Mars, de nombreuses falaises de glace renforcent les possibilités d’habitabilité de la planète

Une étude parue dans Science cette semaine* fait état de nombreuses « falaises » de glace d’eau coupant des terrains lisses de dépôts accumulés à la surface de Mars à des latitudes moyennement élevées (autour de 55°, surtout dans l’hémisphère Sud). Cela met en évidence la richesse en eau (solide et non liquide) accessible et confirme la possibilité pour l’homme de s’établir sur cette planète.

Ce n’est pas la première fois qu’on constate la présence de glace d’eau à la surface de Mars mais la particularité de cette découverte est le caractère à la fois massif et facilement accessible de cette ressource (une fois sur Mars, évidemment!). Les constatations proviennent de l’observation de données recueillies par divers instruments à bord de l’orbiteur MRO (“Mars Reconnaissance Orbiter”) de la NASA . Les scientifiques ont d’abord remarqué visuellement, dans les photos prises par la caméra HiRISE (High Resolution Imaging Science Experiment) de l’orbiteur, des lignes bleutées de plusieurs km de long, orientées vers le pôle et surplombant des puits chaotiques (huit à ce jour dont sept dans l’hémisphère Sud). Ils ont pu en déduire que les lignes correspondaient à des « escarpements » (en Anglais « scarp ») d’une centaine de mètres de hauteur et de pente forte (45 à 55°). Ils les ont faites analyser par le spectromètre CRISM du même orbiteur (Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars) puis par un autre instrument de MRO, SHARAD (Shallow Radar). Cela a permis de constater que le bleu correspondait à la ligne d’absorption de la lumière réfléchie par l’eau (CRISM) et ensuite que la glace commençait très près de la surface (un à deux mètres en moyenne) et s’enfonçait d’une trentaine de mètres en dessous du sol (SHARAD), la base, au contact du socle rocheux, étant cachée par des éboulis. L’observation sur la durée ainsi que des examens thermiques ont ensuite pu prouver que les dépôts n’étaient pas saisonniers mais relativement stables (retraits saisonniers probablement de l’ordre du millimètres seulement).

La glace n’est pas totalement pure car elle contient quelques débris rocheux (sans doute morainiques) et un peu de poussière qui délimite des strates périodiques mais elle est presque aussi pure que celle des calottes polaires. NB c’est d’ailleurs les chutes observées de rochers de l’ordre du mètre, qui permettent d’apprécier la vitesse de recul du front de glace.

L’origine des dépôts est relativement récente car la surface du sol à proximité de ces falaises est très peu cratérisée. Elle doit résulter des dernières périodes de forte obliquité (inclinaison de l’axe de rotation sur le plan de l’écliptique) qui se reproduisent environ tous les 120.000 ans. En effet la planète n’étant pas stabilisée comme l’est la Terre par la Lune, cette obliquité varie de façon cyclique beaucoup plus forte en fonction du différentiel d’attraction gravitaire du Soleil au différentes latitudes de la planète (phénomène de précession). Lorsque l’axe s’incline aux environs de 35° (son maximum dans ce type de cycle), les calottes polaires sont exposées trop sensiblement aux rayonnements solaires et se subliment très largement dans l’atmosphère. L’eau s’y condense et compte tenu des faibles températures, retombe en neige en surface aux latitudes moyennes alors très peu exposées aux rayonnements solaires. Avec le temps et l’accumulation, la neige se tasse et se transforme en glace. Le processus n’est pas continu car en raison de l’aridité, les tempêtes de poussière doivent toujours sévir et certaines périodes doivent être plus chaudes ou moins neigeuses (en fonction notamment de l’excentricité de l’orbite).

NB : il est possible qu’à l’occasion de cette densification de l’atmosphère par la vapeur d’eau, la plage de températures permettant l’eau liquide s’étende quelque peu permettant un certain écoulement en surface…mais cela est une autre histoire.

Ensuite, lors du redressement de l’axe de rotation sur le plan de l’écliptique, la glace non protégée ou mal protégée se sublime aux latitudes basses et moyennes et retombe en neige aux pôles mais les plaques de glace situées en hautes latitudes doivent persister très longtemps (aux environs de 55°, la glace est stable à une profondeur de seulement 10 cm de profondeur). Les banquises pourraient donc rester cachées jusqu’à la prochaine période de forte obliquité et c’est probablement ce qui se passe en de nombreux endroits (où l’on trouvera de la glace très ancienne). Mais il peut y avoir des raisons pour lesquelles des failles verticales se manifestent (la glace n’est pas homogène) et ces failles peuvent mettre à nue de la glace pure qui va se sublimer. On note d’ailleurs que partout où l’on a observé ce type de relief, des failles ont été repérées près du front d’escarpement et aussi que l’escarpement dominait un piedmont puis un chaos résultant de la libération des moraines par l’effondrement jusqu’au socle rocheux sous-jacent puis la disparition par sublimation progressive du front. Par ailleurs le vent peut aussi jouer son rôle érosif et dégager des plaques de poussière mettant à nue la glace pure.

Les résultats de cette étude sont à rapprocher des découvertes des buttes glaciaires repérées dans l’Ouest d’Utopia Planitia, entre 40 et 50° de latitude Nord, à l’Est de Nili Fossae (cf mon article sur ce sujet). La différence est, dans le cas des buttes, un manteau protecteur plus épais, sans doute d’origine volcanique et une sublimation superficielle laissant un sol poreux de plusieurs mètres ne contenant plus ou peu de glace. Il s’agit pour la NASA de découvrir jusqu’à quelle latitude le phénomène des falaises de glace s’est produit (initialement la recherche n’a porté que sur les zones de latitude supérieure à 50°). Il est certain que tout phénomène similaire repéré à des latitudes plus basses serait encore plus intéressant puisque les conditions de vie en hiver aux environs de 55° sont évidemment assez dures (donc plus consommatrices en énergie). Si on en découvre à moins de 50°, on doit toutefois s’attendre à ce qu’ils soient moins spectaculaires c’est-à-dire que la sublimation s’effectuant plus vite et le sol superficiel étant moins froid, l’accessibilité à la glace soit moins bonne. Ce seraient en quelque sorte des intermédiaires entre les « falaises » et les « buttes ».

Contrairement à ce qui a été rapporté par la presse en général, il faut noter que visuellement on ne sera pas face à de vraies falaises, car les pentes ne sont pas assez fortes pour justifier ce terme, mais il est quand même certain qu’on devrait voir de la glace vive sur une hauteur impressionnante et que la pente des premiers mètres avant le sommet doit être très raide.  Cela ajoutera surement de la variété au paysage martien et surtout facilitera beaucoup la vie des futurs colons (encore plus que les buttes puisque la glace y sera plus accessible). Sur le plan scientifique, on pourra toujours rechercher si la pression a pu générer de l’eau liquide sous la banquise (et chacun sait que cet élément est un vecteur puissant pour toutes sortes de transformations). Par ailleurs les strates permettront d’avoir une lecture de l’histoire récente de Mars donc de mieux connaître ses cycles, notamment celui de l’eau, et de remarquer des phénomènes globaux particuliers (épisodes volcaniques) ou même d’autres événements non cycliques que l’on pourrait rapprocher d’événements climatiques terrestres et qui serait le témoignage d’une activité particulière solaire ou galactique. Ce serait une autre opportunité pour que l’étude de Mars soit utile à la compréhension de la Terre.

*“Exposed subsurface ice sheets in the Martian mid-latitudes” par Colin M. Dundas et al. in Science 359, 199 (2017) DOI: 10.1126/science.aao1619, publié le 12 janvier 2018. Colin Dundas est géologue à l’Astrogeology Science Center de l’US Geological Survey

Image à la Une : ligne de front d’un escarpement glaciaire. La couleur bleue a été renforcée (crédit NASA, MRO, HiRISE)

Image ci-dessous : effondrements (au premier plan) dégageant un front de glace. Les vagues de terrain parallèles dans la zone effondrée témoignent du recul progressif du front. Crédit NASA/MRO/HiRISE.

Mars, des défis psychologiques redoutables mais exaltants

Les premières missions pour Mars nous lancent des défis psychologiques redoutables mais nous pouvons être confiants, nous trouverons des hommes suffisamment forts pour les affronter. Les vrais problèmes seront plutôt d’ordre technique, le bon fonctionnement du lanceur, surtout lors du départ de la Terre ou lors de l’EDL, et le bon fonctionnement du système de support vie.

Lorsque les astronautes quitteront la Terre pour Mars, ils auront pleine conscience qu’ils se trouvent embarqués pour un séjour de plus de deux ans hors de chez eux. Compte tenu de la position respective des astres et des contraintes de la « mécanique céleste », le voyage durera de nombreux mois (6 mois à l’aller, 6 au retour) et le séjour sur Mars durera 18 mois (configuration énergétique, scientifique et, pour l’équipage, biologique, optimum). Ceci implique que les voyageurs seront privés de contact physique avec leurs proches pendant cette longue durée de temps et ceci implique aussi qu’après trois ou quatre semaines sur Mars, ils ne pourront plus changer d’avis et choisir d’écourter leur séjour, ni recevoir aucun secours, quoi qu’il arrive.

Le fait que pendant le voyage, il n’y aura pas ce qu’on pourrait appeler un « extérieur-habitable », est un inconvénient incontestable. Pas question en effet de se « dégourdir » les jambes en allant se promener « ailleurs » ; pas question de contempler un paysage changeant et « vivant » (aussi belles soient-elles, les étoiles ne danseront jamais dans le ciel et très vite la Terre ne sera plus qu’un point parmi d’autres) ; pas question de ne pas subir la promiscuité des autres. Durant deux fois six mois, chacun sera réduit à vivre à l’intérieur de « quatre murs » (en l’occurrence la paroi d’un cylindre) avec toujours les mêmes partenaires. A noter que la situation sera différente une fois arrivé sur Mars car si la « société » y sera toujours aussi réduite, l’aspect « extérieur-habitable » sera totalement différent (la sortie impliquant toutefois le port obligatoire d’un scaphandre). En effet les quatre ou six membres de l’équipage disposeront alors pour eux seuls de la surface entière de la planète (en fonction du moins des possibilités de mobilité motorisée et de la nécessité d’éviter de trop s’exposer aux radiations spatiales).

