elle soit fortement décalée vers le rouge (le « redshift » était de 0,158). Cela indiquait une forte vitesse d’éloignement donc une distance très grande (2,44 milliards d’années-lumière, à comparer aux 13,7 du « fond diffus cosmologique », « CMB »), à laquelle on n’avait pas l’habitude d’observer quoi que ce soit (rappelez-vous que « la toile de fond » de l’Univers, le CMB cité ci-dessus, n’a été observée qu’en 1964). Compte tenu de sa luminosité apparente (12,9) on constata que la source devait émettre autant de lumière (magnitude absolue -26,7) que plusieurs centaines de galaxies comme notre Voie-lactée.

Il fallut ensuite comprendre ce qui pouvait être à l’origine de cette énorme puissance. On apprit beaucoup par le nombre des observations (nous avons aujourd’hui un catalogue de plus de 100.000 quasars) qui permit des comparaisons et des généralisations. D’abord on constata que si les quasars étaient très anciens, ils n’étaient pas présents au tout début de l’Univers observable (métallicité faible mais non nulle de leur spectre). Leur nombre était très important il y a 10 à 9 milliards d’années puis il diminua très rapidement. Il n’y en a pratiquement plus aujourd’hui. Plus précisément il n’y en a plus qu’un seul pour un million de galaxies dans un rayon d’un milliard d’années-lumière alors qu’ils étaient un pour mille il y a 10 à 9 milliards d’années. Par ailleurs il apparut que ces objets avaient une très forte variabilité. Ils peuvent être durables (plus que toute période d’observation à ce jour) mais leur activité peut aussi varier fortement sur des périodes très courtes (quelques jours ou même quelques heures), leur seul point commun étant en fin de compte leur puissance d’émission dans leur faible taille.

L’explication la plus logique qui fut progressivement apportée (dans les années 1980), est que les quasars sont des trous noirs supermassifs dans des galaxies très denses ou plutôt dont les masses de matière proches du centre (c’est-à-dire celles qui peuvent être déstabilisées par la force gravitationnelle du centre) sont très denses. On les identifie maintenant aux plus actifs des « noyaux actifs de galaxie » (ou « AGN » pour « Active Galaxy Nucleus »). Leur « activité » viendrait d’une concentration de matière autour du trou noir telle que ce dernier y pourrait trouver, sur la durée, une « nourriture » plus qu’abondante. Le gaz serait, sous influence gravitationnelle du trou, accéléré à une vitesse voisine de celle de la lumière, créant d’intenses champs magnétiques et un rayonnement colossal. Au CalTech, Donald Lynden-Bell a calculé qu’un trou noir supermassif pouvait convertir en radiations jusqu’à 40% de la masse de matière aspirée. Le phénomène est cumulatif ; l’absorption de matière gonfle la masse du trou noir et lui permet d’attirer par gravité, davantage de masse dans un disque d’accrétion qui tourne de plus en plus vite autour de son centre, comme de l’eau dans un évier. Maintenant tous les AGN peuvent ne pas avoir une « activité » suffisante pour s’exprimer en quasar. On en distingue de plusieurs types selon ce critère : radiogalaxies, galaxies de Seyfert, blasars, magnetars. Il y a aussi des AGN relativement « tranquilles » (« radio-quiet »). Pour qu’un AGN devienne quasar, il faut un trou noir supermassif (force d’attraction du trou et vitesse du disque d’accrétion) et beaucoup de matière absorbable à proximité du trou. La quantité de matière se mesure en masses solaires et on estime qu’il faut que le trou-noir consomme au moins une étoile de type solaire par jour pour apparaître comme un quasar. C’est la matière de ce disque d’accrétion, chauffée par la rotation rapide causée par sa chute sur le trou, les fusions d’étoiles et leur déchirement lorsqu’elles sont sur le point d’être absorbées, qui seraient la source des radiations dégagées dans le faisceau (le « jet ») émis de part et d’autre du plan du disque d’accrétion. La partie active du noyau a une taille égale à la durée des variations d’intensité du quasar (la lumière ayant une vitesse limitée) et on constate qu’il n’excède pas quelques semaines lumières. Ces dimensions sont cependant énormes comparées à notre système solaire (les sondes Voyagers qui sont sorties récemment de l’héliosphère ne sont qu’à environ 18 heures-lumière mais l’étoile la plus proche est à 4,3 années-lumière).