Pour atténuer le problème du confinement pendant le vol, il faudra certainement que chacun exerce la plus grande prudence dans ses interactions avec les autres (afin d’éviter le piège de l’« enfer » sartrien). La vie privée devra être très strictement respectée ; les contacts avec les proches ou les collègues restés sur Terre, aussi fréquents que possible (pour améliorer la diversité des échanges) même si le « time-lag » sera de plus en plus long au fur et à mesure que le vaisseau s’éloignera de la Terre (de 3 à 23 minutes-lumières, dans un seul sens, une fois sur Mars) ce qui empêchera les interactions directes. L’accès aux divertissements digitaux diffusés depuis la Terre (jeux ou films, plateformes d’échanges) devra évidemment être totalement libre, individualisé et le choix aussi riche que possible.

Un problème de santé pourra s’avérer déstabilisant puisque les soins seront rendus difficiles par l’éloignement, surtout pendant le voyage (peu d’équipements, au plus un seul médecin à bord, pas de télémédecine en direct du fait du time-lag) et également sur Mars du moins jusqu’à ce que la société martienne se soit développée en nombre d’habitants, en compétences, et dispose d’un stock étendu d’équipements et de médicaments (ou de matières chimiques et de laboratoire adéquats pour les produire).

Sur place les épreuves et les dangers (outre ceux relatifs à la santé) seront nombreux et d’autant plus potentiellement stressants que les astronautes auront le sentiment d’être largement seuls pour les affronter et les surmonter. Ils le seront effectivement. Pas de « coup de main » possible, personne non plus pour « prendre votre place » pour résoudre un problème. De nombreux facteurs pourront peser sur le moral ou créer des frustrations. On peut évoquer la fatigue, l’éventuelle détérioration physique malgré les exercices, l’obligation de vivre dans une gravité faible ou de porter un scaphandre pour sortir, la faible irradiance pendant l’hiver austral, le manque de couleurs, surtout le vert et le bleu, l’absence d’eau liquide dans le paysage, un manque possible de satisfaction professionnelle (un échec dans la recherche, dans la construction d’une infrastructure importante ou la mise en route d’un process important), un équipement ou un instrument important, cassé et non réparable. Le découragement menacera de gagner même les plus positifs. Peu de consolations seront possibles (non seulement éloignement des proches mais aussi régime alimentaire peu varié).

Ceci dit il ne faut pas exagérer la difficulté. Il n’y aura ni temps-mort, ni ennui pendant une mission habitée sur Mars car les astronautes seront des personnes extrêmement motivées. Ils auront par nécessité le souci du fonctionnement le plus parfait possible de leur vaisseau et de leurs équipements divers, dont celui nécessaire à leur survie. A l’aller ils seront également très occupés par la préparation de leur mission sur le sol de Mars, au retour par l’interprétation des observations et des donnés qu’ils auront recueillies et tout le temps, par leurs communications avec la Terre qui les sollicitera sans cesse pour obtenir des rapports sur l’état du vaisseau, leur état personnel et sur leurs recherches. Par ailleurs l’aventure, le fait de se retrouver dans un univers inconnu et vierge, immense à l’échelle de l’homme, avec un potentiel de développement quasiment illimité, et pouvant révéler des connaissances essentielles pour l’humanité (sur le plan exobiologique notamment), le fait d’être des pionniers entreprenant une action pour la première fois dans des domaines passionnants, le fait d’avoir des problèmes à résoudre et y parvenir, peuvent se révéler des facteurs excellents pour soutenir ou doper le moral.

De ce point de vue je pense que les simulations qui ont eu lieu sur Terre (« Mars 500 », achevée en Novembre 2011 par exemple ou même le séjour long dans l’ISS de l’astronaute Scott Kelly en 2015 / 2016) n’ont absolument pas pu recréer les conditions d’une mission habitée. Les hommes enfermés de juin 2010 à novembre 2011 dans les locaux de l’« Institut des Problèmes BioMédicaux » (« IPBM »), à proximité de Moscou, ne pouvaient ignorer qu’ils étaient sur Terre et qu’ils pourraient sortir en cas de besoin extrême ; par ailleurs leur simulation en « bac à sable » ne pouvait absolument pas restituer l’espace martien du fait de ses très petites dimensions. Quant à Scott Kelly, il savait qu’il pourrait toujours rentrer sur Terre en cas de problème grave. A contrario le pseudo isolement pour des motifs beaucoup moins exaltants que l’exploration d’une autre planète, pouvait générer l’ennui ce qui pouvait induire toutes sortes de friction sociales et de stress.

Alors, toujours partant ? Personnellement oui; mais je ne serai vraisemblablement pas choisi, question d’âge! Plus généralement, je pense que les premiers vols ne seront pas pour les faibles, physiquement comme mentalement, mais pas non plus pour les tièdes, les indécis, les blasés et ceux qui n’auraient rien à faire sur Mars. Il faudra des hommes d’acier, de corps et d’esprit, et nous les aurons !

NB : On se situe ici au début de l’exploration spatiale par vols habités, alors qu’il n’y a pas encore de base permanente sur Mars.

Image en tête d’article : l’astronaute Scott Kelly au travail dans un module de l’ISS (crédit image : NASA). Il a bouclé (en Mars 2016) une mission de 342 jours dans l’espace. On peut imaginer que l’habitat utilisé pendant le voyage vers Mars sera tout autant « encombré » que celui de l’ISS et que les taches de vérification et d’entretien  seront constantes.

Image ci-dessous : Columbia Hills (crédit image : NASA et Olivier de Goursac), le cadre de vie des explorateurs pendant 18 mois; une vue grandiose mais non humanisée, qui pourrait être ressentie comme froide et hostile.

Pour survivre dans l’espace l’homme devra se déplacer avec sa coquille

ECLSS, ce sigle a priori peu « parlant », est l’abréviation d’« Environmental Control and Life Support System ». Il recouvre la nécessité pour l’homme de se déplacer « avec sa coquille » s’il prétend sortir de l’environnement terrestre, et aussi, implicitement, le fait que l’environnement spatial n’est pas naturellement le nôtre. C’est une clef pour comprendre les possibilités mais aussi les difficultés et les dangers de l’exploration spatiale par vols habités.

NB: Je continue le fil de mes articles sur les contraintes et les limites qui s’imposent à l’exploration spatiale par vols habités (lire ici le précédent). J’ai déjà publié un article sur le thème de l’ECLSS en juillet 2016 (“ECLSS, une bulle pour la vie”).  J’y apporte quelques précisions et (je l’espère) quelques améliorations.

La maîtrise de l’ECLSS est donc une condition des vols spatiaux. L’homme a besoin d’une atmosphère contenant certains gaz (environ 21% d’oxygène et 78% d’azote) et pas ou très peu d’autres (gaz carbonique notamment), d’une certaine pression (entre 0,7 et 1 bar), d’eau liquide au pH neutre et d’une atmosphère au contenu bactériologique contrôlé. Il a aussi besoin de se nourrir selon un régime équilibré qui permette à ses fonctions vitales de se perpétuer. Les vols dans l’espace proche aussi bien que lointain, nous forcent à chercher à répondre à ces exigences en utilisant le minimum en termes de masse et de volume. Cette nécessité implique la réutilisation, c’est à dire le recyclage.

Le problème est complexe et des progrès, lents, sont faits « tous les jours ». On voit bien l’intérêt que cela représente pour la vie terrestre sur Terre. Parmi les recherches qui sont menées sur le sujet, celles de Suren Erkman de l’UniL (écologie industrielle), de Théodore Besson de la Sté « ESTEE » (Earth Space Technical Ecosystem Enterprise SA) en Suisse, de Mike Dixon du CESRF (« Control Environment Systems Research Facility ») de l’Université de Guelph, au Canada, et celles du Consortium MELiSSA (Micro Ecological Life support System Alternative), coordonné et animé par Christophe Lasseur dans le cadre de l’ESA/ESTEC, sont sans doute les plus remarquables. Idéalement il faudrait pouvoir recycler 100% de ce que l’on consomme. Le « réacteur biologique » Terre y parvient tant bien que mal jusqu’à aujourd’hui (il semble connaître quelques problèmes – même peut-être avoir atteint ses limites – d’où ce qu’on appelle la pollution ou le réchauffement climatique). Cela est évidemment beaucoup plus difficile dans la bulle très restreinte que constitue un habitat artificiel hors de l’environnement terrestre. Aujourd’hui cependant on sait recycler à peu près complètement l’oxygène de l’atmosphère et l’eau, moins bien les matières. On sait aussi analyser la qualité microbiologique de l’atmosphère (détecteur MiDASS de EC/ESA/bioMérieux) mais c’est de ce côté qu’on pourrait avoir le plus de difficultés. En effet, sur Terre, le volume habitable et habité immense (notre biosphère), à peu près équilibré, résultat de notre très longue histoire mais toujours évolutif, permet de corriger (lisser, atténuer) les déséquilibres ponctuels (« buffer effect » ou effet tampon). Sur Mars et surtout dans l’espace, les petits volumes viabilisés qu’on peut considérer de ce point de vue comme des « microbiomes », subiront des pressions de déséquilibres relativement énormes du fait de l’absence d’effet tampon. Il faudra pallier cette situation par un contrôle et un ajustement constants pour éviter d’être rapidement débordés par la guerre que les bactéries mènent depuis des milliards d’années contre les métazoaires que nous sommes.

Le film « Seul sur Mars » met partiellement en évidence cette problématique mais la traite mal. On n’y parle pas du contrôle microbiologique (qui semble aller de soi dans le film !). Par ailleurs un ECLSS efficace doit absolument tirer parti de l’environnement lorsque cet environnement contient des éléments exploitables comme c’est bien le cas de Mars (à la différence de l’espace profond où l’on ne dispose que de ce qu’on a emporté). Dans cet esprit, l’auteur du roman à la base du film commet l’erreur de ne pas envisager l’utilisation de la réaction dite de Sabatier, bien connue et maîtrisée, pour obtenir à partir du gaz carbonique martien et d’un peu d’hydrogène, de l’oxygène (pour respirer et pour servir de comburant) et du méthane (pour brûler comme carburant dans l’oxygène en dégageant de l’énergie permettant de faire fonctionner les machines et les véhicules). Il n’envisage pas non plus, curieusement, d’exploiter l’eau du sol martien que l’on peut obtenir par forage et par chauffage (pergélisol omniprésent) et il néglige totalement le danger des sels de perchlorates omniprésents en surface.