Cette explication permet de comprendre aussi pourquoi les quasars étaient plus nombreux autrefois. La densité de l’Univers, plus contracté (dans lequel l’expansion n’avait pas atteint les effets constatés dans l’Univers d’aujourd’hui), facilitait les collisions de galaxies, donc les concentrations. Par ailleurs la matière de certains des nuages de gaz qui s’étaient condensés et qui avaient « allumé » leurs étoiles se trouvaient encore à proximité de leur centre (un peu comme la matière dans un système planétaire avant que l’étoile ait « nettoyé » par ses radiations l’espace dans son environnement immédiat).

On en est venu à penser que beaucoup de galaxies ont été des quasars à une période initiale de leur vie. Compte tenu du nombre de galaxies, du nombre de trous-noirs selon les différentes époques et de l’importance de la matière non-absorbée par les trous noirs, on estime que la « phase quasar » d’une galaxie massive pourrait durer en moyenne une dizaine de millions d’années et pas plus de 100 millions d’années.

C’est la réflexion tout autant que l’observation qui a permis la compréhension du phénomène et cela « interpelle » concernant les capacités de l’intelligence artificielle. En effet l’IA repose sur l’utilisation des données. Plus de données permet une analyse plus fine d’un phénomène. Ainsi dans le cas présent, on peut comparer les résultats, constituer des catégories de rayonnements et des catégories de sources de ces rayonnements, remarquer grâce à l’accumulation des données que le phénomène a eu lieu statistiquement beaucoup plus fréquemment il y a 10 et 9 milliards d’années que récemment. Mais c’est tout. L’image des quasars est trop petite pour être résolue par nos télescopes. Concevoir que les quasars ne sont pas des étoiles mais de la matière stellaire dans un disque d’accrétion autour d’un trou noir supermassif, requière de « penser en dehors de la boîte ». Le robot doté d’une IA ne le fait pas, il permet à l’homme de le faire.

Au-delà de savoir qu’ils existent, les quasars présentent beaucoup d’intérêt pour la connaissance de l’Univers. Ils sont comme des balises dans l’espace profond ou comme des jalons dans l’obscurité pour remonter toujours plus loin. De par leur masse, ils peuvent servir de loupes gravitationnelles à des objets encore plus distants. Récemment, grâce à l’instrument MUSE posé sur le VLT, on a constaté que les plus anciens d’entre eux permettaient d’éclairer les masses sombres des premières galaxies ou plutôt des protogalaxies qui n’avaient  pas encore formé d’étoiles, à la sortie des « âges sombres ». Dans le passé, ils ont pu être de forts éléments perturbateurs de leur environnement, donc de concentration de nuages de gaz, et de création d’étoiles (comme les supernovæ aujourd’hui). Dans le monde d’aujourd’hui on comprend que les trous-noirs centraux supermassifs, comme celui de notre Voie-lactée, ont probablement dans leur prime jeunesse, été des AGN et peut-être des quasars. Si c’est le cas, peut-être est ce le cas de toutes les galaxies spirales. Enfin on peut penser que la diminution de leur nombre au fil de l’Histoire, vient confirmer l’accélération de l’expansion de l’Univers (moins de fusions de galaxies aujourd’hui).