Mais il ne faut pas non plus « voir trop grand ». Un ECLSS doit être réaliste et respectueux de l’environnement. Nous avons appris assez récemment que notre planète est un système complexe, cohérent et fragile. Mars l’est aussi. Un ECLSS doit être conçu pour protéger l’homme et lui permettre de vivre, non pour détruire les endroits où il veut s’installer. On ne peut à la légère envisager d’enclencher un processus de terraformation, irrespectueux de « l’autre » et par nature démesuré donc non contrôlable. La déclaration d’Elon Musk selon laquelle il faudrait faire exploser des bombes thermonucléaires sur les calottes polaires de la planète pour réchauffer et densifier l’atmosphère, apparaît à cet égard totalement inacceptable. Ces bombes, outre qu’elles contamineraient la surface et l’atmosphère de la planète, pourraient certes faire fondre les calottes polaires mais les conditions sur Mars sont telles que, probablement, l’eau retomberait aussitôt en neige plutôt qu’en pluie sur toute la surface et que la poussière et les particules de glace emportées dans l’atmosphère empêcheraient les rayons du soleil de parvenir au sol, déclenchant un hiver très long (à l’échelle humaine). Quel serait l’avantage pour le but recherché ? Par ailleurs, un tel bombardement serait une agression scandaleuse contre un environnement original (riche de ses différences avec la Terre) qu’il convient au moins d’étudier avant de le dénaturer. Compte tenu de ce que l’on constate aujourd’hui, il y a sans doute eu sur Mars une évolution vers la vie, qui mérite d’être recherchée et comprise. L’homme n’aurait-il rien appris des catastrophes qu’il a à plusieurs reprises causées à son environnement naturel ? Ce serait plus que dommage, un véritable acte de vandalisme.

Puisque nous passons cette nuit dans une nouvelle année, je vous adresse mes meilleurs vœux. Pour notre sujet, elle comportera deux événements majeurs: le test du lanceur Falcon Heavy d’Elon Musk et le lancement de la sonde Insight par la NASA. Je vous en parlerai bien entendu, en temps voulu.

Image à la Une: le modèle terrestre de la Boucle MELiSSA (crédit ESA/ESTEC/TEC-MCT).

image ci-dessous: la boucle MELiSSA (crédit : ESA/ESTEC/TEC-MCT), les différents compartiments du système MELiSSA (« Micro Ecological Life Support System Alternative ») que l’on pourra un jour utiliser pour les vols spatiaux et les séjours sur d’autres planètes. Il s’agit de recréer une boucle de vie, auto-régénérative, dans un volume aussi restreint que possible. Vous remarquerez que cette boucle reprend les différentes phases de fonctionnement de l’étang en « image à la Une »:

Liens:

http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Engineering_Technology/Melissa

https://blogs.letemps.ch/pierre-brisson/2016/07/11/melissa-la-clef-de-notre-survie-dans-lunivers/

http://est2e.com/about/

http://www.ces.uoguelph.ca/

https://wp.unil.ch/geoblog/2016/07/les-ecosystemes-clos-artificiels-etudies-au-sein-du-programme-oikosmos/

Alain Souchier nous a quitté, il nous laisse une avancée technologique brillante et l’espérance

Mon ami Alain Souchier, président de l’Association Planète Mars (« APM »), membre français de la Mars Society, est décédé la semaine dernière. Il n’ira donc jamais physiquement sur Mars ! Diplômé de l’Ecole Centrale de Paris, c’était un ingénieur particulièrement doué, imaginatif et productif, outre qu’il était d’une grande sensibilité et d’une grande culture agrémentée d’un sens de l’humour toujours fin et à propos. Il a énormément contribué à la conception des moteurs des différentes générations de la fusée Ariane. L’espace l’habitait depuis toujours. Dans sa jeunesse, à l’époque d’Apollo, il aurait voulu être astronaute et sa passion était d’imaginer comment l’homme pourrait aller aussi loin que possible dans l’espace profond. Après avoir travaillé toute sa vie sur la propulsion des fusées et avoir apporté des solutions admirables à des problèmes d’une extrême complexité, il avait voulu retourner au rêve qui avait motivé son inclination pour l’astronautique, la planète Mars qu’il connaissait presque aussi bien que la Terre. Son intérêt dans le cadre de l’APM, se portait principalement sur les scaphandres et les simulations de vie sur la Planète Rouge mais sa réflexion pratique, structurée par des connaissances très solides en mathématiques, en physique et en chimie, était complétée par une interrogation philosophique forte sur nos origines et notre destin et il était séduit par les réponses qu’y apporte la philosophie de Teilhard de Chardin.

Il est mort et sa contribution à l’enrichissement intellectuel de l’humanité s’est arrêtée mais cette dernière est différente et meilleure du fait de l’empreinte qu’il a laissée de sa vie. Alain est de ceux qui nous ont sans doute fait un peu progresser collectivement vers ce que Teilhard appelait le point Omega.

Je pensais à cela pendant la messe de ses obsèques à Vernon, aux marches de la Normandie, où il s’était établi il y a longtemps pour être à proximité de la SNECMA, son employeur, constructeur d’Ariane. Et je me disais que le système de valeurs qui conduisait à donner plus d’importance à un chanteur comme Johnny Hallyday qu’à un homme comme Alain, était celui d’une société bien malade, un peu comme jadis la société byzantine qui couvrait d’honneurs et d’or ses conducteurs de chars dans le cirque. Alain était un ouvreur de mondes, de ces personnes qui nous permettent de rêver sur des bases concrètes à des lendemains dans l’espace infini parce que du fait de leur travail ces lendemains pourront, si nous le voulons, advenir. Il aurait dû pour cette raison, toucher la sensibilité de nos contemporains de nombreuses fois davantage qu’un interprète de chansons aussi électrisant et sympathique soit-il. Choisir les paillettes plutôt que la substance me semble compréhensible dans une approche populaire superficielle flattée par les médias mais extrêmement condamnable de la part d’une soi-disant élite qui sacrifie ainsi à la facilité sur l’autel de la démagogie plutôt que d’attirer les foules vers les cimes de l’intelligence.

Alain me faisait penser aussi à Jean d’Ormesson, autre esprit pétillant et porteur des préoccupations les plus importantes de l’humanité. Jean d’Ormesson a été également honoré par l’élite française mais il l’a été plutôt moins que Johnny dans la ferveur populaire et cette comparaison, à la limite cette égalité, m’a choqué. Jean d’Ormesson aurait trouvé « épatant » mon ami Alain s’il avait pu le rencontrer. J’imagine leurs échanges, les questions pressantes de Jean d’Ormesson et les réponses appliquées et précises d’Alain, l’un qui aurait apporté ses connaissances, ce qu’on peut dire de plus précis aujourd’hui sur Terre sur les possibilités de l’ingénierie spatiale, et l’autre qui les aurait intériorisées et les aurait magnifiées en exprimant leur quintessence esthétique.

Mais ne soyons pas négatifs ; cela ne sert à rien. Ne jalousons pas la lumière factice et fugace d’une célébrité météorique du monde du spectacle valorisée par des personnes pour lesquelles nous n’avons aucune estime (au moins en ce qui me concerne). Au-delà de l’irritation qu’elle cause, elle n’a en fait aucune importance. Et, si Alain n’a pu rencontrer Jean d’Ormesson qui aurait pu s’inspirer de sa science pour éclairer et embellir notre message martien, constatons qu’il a concrètement fait progresser l’astronautique et qu’il aura semé ses graines et sa passion dans de nouvelles têtes bien faites (notamment celles des jeunes ingénieurs qu’il a aidé à participer à des simulations dans les bases terriennes de la Mars Society).

Par ailleurs, heureusement, Alain n’était pas tout à fait seul même si les hommes comme lui sont rares. De brillants ingénieurs ont travaillé dans ses équipes ou en parallèle avec lui. Ils portent ses projets, continuent ses recherches ou d’autres complémentaires. Comme dans le cas de celles d’Alain, le public ne réalise sans doute pas tout de suite leur importance car les vrais « savants » sont souvent modestes comme il l’était lui-même, communiquent mal, et aussi parce que les contraintes de la vie quotidienne n’incitent les gens à réfléchir que sur ce qui les concerne immédiatement et gêne leur perception du lointain, du différent et du complexe. Mais, en attendant que tous les perçoivent et les apprécient, ces idées, ces constructions intellectuelles, existent et brillent avec force dans la sphère qu’on pourrait appeler la « cognosphère » des spécialistes capables de les exploiter ou de s’en inspirer. Sans aucun doute nombreuses sont celles qui germeront et donneront encore à l’humanité de nouvelles fleurs concrètes toutes aussi magnifiques et brillantes que celles produites par l’esprit exigeant et puissant d’Alain. Elles nous permettront de progresser encore et d’aller « plus loin plus vite » dans l’espace profond.

Nous devons nous résigner à ce que l’étoile d’Alain reste désormais éteinte mais sa lumière subsiste au-delà du souvenir, au travers de son œuvre et de son modèle inspirant. Je suis confiant ; nous nous retrouverons un jour, en esprit, sur le chemin de Mars. Dans cette espérance je vous souhaite à tous un Noël serein, certes intériorisant le passé avec ses peines et ses joies mais surtout tourné vers l’avenir.

Image à la Une : Alain Souchier en train de travailler à son « VRP » (véhicule de reconnaissance de parois). Ce VRP repose sur des principes simples mais auxquels il fallait penser. Il pourrait avoir un grand intérêt pour l’exploration de Mars par missions habitées. En effet les parois ont une très grande importance pour les géologues car les strates qu’elles mettent en évidence sont une des clés essentielles de la compréhension de l’histoire géologique et on a beaucoup de mal à bien les observer. Les satellites prennent des photos à la verticale ou, au mieux, avec un angle d’autant plus fermé que la surface observée est proche et lorsque des hommes seront sur Mars, ils éviteront probablement les risques d’escalader en scaphandre des parois à très forte pente. Le VRP pourrait, lui, descendre le long des pentes tenu par des câbles que l’on déroule et prendre au passage des photos et recueillir toutes sortes de données.

Image ci-dessous, moteur Vulcain à propulsion chimique cryogénique de la fusée Ariane V :

Pour s’installer sur Mars l’homme devra utiliser les ressources locales

L’« ISRU », pour « In Situ Resources Utilization », est le concept qui, bien qu’il ait pu l’ignorer, a toujours été essentiel à l’homme pour explorer avec succès les terres lointaines. C’est ainsi que Lewis et Clark purent mener avec succès la première expédition du gouvernement des Etats Unis au travers du continent Nord-Américain (de 1804 à 1806) ; c’est ainsi que Roald Amundsen, avec ses chiens de traineaux, put prendre l’avantage sur Robert Falcon Scott, avec ses poneys, pour traverser le continent Antarctique (1911/1912). A un autre niveau les colons européens ne purent vraiment prospérer dans les pays où ils voulurent s’installer, qu’en acceptant de cultiver les produits locaux ou en élevant les animaux qui y avaient « toujours » vécu*. Nos explorateurs futurs réussiront d’autant mieux qu’ils voyageront dans le même esprit. Cette transposition est une des idées géniales qu’à exprimées en 1990, l’ingénieur en propulsion Robert Zubrin, fondateur de la Mars Society (en 1998). Elle a révolutionné la conception des missions habitées en les rendant possibles avec les technologies d’aujourd’hui.

*Les Américains ont été marqués par l’expérience catastrophique de la première colonie anglaise sur leur continent, Jamestown, fondée en 1607. Elle a failli échouer largement par inadaptation des colons au milieu.

Alors, sur Mars que peut-on trouver dont on puisse se servir ?

La réponse est « à peu près tout », moyennant bien sûr « quelques » adaptations.

(1) L’atmosphère d’abord. Contrairement à la Lune, sa rivale aux yeux des décideurs des politiques d’exploration, Mars dispose d’une atmosphère. Elle est certes ténue puisque sa pression est le plus souvent inférieur à 1% de celle de la Terre mais ses 611 pascals moyens (6 millibars) sont quand même « mieux que rien » et surtout elle est constituée pour 95% de gaz carbonique et pour 2% d’azote (laissons de côté les autres « petits » gaz). Or qui dit gaz carbonique dit CO2, c’est-à-dire oxygène et carbone donc, indirectement, méthane (CH4). Il est en effet facile d’obtenir ces deux molécules à partir du CO2. Il suffit d’ajouter un petit peu d’hydrogène (une partie pour dix-huit) pour mener à bien la réaction dite « de Sabatier » qui le permet. Et cet hydrogène on peut l’extraire de l’eau martienne. L’oxygène, vous savez ce qu’on peut en faire. On peut d’abord le respirer en ajoutant de l’azote (martien) afin d’obtenir un mélange relativement stable (risque d’embrasement de l’oxygène pur) et d’éviter l’hyperoxie (dommageable à long terme pour les organismes vivants, un peu comme de l’alcool trop fort). Par ailleurs le méthane brule dans l’oxygène et les deux constituent un couple parfait carburant / comburant (des « ergols ») pour alimenter les réservoirs des fusées de retour sur Terre (ou les transporteurs qui iront d’un point de la planète à l’autre). C’est autant qu’il ne sera pas nécessaire d’emporter de la Terre et cela tombe bien car nous avons précisément un problème de masse, aussi bien au départ qu’à l’arrivée. En attendant la preuve du bon fonctionnement de la fusée « BFR » (« Big Falcon Rocket ») d’Elon Musk, nous n’avons jamais eu de lanceur capable de placer plus de 130 tonnes en orbite basse terrestre (« LEO ») et de descendre plus de 20 tonnes en surface de Mars. Avec la BFR ces chiffres pourraient être portés à 180 tonnes en LEO et 100 tonnes sur Mars (le rapport masse en LEO et masse sur Mars étant amélioré par un réapprovisionnement des réservoirs du vaisseaux spatial en LEO par quatre vols de navettes cargo réutilisables). Mais de toute façon, même dans ce cas, on resterait confronté à un problème de capacité d’emport si on devait prendre avec soi les ergols minimum nécessaires au retour sur Terre en y ajoutant la masse du réservoir les contenant.

En fabriquant nos ergols sur place, on réduira de moitié la masse qu’il est nécessaire d’arracher à la gravité terrienne et de freiner pour descendre sur Mars. Il faut évidemment « sauter » sur cette idée. L’establishment du monde spatial a cependant été très long à le faire. Il a fallu la solide réputation de Mike Griffin** pour l’introduire officiellement dans la stratégie de la NASA après qu’il en ait été nommé Administrateur par le Président Georges W. Bush (en 2005). Après cela, il y eu encore plusieurs batailles d’arrière-garde contre le principe, au nom de la fiabilité des systèmes. Mais l’idée est tellement bonne qu’elle a survécu. Aujourd’hui, enfin, le test (partiel) du principe est à l’ordre du jour. Un générateur expérimental d’oxygène, « MOXIE », est prévu à bord de la mission « Mars 2020 » de la NASA. Reste à décider de tester la production de méthane. On y viendra ! Comme les institutions établies (y compris la NASA) sont excessivement prudentes, frileuses en face des idées non orthodoxes, et lentes à bouger, ce sera peut-être finalement Elon Musk et non la NASA qui le fera.

**Michael Griffin était Vice-administrateur de la NASA chargé de l’exploration en 1991 lorsque Robert Zubrin lui a présenté son concept. Il fut ensuite (1998) l’un des membres fondateurs de la Mars Society (américaine) à ses côtés.

A noter que la Lune, puisqu’elle n’a pas d’atmosphère, ne présente pas la même opportunités d’ISRU à partir de ces éléments. Ceci implique qu’on y apporte son carburant de retour. Il est certes plus facile de s’arracher à la gravité lunaire qu’à celle de Mars (deux fois plus forte) mais la consommation d’énergie supplémentaire est loin d’être négligeable. En fait comme le besoin en énergie d’une fusée spatiale est à plus de 95% constitué par la mise en orbite (LEO) et par la descente en surface (EDL), il n’est pas plus économique d’aller sur la Lune que sur Mars.

(2) L’eau évidemment. Il n’est plus nécessaire de démontrer que la glace d’eau est abondante sur Mars même si l’eau liquide est absente et donc l’environnement aride. On sait qu’en de nombreux endroits, même à l’équateur, des banquises enterrées seront accessibles à de simples engins de travaux publics. C’est là aussi une énorme différence avec la Lune où, en dépit de ce que ses partisans affirment, la glace d’eau est extrêmement rare. On en a certes repéré dans le fond, perpétuellement à l’ombre, de certains cratères des pôles mais cette eau serait difficile à extraire et ses volumes extrêmement limités. Sur Mars on pourra donc faire tout ce que sur Terre on fait avec de l’eau, en en étant économe tout de même (circuits fermés et recyclage).

(3) Le sol ensuite. Le sol de Mars contient tous les matériaux dont nous aurons besoin pour faire tous les objets dont nous aurons besoin, et envie ; le fer bien sûr mais aussi le carbone et l’hydrogène à partir desquels on pourra faire des plastiques, l’argile qui permettra les céramiques, la poussière qui une fois mouillée puis séchée donnera un excellent équivalent bêton, le « duricrete », et bien sûr on pourra faire pousser, dans des serres, ce qu’on voudra, soit dans le sol de Mars (après l’avoir débarrassé de ses sels de perchlorates et l’avoir fertilisé, bien sûr !), soit « hors sol » si cela s’avère trop difficile (ce sera certainement le choix au début). La clé pour l’ISRU du sol ce sera l’impression 3D. Archimède disait : « donnez-moi un levier et je soulèverai le Monde » ; en le paraphrasant, je dirais : « donnez aux pionniers qui se poseront sur Mars, une imprimante 3D et ils recréeront un Monde ». Bien sûr c’est un peu exagéré car il faudra beaucoup de temps avant que Mars dispose d’un artisanat et d’une industrie autonome lui permettant de fabriquer les instruments les plus sophistiqués et dont la vie de l’homme moderne ne peut se passer, mais fondamentalement la perspective semble vraiment crédible.

(4) Les sources d’énergie « locales » bien que réduites pourront être utilisées aussi pour faire fonctionner les machines martiennes. L’énergie libérée par la fission nucléaire sera très certainement nécessaire pour obtenir des puissances importantes et stables indispensables au fonctionnement d’une base martienne. Il faudra importer les premiers générateurs et les premières matières radioactives de la Terre car au début ces matières premières seront difficiles à produire et à raffiner sur Mars  mais on trouvera un jour des minerais les contenant et on parviendra à les traiter. L’énergie solaire sera aussi utilisée. Bien que l’irradiance solaire ne soit, à la distance de l’orbite de Mars, au mieux que la moitié de celle reçue à la distance de l’orbite terrestre, elle sera quand même suffisante au sol de la planète pour permettre l’utilisation de panneaux solaires. On pourra aussi recourir au solaire thermique en utilisant de grandes surfaces réfléchissantes. On peut enfin espérer pouvoir trouver quelques points chauds en surface qui nous permettront d’utiliser la géothermie, même s’il faudra probablement forer profondément pour trouver des différentiels de températures intéressants.

Comme vous voyez, l’ISRU a un bel avenir (et le commerce de masses lourdes entre la Terre et Mars en a très peu) non seulement parce que ce serait simplement utile mais d’abord parce que ce sera une nécessité. On peut penser que grâce à elle et au génie humain, l’évolution vers l’autonomie d’une colonie martienne se fera même si elle est longue et difficile.

NB: Je reprends le fil de ma série d’articles interrompue la semaine dernière pour donner mon opinion sur la nouvelle politique spatiale américaine. Vous pouvez (re) lire le précédent ici.

Image à la Une : Magnifique vue de Mars prise par le rover Spirit dans les Columbia Hills, à l’intérieur du cratère Gusev. Crédit Olivier de Goursac (lire son magnifique livre “Visions de Mars”, éditions La Martinière-Taillandier, publié en 2004). L’atmosphère de Mars est ici presque palpable.

ci-dessous: laboratoire MOXIE de la mission Mars 2020, crédit : NASA. Ce laboratoire expérimentera la production d’oxygène à partir de l’atmosphère de gaz carbonique de Mars.

Ci-dessous : photo de Robert Zubrin (à droite) lors de la démonstration d’une production de méthane et d’oxygène par réaction de Sabatier (1990).