Liens et références :

https://www.pourlascience.fr/sd/astronomie/les-quasars-trous-noirs-en-action-1183.php

https://fr.wikipedia.org/wiki/Quasar

https://www.physicsandastronomy.pitt.edu/cyril-hazard

Ciel et espace n°568, décembre 19 / janvier 20 : « On a vu les premières galaxies », par Guillaume Langin

https://en.wikipedia.org/wiki/Active_galactic_nucleus

https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/astronomie-record-hubble-decouvre-quasar-brillant-comme-600000-milliards-soleils-43162/

Illustration de titre: un quasar primordial, crédit Wolfram Freudling et al. (STECF), ESO, ESA, NASA

Image ci-dessous: structure d’un AGN: credit: CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=46857319


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Index L’appel de Mars 20 02 01

Les étoiles à neutrons, des astres étranges aboutissement d’un processus nécessaire à la vie

Les « étoiles à neutrons » sont des astres étranges qui se situent de par leur masse volumique, entre les plus denses des étoiles, les « naines-blanches », et les « trous-noirs ». Elles sont assez nombreuses dans notre voisinage spatial mais très petites et, bien après en avoir fait la théorie, nous n’en n’avons réalisé la présence que lorsque l’on a compris que les pulsars étaient un de leurs modes d’expressions.

Comme les naines blanches, les étoiles à neutrons sont l’aboutissement de la vie de leur étoile génitrice, les différences sont la masse d’origine de cette génitrice et de son noyau résiduel après explosion en nébuleuse planétaire ou en supernova. Une naine jaune, comme le Soleil, (de 0,7 à 7 masses solaires), va produire une naine-blanche (en fait son noyau), durable, de moins de 1,44 masses solaires (« limite de Chandrasekhar »), composé des éléments lourds (des « métaux », jusqu’au carbone) générés par nucléosynthèse avant la dissémination de ses couches externes dans l’espace et qui va ensuite très lentement se refroidir. La limite de Chandrasekhar théorisée en 1930 par le jeune (il avait 20 ans !) Subrahmanyan Chandrasekhar, plus tard appelé « Chandra » , est la masse maximale au-delà de laquelle la « pression de dégénérescence » des électrons ne peut plus contrer la force de gravité au sein du noyau d’une étoile. Ainsi une étoile de 8 masses solaires et plus, va générer un noyau dense de 1,44 masses solaires et plus, qui va entraîner son « effondrement gravitationnel » et la poursuite du processus de transformation au-delà de la structure de naine blanche (cette continuation fut catégoriquement rejeté par Arthur Eddington, l’un des plus grands astrophysiciens de l’époque, lorsque Chandra la lui suggéra* !). L’aboutissement de ce processus est l’étoile à neutrons (Chandra n’était pas allé jusque-là). Mais, au-delà d’un noyau de plus de 3,2 masses solaires (correspondant à une masse initiale de 15 masses solaires), on peut s’acheminer vers un trou noir (il existe quand même des étoiles à neutrons de masse supérieure à cette « limite »).

*Ce qui devrait toujours inciter à beaucoup de prudence avant de rejeter les hypothèses « marginales » !

En fin de vie, l’étoile massive, de masse supérieure à 7 masses solaires, va fusionner le carbone de son cœur, en néon, magnésium, silicium, puis le silicium en fer et au-delà, jusqu’à l’uranium. Lorsque le cœur est converti en fer pour une masse atteignant 1,44 masses solaires, il s’effondre sur lui-même en matière neutronique (résultant de l’absorption des électrons par les protons), la force gravitationnelle n’étant plus compensée par quelque énergie contraire que ce soit. Les couches externes de l’étoile s’effondrent à leur tour vers le cœur, créant une onde de choc. L’onde de choc rebondit vers l’extérieur emportant toute la matière des couches externes sur son passage et de plus en plus vite puisque ces couches sont de moins en moins denses vers la surface. La matière chauffée à de très hautes températures par le choc, est dispersée dans l’espace à des vitesses énormes (plusieurs milliers de km/s). C’est la supernova.

Il reste au centre un cœur et ce cœur c’est l’étoile à neutrons. Ce n’est plus une étoile à proprement parler parce qu’elle ne se comporte plus comme un réacteur à fusion nucléaire ; l’étoile à neutrons poursuit son évolution au niveau non pas de l’atome mais à celui des composants de l’atome. Elle se présente comme un sphère de 20 à 40 km de diamètre (correspondant aux limites de masse de 1,44 à 3,2 !), d’une densité extrême avec une masse volumique de « quelques » 1000 milliards de tonnes par cm3. Sa structure est constituée de 4 couches autour d’un centre dont la composition est probable mais qui reste mystérieuse :

Une « atmosphère » de quelques cm à un mètre…mais qui ne l’est certainement pas au sens ordinaire (on pourrait plutôt dire « écume »). Il s’agit simplement de matière fluide, assemblage d’atomes, d’ions et d’électrons.