La nouvelle politique spatiale américaine : déception et poudre aux yeux

Nous allons retourner sur la Lune et pour Mars on verra plus tard. Le Président Trump vient de définir sa politique spatiale et ma déception est à la hauteur de ce que je redoutais car elle exprime un manque total d’ambition et jette un maximum de poudre aux yeux du public. Il n’y a rien d’extraordinaire à répéter ce qui a déjà été fait il y a cinquante ans.

“NASA looks forward to supporting the president’s directive strategically aligning our work to return humans to the moon, travel to Mars and opening the deeper solar system beyond. This work represents a national effort on many fronts, with America leading the way. We will engage the best and brightest across government and private industry and our partners across the world to reach new milestones in human achievement. Our workforce is committed to this effort, and even now, we are developing a flexible deep-space infrastructure to support a steady cadence of increasingly complex missions that strengthens American leadership in the boundless frontier of space. The next generation will dream even bigger and reach higher as we launch challenging new missions, and make new discoveries and technological breakthroughs on this dynamic path.”

C’est la déclaration de l’Administrateur de la NASA par intérim, Robert Lightfoot, après l’annonce par le président Trump de sa politique spatiale incorporée dans un document nommé « Space Policy Directive 1 » ou « SPD1 », signé par le même ce lundi 11 décembre. Mon opinion, en utilisant une expression bien américaine, est que « this is pure bullshit ». Tout est là pour justifier cette expression un peu rude, la langue de bois d’abord, le nationalisme étroit et la grandiloquence ensuite, enfin l’art de « noyer le poisson ».

Il faut bien voir que le choix qui vient d’être fait est de reporter les missions habitées sur Mars « aux calendes grecques ». Commencer par la Lune c’est en effet bien choisir la Lune alors que rien n’impose cette priorité (on peut utiliser les mêmes lanceurs avec la même énergie), c’est mettre fin au projet de visite d’un astéroïde et c’est renoncer à Mars ainsi qu’à ouvrir « the deeper solar system beyond » en dépit de ce qui est dit. On ne peut poursuivre plusieurs objectifs à la fois et c’est le mauvais choix qui a été fait. Pour paraphraser John Kennedy, le président Trump a décidé de retourner sur la Lune et non d’aller plus loin, non parce que c’est dur mais parce que c’est facile, parce que ce but servira à maintenir l’emploi sans risque au sein d’une administration engraissée par des décennies de travaux inutiles (la construction puis l’exploitation d’une Station Spatiale qui tourne sans presqu’aucun objet autour de la Terre), à utiliser une très grosse fusée (le SLS) que cette même administration construit sans savoir quoi en faire, et parce que c’est un défi qu’il sera facile de relever même s’il ne présente aucun intérêt*.

*citation de John Kennedy dans son discours ouvrant la course à la Lune le 12 septembre 1962 :

“We choose to go to the moon in this decade and do the other things, not because they are easy, but because they are hard, because that goal will serve to organize and measure the best of our energies and skills, because that challenge is one that we are willing to accept…and which we intend to win.”

L’intention des Américains semble être de « marquer leur territoire » parce qu’il serait sans doute assez humiliant pour eux que les Chinois aillent sur la Lune avant qu’ils y retournent, et surtout de faire de la « comm » à peu de frais. En fait ils assurent le « service minimum » pour réaffirmer leur leadership ce qui n’est pas difficile vu leur passé et leur force technologique acquise, mais ils n’innovent en rien et ne repoussent pas d’un pouce notre nouvelle « frontière ». L’homme restera dans son environnement proche pour une durée indéterminée et peut-être pour toujours si le créneau technologique et financier ouvert aujourd’hui se referme pour une raison ou pour une autre.

Ce qui est grave dans cette histoire, c’est que l’exploration spatiale semble avoir perdu son âme. Le Président Trump a choisi mais il ne doit avoir qu’une très vague idée de la différence entre la Lune et Mars outre qu’ils apparaissent comme deux disques dans le ciel, l’un étant plus éloigné que l’autre. Ce qui est lamentable c’est le spectacle de tous les « groopies » qui l’entourent et s’émerveillent de la pertinence du choix de leur chef  (voir ci-dessous) ; c’est encore la satisfaction des industriels comme ceux de Lockeed Martin qui se moquent pas mal de l’objectif pourvu qu’ils aient des contrats et qu’ils soient bien payés.

Ce qui est pire c’est que l’exploration de Mars par missions habitées doive attendre et que même, l’étape lunaire risque de nous y faire renoncer alors qu’elle serait indispensable sur le plan scientifique, sans même considérer la création d’une colonie. Contrairement à la Lune sur laquelle on peut commander en direct toutes sortes d’engins robotiques, l’exploration scientifique de Mars nécessiterait une présence humaine car ce serait le seul moyen d’éviter le « time-lag » de 3 à 22 minutes dans chaque sens imposé par la limitation de la vitesse de la lumière à 300.000 km/s combinée à la distance qui nous sépare. Contrairement à la Lune, Mars a connu une vie géologique active pendant plusieurs centaines de millions d’années alors que la Lune est un astre quasiment mort-né. Mars peut nous apporter des informations capitales sur l’amorce du processus de vie, la Lune n’a pratiquement aucun mystère à nous révéler et ne peut même pas sur la formation du système solaire, nous apporter les informations que peuvent nous procurer les astéroïdes (elle n’est intéressante que pour l’effet que sa masse a sur la Terre). Ce que l’on peut craindre c’est que, par suite de la reprise d’une exploration décevante de la Lune et de la très grande difficulté à y implanter une base permanente (manque d’eau, manque d’atmosphère, gravité très faible, nuits de 14 jours, pauvreté minéralogique du sol, radiations trop fortes), le public, ne faisant pas la différence entre les deux astres, soit à nouveau déçu et que cette déception mette un terme aux projets d’exploration de Mars par vols habités.

Certains diront que ce pessimisme n’est pas de mise et que les missions habitées sur la Lune seront un entrainement, une préparation pour les missions habitées sur Mars mais ce n’est pas vrai, les deux astres sont très différents et la préparation pour l’exploration ne peut être la même. Mars est beaucoup plus loin que la Lune et autant il est facile d’approvisionner les hommes sur cette dernière, autant ce sera difficile sur Mars vers laquelle on ne peut s’élancer que tous les 26 mois ; la problématique du « support-vie » est donc totalement différente. La poussière lunaire, absolument non érodée, très fine et aux formes non émoussées par une érosion quelconque, pose des problèmes de santé sans comparaison avec la poussière martienne. Il n’y a aucune précaution biologique à prendre vis-à-vis d’éventuelle vie lunaire alors qu’il y en a un minimum sur Mars. Lutter contre la gravité lunaire sera beaucoup plus difficile que de travailler et de vivre en gravité martienne (le double, 0,38 g contre 0,16 g). Sur la Lune il n’y aura pratiquement rien à faire sinon à se balader et à prendre des photos de la Terre alors que sur Mars il y a toute une recherche géologique et biochimique à mener dont nous avons besoin pour comprendre nos origines. Compte tenu de sa pauvreté en ressources locales et aussi de sa proximité, il est totalement exclu qu’une colonie sur la Lune devienne jamais autonome par rapport à la Terre et en cas de catastrophe notre satellite trop proche ne pourrait jamais constituer un conservatoire ou une base pour permettre à notre civilisation de subsister puis de refleurir.

La décision de Donald Trump est donc bel et bien une vraie catastrophe pour les personnes qui comme moi, voudraient qu’enfin l’humanité devienne un jour une espèce multiplanétaire. Comme l’Europe n’est pas intéressée et n’a pas les moyens d’une exploration de Mars par vols habités, le seul espoir qui nous reste est qu’Elon Musk gagne suffisamment d’argent pour mener à bien indépendamment son propre projet.

 

Image à la Une: signature du SPD1 par le Président Trump le 11 décembre 2017 

Exemples des flagorneries de l’« establishment » américain :

Brian Babin, président du “House Space Subcommittee”:

“By signing this space policy directive and refocusing America’s space program on human spaceflight exploration, the president has ensured America’s leadership in space and prioritized our return to the moon and future manned missions to Mars. Under the president’s leadership, we are now on the verge of a new generation of American greatness and leadership in space — leading us to once again launch American astronauts on American rockets from American soil.”

Lamar Smith, president du “U.S. House Science, Space and Technology Committee”:

“By signing this directive, President Trump has again shown that, under his administration, America will be a leader in space exploration. Going back to the moon as the precursor to further exploration will enable NASA to test new systems and equipment critical for future missions, like the human exploration of Mars. Going back to the moon achieves more than just the practical benefits; it will teach our children and grandchildren to dream big and strive to achieve what others think impossible. The innovations, inventions and ideas that they come up with, inspired by exploring the moon and Mars, will fuel future aspirations to explore worlds beyond Mars. This administration’s dedication to space is a refreshing change from the past eight years.”

Mary Lynne Dittmar, CEO de la “Coalition for Deep Space Exploration”:

“After 45 years, it is time to return humans to the region of the moon even as we look toward Mars. The Coalition is proud to support NASA and to help bring about this exciting future. We congratulate the Trump administration on its bold vision and commitment to American leadership in space. … NASA’s flagship programs for human space exploration — the Orion crew vehicle and the Space Launch System (SLS) rocket — supported by ongoing research on human health and performance conducted on the International Space Station — will take a major step to fulfilling this vision beginning with Exploration Mission 1 targeted for late 2019.”

Eric Stallmer, président de la “Commercial Spaceflight Federation” (“CSF”):

“We applaud President Trump for signing Space Policy Directive 1, which directs NASA to partner with the U.S. commercial space industry to return Americans to the moon. The U.S. commercial space industry has invested hundreds of millions of dollars in private capital to develop innovative capabilities for lunar transport, operations and resource utilization. CSF recommends that the administration challenge NASA to leverage these commercial capabilities to generate greater efficiency, and to partner with industry through flexible, innovative contracting approaches to achieve the goals set out in Space Policy Directive 1 as quickly as possible.”

Représentant de Lockeed Martin:

“We support the president and vice president’s vision and commitment to return America to the moon. The aerospace engineering company is a contractor for NASA and is currently working on the Orion Multipurpose Crew Vehicle that will carry astronauts beyond Earth orbit. A lunar mission with today’s technology would further our understanding of the moon’s history and resources. And it will build a strong foundation that will not only accelerate the U.S. to Mars and beyond. It will foster a thriving new space economy that will create jobs and drive innovation here on Earth. With the Orion deep-space vehicle and our prototype orbital lunar habitat making outstanding progress, we are ready to help the nation achieve this bold new vision.”

Pour vivre sur Mars, la première des priorités sera la production d’énergie

Mars est sûrement le moins inhospitalier des corps célestes aujourd’hui accessibles mais aucune vie « hors cocon » très structuré, n’y sera possible. L’homme ne pourra y séjourner et a fortiori s’y installer sans un sérieux support énergétique. Des solutions ont été imaginées pour le créer. Elles peuvent sans nulle doute être mises en œuvre mais elles ne permettront qu’un développement progressif, lent et probablement limité de la population.

En effet Mars n’a certainement pas connu la riche production biologique qu’a connu la Terre et notamment l’explosion de vie du Carbonifère. Cela implique qu’il n’y a ni charbon ni pétrole ni autres hydrocarbures fossiles. Il n’y a pas non plus d’eau liquide et il ne peut donc y avoir de fluide qui par gravité ou force de courants, pourrait actionner des turbines. Pour ce qui est de l’éolien, on aura pratiquement la même limitation. En effet, même si les vents peuvent déplacer les particules fines de poussière à de très grandes vitesses (comme sur Terre), leur force est limitée en proportion de leur densité et cette densité est extrêmement faible en raison du faible volume de l’atmosphère, de la faible force de gravité, et de la très faible pression atmosphérique qui en résulte (6 millibars en moyenne). Pratiquement, lors des plus fortes tempêtes de 300 km/h, les vents auront une force ressentie de quelques 50 km/h seulement. En temps “normal” donc, la force du vent sera totalement insuffisante pour faire tourner les pales d’une éolienne.

Il reste heureusement plusieurs sources possibles d’énergie*,  le nucléaire, le solaire, la géothermie, mais elles risquent de n’être pas aisées à mettre en œuvre.

*Je parle ici d’énergie primaire puisque c’est cela dont nous avons d’abord besoin dans un environnement totalement vierge.

Dès les premières missions habitées le générateur à fission nucléaire sera la solution à privilégier. C’est en effet le dispositif fournissant la puissance nécessaire, le plus compact (il le faut car il doit être transporté depuis la Terre !) et le moins difficile à mettre en service. Un tel générateur, délivrant 40 kWe (en continu, sur environ 10 ans), aurait d’après les études faites par la NASA pour les premières bases (peut-être une douzaine de personnes), une masse de moins de 5 T et un encombrement en configuration de transport de 7m x 3,3m. Il faudra lui ajouter un radiateur (« source froide ») dont la taille variera en fonction de la chaleur à évacuer (donc de la puissance choisie pour le générateur). On pourrait pour la suite (en fonction du développement de la population) utiliser des générateurs dont le cœur nucléaire fonctionnerait à une plus grande puissance (400 kWe, sur 25 ans, proposé par Mars Homestead*). La charge nucléaire resterait la même mais le radiateur devrait avoir une capacité thermique bien supérieure (c’est le facteur limitant). Cette production thermique est à la fois un problème (son évacuation) et une ressource car on peut concevoir de la capter au moins en partie par un liquide caloporteur (dans un échangeur de chaleur) plutôt que de la dissiper dans l’environnement, et de la transmettre à la base pour toutes sortes d’utilisations (dont le chauffage).

*http://www.marsfoundation.org/docs/

La deuxième source d’énergie qui devrait s’imposer, également dès les premières missions habitées, est le solaire. Les rovers précédant Curiosity (les « MER », en particulier Opportunity) utilisent des panneaux solaires. Ils présentent le même intérêt de durabilité que le nucléaire (pourvu qu’on les nettoie !) mais leur puissance par surface unitaire de panneau est faible, 140 W au mieux, dans le cas d’Opportunity (à peine plus qu’une ampoule domestique moyenne) et ils ne fonctionnent évidemment pas la nuit, ni quand il y a des tempêtes de poussière (non exceptionnelles) et beaucoup moins pendant l’hiver austral où l’irradiance chute jusqu’à 492 W/m2 (sur Terre environ 1400 W/m2) du fait de la forte excentricité de l’orbite de la planète. Pour faire face à la durée  (et aux rigueurs) de la nuit, le dispositif est complété par une batterie au lithium, accumulant pendant le jour, et par un tout petit peu de matière radioactive (chauffage). Il faut donc imaginer la surface collectrice énorme dont on aurait besoin, même pour une petite colonie (plusieurs hectares). Faire venir la quantité de panneaux nécessaire de la Terre représente un transport de masse très important (rappelons que la plus grosse fusée à l’étude, la BFR d’Elon Musk, ne pourra transporter que 100 tonnes sur Mars) et forcément limitatif. Alternativement produire les panneaux sur Mars, serait encore plus difficile (la pureté de silicium requise est de 99,9999%). Le solaire ne pourra donc être très vite, qu’une source d’appoint ou un back-up.

Une troisième source d’énergie primaire intéressante car inépuisable et perpétuellement renouvelable, serait la géothermie. Il est tout à fait probable que l’on trouve à la surface de Mars comme on en trouve à la surface de la Terre, des « points chauds », c’est-à-dire des lieux où le manteau de Mars (ou ses extensions volcaniques) ne sont pas trop éloignés du sol. En ces endroits on pourra forer des puits par lesquels on fera descendre, par canalisation, de l’eau jusqu’aux couches de roches chaudes pour les récupérer ensuite en surface par une canalisation remontante (boucle fermée).

Si l’on considère les sources d’énergie secondaires, on a plusieurs possibilités, la réaction du méthane avec l’oxygène, la pile à combustible au méthanol, la réaction de l’hydrogène avec l’oxygène.

La première devrait être la combustion du méthane dans l’oxygène. Comme le préconise Robert Zubrin, il faudra installer lors du premier vol robotisé préparatoire de la première mission humaine, un laboratoire de production de méthane et d’oxygène à partir du gaz carbonique de l’atmosphère, moyennant un apport d’hydrogène (extrait de la glace d’eau martienne). On devrait pouvoir, d’après ses plans, en six mois, avec un seul RTG d’une puissance de 80 kWe, constituer un stock de carburant et comburant de 106 tonnes suffisant pour renvoyer un vaisseau de 25 tonnes de la surface de Mars vers la Terre (mais il faudrait 1000 tonnes d’ergols pour faire repartir un BFR). On peut penser que, en fonction des capacités énergétiques installées sur Mars, une quantité de méthane et d’oxygène excédant les besoins de propulsion des fusées, pourrait alimenter toutes sortes d’équipements et d’installations. L’oxygène, de son côté, pourrait naturellement être utilisé pour le renouvellement de l’atmosphère des bulles viabilisées. Le méthane (CH4) pourrait être partiellement transformé en méthanol (CH3OH). Il suffirait pour cela de lui ajouter un atome d’oxygène (moyennant un peu d’énergie primaire tout de même). Ce méthanol pourrait être utilisé pour faire fonctionner, avec de l’hydrogène et de l’eau (de provenance martienne), des piles à combustible au méthanol.

Avec l’hydrogène et l’oxygène (toujours extrait de l’eau martienne), on peut aussi envisager une combustion d’hydrogène dans l’oxygène (attention, l’hydrogène a une volatilité beaucoup plus grande que le méthane). Le processus peut être intéressant pour la propulsion de divers véhicules.

Au-delà il faut faire confiance à l’avenir. Sans nul doute le taux d’efficience énergétique des panneaux solaires continuera à progresser. On parle aussi des piles au sodium qui pourrait remplacer les piles au lithium, ce dernier élément étant sans doute aussi rare sur Mars que sur Terre alors que le premier l’est beaucoup moins. On peut aussi, à un horizon plus lointain, envisager des installations qui permettront d’extraire, de raffiner des matériaux radioactifs locaux, type uranium, pour les utiliser dans les centrales à fission nucléaire. Ce qu’on peut retenir c’est qu’on pourra capter de l’énergie sur Mars, que c’est une priorité absolue d’en disposer pour toute « aventure » humaine sur place mais que la planète est quand même moins bien dotée que la Terre pour en produire.

Image à la Une: Vue du projet de base envisagée par Mars-One. On remarque devant les habitats blancs apportés par les vaisseaux spatiaux, plusieurs files de panneaux solaires, également importés. La quantité nécessaire reste à discuter. L’illustration est peut-être “optimiste”.

Image ci-dessous : Schéma NASA d’un générateur électronucléaire conçu pour la phase d’exploration (donc très faible population). Vous remarquerez la taille du radiateur par rapport au personnage à droite du générateur pour donner l’échelle:

 

L’énergie sans laquelle rien n’est possible

Comme chacun sait, l’énergie a quelque chose à voir avec la masse et la vitesse. Les corollaires sont la distance que l’on peut parcourir et le temps nécessaire pour le faire. Dans ce contexte, on peut être soit passif vis-à-vis de l’énergie, la recevoir (ou recevoir les particules qu’elle transporte), soit actif, la capter et l’utiliser pour exercer une poussée et se déplacer. Observer en recevant semble évidemment plus facile. On reçoit sur Terre, tous les rayonnements et toutes les particules qui circulent dans l’univers à la vitesse maximum de 300.000 km/s. Il s’agit d’analyser ces rayonnements et particules pour le comprendre et cela est moins facile. C’est toute la science de l’astronomie et de la spectrométrie (analyse de la lumière ou autres rayonnements émis ou réfléchis).

Exercer une poussée pour « aller sur » où « aller voir » est l’alternative. Savoir l’utiliser est la science de l’astronautique (évoquée dans mon article précédent). Notre rayon d’action dans ce cas est forcément limité. Il l’est (1) par la vitesse de la lumière, qu’on ne peut même pas rêver d’approcher au-delà d’un certain seuil (peut-être 0,2c soit 60.000 km/s et nous en sommes très loin) compte tenu des conséquences sur les masses et sur le temps lui-même (vitesses « relativistes »* qui commence vers 0,1c), et (2) par la durée de notre vie compte tenu des distances à parcourir. La sonde Voyager, l’objet fait de main d’homme qui est le plus loin de la Terre ne s’en trouve qu’à 20 heures-lumière et elle en est parti en 1977 (elle s’éloigne actuellement du soleil à 17 km/s) ! Alpha du Centaure qui est l’étoile de type solaire la plus proche est à 4,37 années-lumière. Notre galaxie a un diamètre de 100.000 années-lumière !