Une « croûte externe ». C’est la même matière, cristalline, que celle d’une naine blanche (composée de noyaux atomiques ionisés et d’électrons). Dans cette couche, avec l’augmentation de la densité, les protons fusionnent avec les électrons pour donner des neutrons.

Une « croûte interne ». Quand la densité franchit un seuil de 4,3 × 1011 g/cm−3 (« point de fuite neutronique »), les noyaux atomiques deviennent trop riches en neutrons (provenant de la fusion de protons avec des électrons) et ces derniers s’en échappent pour former un fluide. On a un mélange de noyaux atomique lourds (riches en neutrons), de neutrons et d’un peu d’électrons.

Un « noyau externe ». Quand la densité franchit un seuil de 1,7 × 1014 g/cm−3, les noyaux atomiques achèvent de se désintégrer. Cela donne un mélange de fluides de neutrons, protons et électrons, ces deux derniers types de particules étant nettement moins représentés que les neutrons.

Un « noyau interne ». Quand la densité franchit un seuil de 3 × 1015 g/cm−3, les neutrons se désintègrent ce qui implique que ce noyau interne, ou ce cœur, soit constitué d’un plasma fait de composants plus ou moins exotiques, logiquement divers quarks et gluons…mais on ne sait pas vraiment.

L’étoile à neutrons a conservé le moment cinétique de son étoile génitrice et compte tenu de sa taille, elle tourne sur elle-même à des vitesses considérables, plusieurs dizaines de rotations par seconde, parfois beaucoup plus (pulsars millisecondes) et génère un puissant champ magnétique (jusqu’à 1011 teslas pour les pulsars de type « magnétar »).

L’« invention » conceptuelle de ces astres par le physicien soviétique Lev Davidovitch Landau en 1932 (spécialiste des états condensés de la matière) a été contemporaine de la découverte du neutron, en 1932 (seulement ! Il est toujours étonnant que des découvertes aussi fondamentales soient aussi récentes) par le physicien britannique James Chadwick (prix Nobel 1935). Mais ce n’est qu’en 1967 qu’on observa la première étoile à neutrons, elle se présentait sous forme de pulsar. On la nomma, après coup, « PSR B1919+21 ». Jocelyn Bell (astrophysicienne britannique) auteure de la découverte était alors doctorante et selon les mœurs de l’époque…c’est son directeur de thèse qui, en 1974, obtiendra le prix Nobel pour cette découverte, sans aucune mention de son ancienne élève ! Il fallait évidemment faire le rapprochement entre pulsar et étoile à neutrons, ce que Jocelyn Bell ne fit pas mais c’est quand même sa découverte de cet astre et la reconnaissance de ses particularités de pulsar qui permirent ensuite son identification en tant qu’étoile à neutrons. Le rapprochement ne se fit vraiment que l’année suivante, en 1968, avec la découverte du pulsar du centre de la Nébuleuse du Crabe. Cette dernière, résultant de la supernova survenue en 1054 et commentée abondamment par les astronomes chinois de l’époque (et accessoirement d’autres astronomes de pays alors moins « civilisés » dans le monde) est célèbre…et magnifique (cf. illustration de titre) ! A noter que 90% des quelques 3000 étoiles à neutrons identifiées à ce jour l’ont été du fait de leur expression de pulsar, les autres l’étant presque toutes du fait de leurs émissions de rayons X et gamma. Il est évidemment beaucoup plus difficile d’identifier (sauf par leur émission thermique) les étoiles à neutrons isolées (sans matière « utilisable »* à proximité pour alimenter le pulsar) mais quelques-unes l’ont quand même été.

*NB : C’est la propulsion dans l’espace, à partir du pôle magnétique et dans l’axe magnétique de l’étoile, de radiations émises par l’astre lui-même et/ou de matière environnante (le plus souvent celle de l’étoile compagne) attirée par sa force gravitationnelle puis expulsée puissamment, qui crée le jet qui permet d’identifier le pulsar, la pulsation venant de la rotation de l’étoile selon un axe différent de son axe magnétique (c’est évidemment le plus souvent le cas). Le faisceau d’émissions décrit un cône du fait de cette rotation.

En dehors de leur caractère spectaculaire, les étoiles à neutrons ne sont pas pour nous (égoïstement !) des astres négligeables. Ce sont les événements cataclysmiques qui les ont formées, encore plus que le processus formateur des naines blanches, qui nous ont apporté les éléments lourds dont nous sommes faits. Sans « métaux » (qui ne comprennent pas que des métaux au sens ordinaires mais tous les éléments au-delà de l’hélium), point de vie (outre l’hydrogène, notre corps contient de l’oxygène, de l’azote, du carbone, du phosphate, du souffre, mais aussi du zinc, du cuivre, du fer, de l’or, etc..)! Les étoiles massives sont leurs creusets et les supernovas le facteur de leurs dispersions dans l’univers*. Du fait de leur vitesse d’expansion les nuages de matière dont elles sont constituées vont se mêler aux autres nuages de matières primitives (hydrogène, hélium) ou plus récentes (donc enrichis) et les enrichissent encore plus d’éléments plus lourds. Par leur souffle, elles densifient ces nuages et, dans certains cas, suffisamment pour amorcer une contraction gravitationnelle autour d’un centre et donc la formation de nouvelles étoiles accompagnées de leurs planètes.

*NB : Certaines supernovas, les « supernovas thermonucléaires », résultent de la fusion d’une naine blanche avec son étoile compagne (les étoiles binaires sont très nombreuses dans l’espace et les déstabilisations par accrétion de masses sont fréquentes). La limite de Chandrasekhar est immédiatement atteinte et toute la matière de l’astre compagnon, y compris celle de son cœur, qui ne s’est pas encore densifiée autant que celle de la naine blanche, est répandue immédiatement dans l’espace…cause supplémentaire d’enrichissement du milieu interstellaire.

C’est pour cela que la vie ne pouvait être enfantée par l’Univers avant le déroulement d’une certaine histoire. Il est donc vain de la chercher dans des observations de l’Univers très lointain, c’est-à-dire très ancien, comme certains fantaisistes l’imaginent. La vie est un phénomène inscrit dans l’Histoire et qui ne peut être qu’actuel. C’est parce qu’il est lié à des astres massifs à vie courte que l’enrichissement de l’Univers en métaux est devenu suffisant peu de temps avant que le nuage interstellaire dont notre Soleil est issu se contracte. Cela sous-entend symétriquement que l’Univers futur changera puisqu’il contiendra de plus en plus de métal. De ce fait, certaines zones des galaxies qui ne l’était pas deviendront peut-être habitables selon ce critère, d’autres (comme la nôtre) ne le seront plus ou donneront l’occasion de nouvelles combinaisons organiques à d’autres formes de vie en devenir.

Image de titre : la Nébuleuse du Crabe vue par Hubble. En son centre est tapie une étoile à neutrons. Crédit NASA.

Image ci-dessous : autre étoile à neutrons / pulsar (photos Chandra et WISE), crédit NASA : PSR B1509-58. Découvert en 1982 dans la constellation Circinus, ce pulsar date de l’an 300 après JC. Plusieurs types de radiations provenant de la même source (des rayons X aux ondes lumineuses) sont ici figurés, avec des couleurs différentes.

Image ci-dessous: coupe d’une étoile à neutrons. CC BY-SA 4.0 par Wattcle-Own work. Wikipedia commons.