*Une vitesse relativiste est une vitesse à laquelle les effets de la relativité restreinte deviennent non négligeables. Ainsi le temps s’écoulerait plus lentement pour le passager d’un vol se déplaçant à une telle vitesse, que pour les hommes restés sur Terre. On peut penser que la distorsion de temps ne serait pas trop grave pour des voyages « courts » et une vitesse proche du seuil de 0,1c

Que ce soit par missions robotiques ou par missions habitées, notre domaine d’évolution astronautique est donc restreint à notre système solaire tant que nous ne maîtrisons pas d’autres systèmes de propulsion que ceux d’aujourd’hui. De toutes façons, ce domaine restera limité par le temps et par la quantité d’énergie que l’on peut utiliser (masse et puissance), à notre système et à ses proches voisins. Mais quelles sont les formes possibles de cette énergie ?

La plus simple, et qui reste incontournable pour le décollage du fait de son « impulsion spécifique », « Isp », très élevée (force qu’elle procure à un moteur en fonction de la quantité de carburant consommée par unité de temps) et de sa capacité polluante acceptable, est la propulsion chimique, un oxydant et un réducteur (« propergols ») qui réagissent à forte pression dans une chambre à combustion, l’énergie thermique ainsi dégagée étant convertie en énergie cinétique, propulsive par détente dans une tuyère. Comme couple oxydant / réducteur, le plus évident est l’hydrogène brûlant dans l’oxygène mais une bonne alternative à l’hydrogène est le méthane (CH4). Il s’évapore moins facilement des réservoirs et on pourrait facilement l’extraire de l’atmosphère de CO2 de Mars en combinant ce gaz avec l’hydrogène de l’eau martienne, en présence d’un catalyseur de nickel (réaction dite « de Sabatier » qui date de la fin XIX / début du XXème siècle).

Les problèmes de l’énergie chimique sont la masse des ergols nécessaires pour la produire (et à arracher à la gravité planétaire) et son corollaire, la faible durée pendant laquelle la poussée qu’elle génère peut s’exercer (la masse brulée s’épuise vite). Le principe consiste donc à utiliser deux ou trois combustions successives : au sol pour le décollage, puis pour l’élancement du deuxième étage (les deux ne peuvent faire qu’un seul) pour mise sur orbite de parking et enfin, à un certain point de l’orbite de parking, pour injection sur un arc d’orbite circumsolaire vers l’objectif planétaire à atteindre. Il ne faudra alors plus que quelques petits ajustements (« corrections de trajectoire »), par des impulsions complémentaires très brèves et relativement peu consommatrices d’ergols pour arriver dans l’environnement visé. Si l’on veut ensuite « descendre » en surface de la planète sans s’y écraser, c’est une autre histoire, celle de l’« EDL » (« Entry, Descent, Landing »). Disons rapidemment que l’EDL est comparable à la mise en orbite (nécessité d’une poussée forte et très rapide) mais qu’à la différence de la mise en orbite, on peut tirer profit de l’atmosphère, quand il y en a (!) pour diminuer la consommation d’énergie. Mars en a un peu et l’économie qu’elle procure n’est pas négligeable.

L’énergie nucléaire est une alternative à la propulsion chimique mais uniquement pour la phase suivant l’injection transplanétaire. Au sein de celle-ci il faut distinguer la propulsion nucléaire thermique (« NTP ») et la propulsion nucléaire électrique (« NEP »). Dans le premier cas on éjecte par une tuyère de l’hydrogène préalablement chauffé par un réacteur. C’est intéressant sur le plan des masses d’ergols puisqu’on obtient la même poussée qu’avec la propulsion chimique mais avec la moitié de ce qu’elle consomme. Malheureusement le réacteur nucléaire est très lourd, les réservoirs d’hydrogène très volumineux et les tests sur Terre (ou l’utilisation dans l’atmosphère) pratiquement exclus (risque de retombées radioactives). La propulsion nucléaire électrique (moteurs « RTG » pour « Radioisotope Thermoelectric Generator ») est encore plus intéressante sur le plan de la consommation des ergols car on peut réduire leur masse de 5 à 10 fois. Le système fonctionne en boucle fermée et peut donc être beaucoup mieux sécurisé. Il ne fait que fournir de l’électricité à des propulseurs électriques (la chaleur résultant de la desintegration du combustible radioactif est transformée en électricité). Ceux-ci ionisent un gaz pour former un plasma qui est ensuite accéléré par des champs électriques et magnétiques. Le problème de cette NEP c’est que la poussée, proportionnelle à la puissance que l’on peut raisonnablement produire est très faible (quelques kW). Son avantage c’est qu’elle peut durer très longtemps. Les Américains l’utilisent donc pour la propulsion de petites masses (hors sphère de Hill terrestre c’est à dire lorsque le vaisseau ne peut plus retomber sur Terre !) pour le fonctionnement des appareils en alternative aux panneaux solaires (Apollo, Pioneer, Voyager, Viking, Galileo, Ulysses, New Horizon, Cassini, Curiosity) notamment pour les missions lointaines, dans des zones où l’irradiance solaire est devenue trop faible du fait de la distance.

On a le même problème de puissance avec l’énergie photonique provenant du rayonnement solaire. En effet le flux de photons de l’étoile (notre soleil) est constant mais sa poussée est très faible. On peut donc l’utiliser comme la propulsion nucléaire électrique une fois que la sonde ou le vaisseau sont lancés dans l’espace pour les accélérer, très lentement mais continument. Une difficulté complémentaire mais rédhibitoire (en fonction des objectifs !) vient de ce que plus on s’éloigne du soleil, plus l’intensité du rayonnement diminue. Déjà au niveau de l’orbite martienne l’irradiance est légèrement inférieure à la moitié de ce qu’elle est à celui de l’orbite terrestre. Une solution à l’étude est d’utiliser un rayonnement photonique actif plutôt que passif, c’est-à-dire de pousser la voile non pas avec le rayonnement de l’étoile mais avec la lumière de lasers. C’est ce qu’étudient actuellement les ingénieurs participants au projet Breakthrough Starshot qui se proposent d’envoyer des microsondes dans le domaine d’Alpha Centauri. Mais pour les masses importantes (les missions habitées) c’est encore de la science-fiction car cette propulsion ne peut être vraiment efficace (et d’autant plus efficace) que si la masse à déplacer est faible.

Il faut donc espérer des progrès dans le domaine de la propulsion photonique ou de la propulsion nucléaire électrique mais ce n’est pas demain, hélas, que l’on pourra voir voler de beaux vaisseaux comme le Dragonfly de Robert Forward ou l’Hermès du film « Seul sur Mars ». En attendant ces magnifiques « clippers », nous devrons nous contenter de notre « caravelle » à propulsion chimique (ce qui n’est déjà pas si mal). Il nous faut être patients et accepter des voyages assez longs (six mois tendant vers quatre, voire trois mois pour aller sur Mars).

De toute façon pour décoller et aller jusqu’à l’orbite de parking avant le grand départ, étant donné que la NTP est exclue pour le risque qu’elle représente, aucune autre énergie n’est suffisamment puissante (on pourrait dire « brutale ») que l’énergie chimique pour arracher les vaisseaux à l’attraction terrestre. La limitation vient de ce qu’il faut donner très rapidement une poussée supérieure à la masse soulevée et pour atteindre la puissance nécessaire il faut consommer énormément d’énergie. Par exemple pour soulever un vaisseau de 4400 tonnes comme le BFR d’Elon Musk (chargé d’ergols) et le placer en orbite terrestre « de parking », il faudra avec un lanceur (« 1er étage ») exercer une poussée initiale de 5400 tonnes (pour référence la masse de la Tour Eiffel est de 10.100 tonnes). Une fois la poussée effectuée, le réservoir du lanceur sera presque vide et il redescendra sur Terre, ne laissant en orbite que les 180 tonnes « sèches » du vaisseau (les réservoirs du vaisseau seront remplis ensuite à nouveau par une succession de quatre vols avitailleurs).

Capter et utiliser l’énergie est difficile. L’homme s’y emploie depuis l’aube des temps. Les progrès récents nous ouvrent des perspectives extraordinaires. Ne nous refusons pas le plaisir de saisir les opportunités qu’elles nous permettent, et de rêver aux autres.

Image à la Une: BFR (“Big Falcon Rocket”, SpaceX) au sol. La taille du petit personnage en dessous à droite, donne l’échelle ! Le lanceur fait 58 mètres, le vaisseau 48 mètres, le diamètre 9 mètres, le total 106 mètres. L’essentiel de la longueur du lanceur correspond au réservoir. 

Image ci-dessous: vue des moteurs du BFR, à droite les 31 moteurs Raptor du lanceur; à gauche les 4+2 moteurs du vaisseau spatial :

Image ci-dessous: vue d’artiste d’une voile Solaire conçue par le « In-Space Propulsion Technology Office » du « Marshall Space Flight Center » de la NASA, à Huntsville (Alabama). Le programme de cet office est conduit par le Centre Marshall pour le compte du « Science Mission Directorate » de la NASA.

Voyager dans l’Espace profond grâce à la science astronautique

L’astronautique, une navigation à l’intérieur d’un mécanisme d’horlogerie à de multiples dimensions.

La possibilité de répondre avec réalisme à l’appel de l’espace profond, évoquée dans mon précédent article*, passe d’abord par la maîtrise de la science astronautique. Avant son développement, rendu possible par les progrès en chimie, en physique des matériaux, en science de la propulsion, nous ne disposions pour connaître notre environnement spatial, que de l’astronomie. Cette autre science, très ancienne, est essentiellement passive d’un point de vue énergétique, dans le sens où l’on reçoit l’énergie émise ou réfléchie par les astres et l’on s’efforce (avec de plus en plus d’intelligence et de succès) de comprendre son origine et ses implications multiples. L’astronautique est au contraire, de ce même point de vue énergétique, active, dans la mesure où l’on s’efforce d’utiliser en la contrôlant, une énergie de plus en plus puissante, pour aller vers les astres.

*L’appel de l’espace profond (est-ce réaliste d’y répondre et jusqu’où peut-on envisager d’aller ?)