Lecture : Dragon’s Egg de Robert Forward (décédé en 2002). L’auteur, physicien spécialiste de la gravitation, ayant notamment travaillé sur la recherche des ondes gravitationnelles, était aussi un (bon) écrivain de science-fiction. Dans Dragon’s Egg, publié en 1980, il imagine avec beaucoup de compétences et d’imagination ce que pourrait être la vie à la surface d’une étoile à neutrons. Il était né en 1930 à Geneva, Etat de New-York !

liens:

https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89toile_%C3%A0_neutrons

https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=6715

https://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/news/astronomers-spot-distant-and-lonely-neutron-star.html

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Index L’appel de Mars 20 01 29

Conférence sur Mars le 12 février à Neuchâtel

Mars, les dernières observations de l’instrument CaSSIS et les motivations de la Mars Society.

J’ai organisé avec la Société Neuchâteloise de Sciences Naturelles (SNSN) une soirée martienne le 12 février à 20h00 au Musée d’Histoire Naturelle de Neuchâtel (MHNN). Elle consistera en une présentation, avec commentaires, par Antoine Pommerol, chercheur à l’Uni Berne, des dernières images de la planète, prises par l’instrument CaSSIS (Colour and Stereo Surface Imaging System) embarqué sur l’orbiteur TGO (Trace Gas Orbiter) de l’ESA. Ce sera l’occasion de faire le point sur nos connaissances de la planète Mars. Je compléterai par un court exposé sur les motivations de la Mars Society.

Le programme ExoMars de l’Agence Spatiale Européenne cherche à comprendre l’habitabilité ancienne et actuelle de Mars et l’éventuelle apparition de la vie. Il comprend deux parties. La première, « en l’air », est menée avec le TGO, lancé en 2016 (par l’agence russe Roscosmos) et qui est devenu scientifiquement opérationnel en avril 2018 (voyage de 9 mois suivi d’une longue circularisation de l’orbite par aérofreinage). La seconde étape, « au sol », sera menée avec l’atterrisseur qui avec son rover Rosalind Franklin, doit partir de la Terre en juillet prochain.

À bord du TGO qui circule à 400 km d’altitude (la même altitude que l’ISS autour de la Terre), le système d’imagerie CaSSIS développé par l’Université de Berne, a déjà obtenu plusieurs milliers d’images de la surface à haute résolution (4,6 mètres/pixel) et de grande qualité (vues stéréoscopiques et très grand nombre de nuances de couleurs qui permet de bien distinguer les différences de relief et de minéralogie ainsi que les nuages ou la glace). La caméra est montée sur un cardan avec un degré de liberté qui permet de maintenir son axe optique perpendiculaire à la surface mais la plus grande nouveauté qu’apporte l’instrument est son mécanisme de rotation qui permet de faire pivoter la caméra de 180°. Jusqu’à présent les photos du sol n’étaient prises qu’à la verticale et les vues « inclinées » étaient déduites de ces photos grâce aux altimètres embarqués. Combiné à sa forte résolution (dépassée seulement par la caméra HiRISE de l’orbiteur MRO), cela permet à CaSSIS de réaliser des photos en relief d’une résolution verticale de seulement 5 mètres. Ces images doivent permettre de préciser les nombreux mécanismes géologiques qui ont contribué, et dont certains contribuent toujours, à façonner la surface de Mars. Plus précisément, puisque cela répond à la justification de la mission ExoMars, elles sont utilisées pour rechercher et identifier les sources mais aussi les puits d’absorption potentiels des gaz libérés dans l’atmosphère martienne et détectés par les instruments également embarqués sur TGO, que sont les spectromètres infrarouges et ultraviolet NOMAD (Nadir and Occultation for MArs Discovery) et ACS (Atmospheric Chemistry Suite). Elles permettent de ce fait d’étudier aussi les processus dynamiques à l’œuvre à la surface de Mars – sublimation, érosion, volcanisme – susceptibles d’être à l’origine de la libération de ces gaz.

L’orbite de TGO est inclinée de 74° par rapport à l’équateur, ce qui permet d’observer presque la totalité de la surface de la planète (sauf bien sûr au-dessus des latitudes 74° Nord et Sud).