Nous sommes à l’aube de l’ère spatiale, avec des possibilités théoriques importantes que l’on commence à mettre en œuvre ou que l’on entrevoit mais avec des limitations pratiques terribles qui ne nous permettent d’envisager que des déplacements à l’intérieur proche de notre système stellaire (solaire). En clair la seule énergie que l’on peut utiliser vraiment ou pour l’essentiel (j’y reviendrai) est l’énergie chimique et elle implique l’emport d’une masse considérable d’ergols (carburant plus comburant) et de réservoirs les contenant qu’il faut arracher à la gravité terrestre aussi bien que la charge utile qui « pèse » beaucoup plus lourd (une vingtaine de fois!) que cette charge utile et qui en plus se consume / consomme très vite, étant juste suffisante pour nous arracher à la gravité terrestre et nous donner quelques « petits » kilomètres par seconde en plus des 30 kilomètres par seconde de vitesse de la Terre autour du Soleil.

On est ainsi amené à aborder l’autre contrainte majeure du voyage qui est celle de la distance et donc du temps. Il faut avec notre « petite » vitesse acquise relativement à celle de la Terre, six à neuf mois pour aller sur Mars dans les meilleures conditions, environ 3 ans pour aller dans le domaine de Jupiter, environ 6 ans dans celui de Saturne. Comme cette contrainte est évidemment liée à celle de l’énergie consommée, on retombe sur un problème de masse si l’on veut réaliser des déplacements un peu moins longs. Ainsi Elon Musk envisage des voyages de  quatre (ou même trois !) mois seulement pour aller sur Mars (après un certain temps et la réalisation de quelques progrès technologiques) mais la vitesse nécessaire pour ce transit rapide implique une augmentation très forte de la consommation d’énergie, donc une limitation très forte de la masse utile transportée. In fine on choisira sans doute neuf mois pour les vols cargo et cinq mois pour les vols habités.

L’homme se trouve donc aujourd’hui vis-à-vis de l’espace comme il se trouvait vis-à-vis de l’océan au temps des caravelles. Il peut y faire quelques incursions mais il doit recourir à toutes les finesses de sa réflexion et de son imagination pour utiliser au mieux par des capacités limitées, des forces qui le dépassent infiniment. Pour pallier aux difficultés propres à l’énergie qu’il peut embarquer, il va ainsi jouer avec la gravité des astres et avec les dates du temps (les « fenêtres de tir »). L’astronautique est la science qui combine toutes ces possibilités et ces contraintes et c’est donc bien une science de la navigation.

De ce fait, la ligne droite n’est pas, ne peut pas être, la trajectoire d’un voyage spatial. En effet, après s’être hissé en « orbite de parking » (pour simplifier, « LEO » – pour « Low Earth Orbit ») au prix d’une « vitesse de satellisation minimale » de 7,9 km / seconde, le vaisseau va attendre de se trouver dans la meilleure position en fonction de sa destination, pour donner une impulsion supplémentaire (qui implique une consommation d’énergie supplémentaire !) pour gagner au moins 3,3 km/s de vitesse et ainsi atteindre la vitesse de 11,2 km/s, minimum, pour se libérer (« vitesse de libération ») de la force d’attraction de la gravité terrestre en vue d’atteindre cette destination. Il va chercher à bénéficier au maximum de la vitesse de la Terre par rapport au soleil pour profiter de cette dernière (sauf évidemment s’il ne va que vers la Lune qui fait partie de son propre système), comme un petit caillou dans une fronde.

Une fois « libéré » le vaisseau va rester pendant un certain temps sous influence résiduelle terrestre (ce qui va le freiner encore un peu). On dit qu’il va sortir progressivement de sa sphère de Hill (ou de Roche). Mais surtout il restera sous influence solaire, ce qui va le contraindre beaucoup plus longtemps (le seul vaisseau construit de la main de l’homme, à s’échapper de cette dernière est Voyager 1 lancé en Septembre 1977 par la NASA et qui se trouve aujourd’hui à la limite jusqu’où s’exerce cette influence, à quelques 21 milliards de km du Soleil). La contrainte solaire s’exprimera par une courbe, qui est un arc d’ellipse autour du soleil. C’est ainsi que l’on peut dire que la mission MSL (Curiosity) a atteint Mars après 567 millions de km alors que la distance maximale en ligne droite (lumière) n’est que de 400 millions de km (et que les deux planètes étaient distantes de 204 millions de km lors du lancement). La rectitude relative de la trajectoire et la vitesse à laquelle le vaisseau la parcourra, dépendra de la force de l’impulsion donnée au départ.

Sorti de la sphère de Hill, la vitesse ne sera que très peu freinée car l’attraction du soleil sera relativement faible et le vaisseau voyagera dans le vide (par définition sans atmosphère donc aucune matière “freinante”!). Ainsi une fusée partie de LEO avec une vitesse par rapport au soleil de quelques 33,3 km par seconde (30+3,3) aura encore une vitesse de 32,3 km/s au sortir de la sphère de Hill et d’un peu plus de 20 km par seconde en approchant de Mars 6 ou 8 mois plus tard (ce qui permet une capture gravitationnelle par cette planète).

Ensuite, le vaisseau spatial, s’il ne va pas vers les astres voisins immédiats de la Terre (et si ces astres, où les suivants en éloignement, se trouvent dans une configuration qui le lui permet), pourra bénéficier de leur puissance gravitationnelle pour accélérer et changer de direction. Ainsi on va chercher à utiliser Vénus pour rentrer sur Terre à partir de Mars si on repart dans les semaines suivant l’arrivée, ou bien Jupiter si on veut aller jusqu’à Saturne. C’est là où l’on peut réaliser que la date de départ d’un voyage est aussi essentielle que la puissance dont on dispose pour lancer le vaisseau dans l’espace, et on doit la choisir en fonction de la position où l’astre que l’on veut atteindre (ou utiliser) se trouvera quand arrivera l’engin qu’on y envoie. Dans l’exemple ci-dessus (mission MSL), Mars à la date du lancement du vaisseau qui devait l’atteindre, avait encore beaucoup de chemin à faire pour, en 8 mois et 17 jours de parcours de son orbite, atteindre le point de rencontre avec ce même vaisseau, à quelques 400 millions de km en ligne droite de la Terre.

L’astronautique n’a rien de simple mais elle doit respecter des règles extrêmement précises comme si elle devait servir à guider un objet à l’intérieur d’un mécanisme d’horlogerie ultra « compliqué » à plusieurs dimensions. On rejoint ici l’astronomie qui sert de toile de fond à tous ces déplacements. L’image horlogère est très ancienne et très vraie. C’est déjà ce qu’avait compris les civilisations antiques (pensez au mécanisme d’Anticythère) et c’est cette profondeur et cette complexité alliées à la précision extrême qui en font toute la beauté !

Image à la Une: exemple de trajectoires, les orbites de Cassini dans le système de Saturne, entre 2004 et 2017. Crédit image NASA/JPL-CalTech. Elles impliquent des corrections de trajectoires faisant intervenir quelques impulsions énergétiques courtes à des moments très précis conjuguant vitesse de la sonde et proximité de l’astre.

Trajectoire Terre/Mars de la mission MSL (Curiosity). Crédit image : NASA/JPL-Caltech (ci-dessous):

L’appel de l’espace profond et la problématique du Voyage

Partir ! Partir loin ; partir au-delà de l’ISS, au-delà de la Lune ; partir voyager dans ce qu’on appelle l’« espace-profond » ; y vivre. C’est mon rêve comme celui de beaucoup de mes contemporains. L’opportunité apparaît nous être ouverte par l’évolution récente de nos technologies. Mais est-ce réaliste ? Et jusqu’où ?

NB : Le présent article et les suivants reprennent, après remaniement et quelques améliorations (je l’espère !), un des tous premiers articles de ce blog (« Voyage »). Il n’avait pas retenu beaucoup l’attention mais comme je pense qu’il est important, je lui donne une seconde chance !

Pour répondre à ces questions il faut considérer l’énergie dont on dispose pour se libérer de l’emprise de la gravité terrestre puis pour survivre; les moteurs et la « tuyauterie » capables de l’utiliser; la vitesse que l’on peut acquérir par rapport aux distances à parcourir pour aller « quelque part »; le volume où l’on va vivre, son enveloppe et ses équipements internes; les systèmes de support-vie que l’on peut faire fonctionner (auto-régénératifs de type MELiSSA, pour durer longtemps); les capacités de résistance de notre corps aux conditions extrêmes et notamment aux radiations spatiales et aux « débordements » d’activité de nos microbes commensaux (notre microbiote), de ceux de nos compagnons et de notre environnement qui tous voyageront avec nous à l’intérieur du super-microbiome d’un vaisseau spatial (avec ou sans notre autorisation) ; les compétences des membres de l’équipage forcément très réduit en nombre; les capacités de résistance et d’adaptation de notre esprit à un environnement particulièrement stressant ; nos chances de retour sur Terre, car pour le moment il n’est pas question comme certains l’envisagent avec inconscience, de ne pas revenir. Enfin je n’oublierai pas de mentionner un autre sujet qui n’est pas négligeable (mais pas non plus rédhibitoire), le coût, car il faut évidemment se payer le voyage.

L’objet de ce blog est de vous convaincre que la réponse, après étude sérieuse de ces sujets complexes et souvent interagissants, peut-être positive pourvu que l’on soit raisonnable. Cela ne veut pas dire que l’on ne prenne pas de risques importants (vitaux ou mortels selon le point de vue où l’on se place) mais que ces risques ne sont pas impossibles à prendre (c’est-à-dire qu’ils impliquent une trop forte probabilité de mort). Il faut donc être réaliste tout en restant audacieux. Dans ce contexte, notre objectif ne peut être aujourd’hui que la planète Mars parce qu’elle se situe à la limite de nos possibilités énergétiques et physiologiques, parce que son environnement est moins hostile que celui des autres corps célestes sur lesquels nous pourrions aller, qu’il nous offre des possibilités d’« ISRU » (« In Situ Resources Utilization ») qui nous dispenseront d’apporter trop de masse avec nous et parce que s’y établir serait une déclaration d’intention convaincante pour aller ensuite encore plus loin.

In fine ce qui est essentiel c’est de vouloir puisqu’on le peut.

Image à la Une: Aurora (ESA), credit ESA et Pierre Carril. Cette illustration a été commandée à Pierre Carril par l’ESA à l’époque du lancement du programme Aurora de cette dernière. Pierre Carril est l’un des meilleurs illustrateurs scientifiques français se consacrant à l’espace. Ses dessins sont toujours extrêmement rigoureux et porteurs de sens.