Le Dr Pommerol est “Co-Investigator” pour l’instrument CaSSIS au sein du Département « Space Research & Planetary Sciences » de l’Institut de Physique de l’Université de Berne. Il est docteur en planétologie, diplômé en 2009 de l’Université de Grenoble, et travaille actuellement dans l’équipe du Professeur Nicolas Thomas (chef de l’Institut et “Principal Investigator” de CaSSIS). Sa thèse portait sur l’ « étude expérimentale des signatures spectrales de minéraux hydratés et implications pour l’interprétation des données OMEGA/MEx* de la surface martienne ».

*embarqué à bord de Mars Express, orbiteur de l’ESA toujours en fonction autour de Mars.

Je parlerai quant à moi des motivations de la Mars Society.

Nous soutenons sans réserve la recherche robotique du Dr Pommerol, de l’Université de Berne et de l’ESA, puisque nous encourageons les scientifiques à parvenir à une connaissance aussi parfaite que possible de cet autre monde qu’est la planète Mars.

Ce dernier nous intéresse pour pouvoir mieux comprendre ce que sont les planètes autres que la Terre situées dans un contexte spatial assez semblable (ressemblances et différences). Mars a certes une masse plus faible (0,107) que la Terre, elle est située juste à la limite de notre zone d’habitabilité de notre système solaire et elle ne génère plus de magnétosphère depuis bien longtemps. Mais l’irradiance au niveau de son orbite est encore assez élevée (un peu moins de la moitié de celle existant au niveau de l’orbite terrestre), c’est une planète tellurique et elle a bénéficié pendant la première partie de son histoire géologique, d’une atmosphère épaisse et d’une abondance d’eau liquide comparable à celle de la Terre.

Elle nous intéresse aussi comme base possible d’un établissement humain. Cet établissement pourrait mener au sol une recherche géologique et planétologique beaucoup plus efficace que les robots que nous avons envoyés jusqu’à présent puisque des robots commandés en direct à partir de cet établissement n’importe où à la surface de la planète, pourraient agir et réagir en temps réel, ce qui est impossible aujourd’hui compte tenu de la vitesse de la lumière et de la distance entre les deux planètes (de 56 à 400 millions de km).

Par ailleurs nous pensons que l’humanité aurait tout à gagner d’un établissement en dehors de de la Terre. Cet établissement pourrait tester toutes sortes de technologies adaptées aux environnements extrêmes et ces technologies pourraient ensuite être transposées sur Terre pour moins dépenser d’énergie ou mieux recycler nos ressources rares. Cet établissement serait aussi une nouvelle bouture pour l’humanité « en dehors de son berceau » et, dans la mesure où il gagnerait de plus en plus d’autonomie en utilisant les ressources locales (comparables à celles de la Terre), il pourrait nous offrir un jour en tant qu’espèce, la possibilité d’échapper aux vicissitudes de notre évolution sur Terre. Ceci n’est pas négligeable dans la période très difficile qui s’annonce en raison de l’explosion démographique toujours en cours et qui va peser très lourdement sur nos ressources et donc sur nos relations sociales et politiques.

Illustration de titre :

Photo du cratère Korolev, empli de glace permanente. Crédit : ESA/Roscosmos/CaSSIS/UniBE. Korolev est un cratère de 81 km de diamètre situé à 73° de Latitude Nord dont la particularité est d’être rempli de glace d’eau sur toute sa surface et sur une profondeur atteignant 1,8 km au centre (résolution de 5,08 mètres).

Image ci-dessous :

Relief riche en couches stratifiées dans le chasme Juventae (un peu au Nord du centre de Valles Marineris). Crédit : ESA/Roscosmos/CaSSIS/UniBE

Photo de l’instrument CaSSIS avant sa mise à bord du TGO (Crédit : ESA/Roscosmos/CaSSIS/UniBE):

Liens :

Interview du Professeur N. Thomas sur le site de l’ESA,:

https://exploration.esa.int/web/mars/-/56788-an-interview-with-nicolas-thomas-principal-investigator-of-cassis

SNSN : http://www.unine.ch/snsn

Antoine Pommerol :

https://www.space.unibe.ch/about_us/personen/dr_pommerol_antoine/index_eng.html

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