EMC18. Des robots et des hommes sur Mars sous le regard du Temps

Du 26 au 28 octobre la Mars Society Switzerland invite les membres des autres associations européennes de la Mars Society ainsi que le public intéressé par l’exploration de Mars par vols robotiques et la perspective des vols habités, à se réunir à La Chaux-de-Fonds. L’occasion est notre congrès EMC18, autrement dit « 18th European Mars Convention ». Vous, lecteurs fidèles ou qui venez de découvrir ce blog et qui l’appréciez, êtes les bienvenus à venir écouter (en Anglais !) les spécialistes parmi les mieux informés, faire le point sur la recherche mondiale ou leur propre travail et à leur poser des questions. Vous pouvez dès maintenant vous inscrire.

Notre hôte sera le Musée International d’Horlogerie (MIH). A cette occasion cette institution de la Suisse des microtechniques fera une exposition sur les horloges atomiques et leurs applications spatiales. Vous pourrez donc approfondir ou mettre à jour vos connaissances sur les méthodes et les instruments de mesure du Temps (avec ou sans guide). Vous réaliserez ou vous aurez la confirmation que l’aventure spatiale ne serait pas possible sans sa maitrise avec une précision toujours plus grande. Il s’agit en effet lors de l’injection sur une trajectoire transplanétaire, de mettre à feu les moteurs à un instant très précis en fonction de la position du vaisseau spatial, de la position future de l’astre à atteindre, de la puissance de poussée dont on dispose et de la masse à propulser ou bien, dans le processus de descente sur une planète (EDL), de dérouler une séquence d’interventions se succédant à de très courts intervalles, avec les « complications » nécessaires pour agir sur des éléments matériels (les moteurs, les ergols, la portance et la traînée du vaisseau) en fonction de conditions locales très lointaines et changeantes (la pression atmosphérique, les vents, éventuellement la poussière), avec un handicap résultant du décalage dans le temps causé par l’éloignement qui oblige à prendre en compte la vitesse de la lumière. Et rien n’est simple puisque cet éloignement varie entre 56 et 400 millions de km en conséquence de la vitesse relative des planètes sur leur orbite respective, donc entre et 3 et 22 minutes-lumière.

Le « temps » c’est aussi l’évolution du temps-court (journée et subdivisions) constaté sur Mars en même temps que sur Terre. La planète Mars tourne sur elle-même en 24h39 (un « sol »), ce qui est presque mais pas tout à fait notre jour de 24h00. L’homme pourra sans doute s’adapter à cette légère différence. Des expériences menées dans des cavernes (le spéléologue Michel Siffre pendant deux mois dès 1962 puis plusieurs fois ensuite) ont montré que notre rythme circadien se stabilisait vers 24h30. Ceci dit, dans ce cadre journalier, ni la subdivision horaire (pris pour 1/24ème d’un sol), ni les subdivisions inférieures (minutes, secondes) n’ont les mêmes durées sur Mars que sur Terre. Alors, devra-t-on vivre sur un temps martien ou garder le temps terrestre dont la base, la seconde, a été très précisément définie pour être universelle* ? La réponse n’est pas simple car d’un côté toutes nos machines fonctionnent avec le temps terrestre et les Martiens auront pendant encore très longtemps besoin de les importer ou, également, d’être en interactions très fréquentes avec la Terre ; d’un autre côté, ne vivre dans un environnement temporel martien qu’avec des référentiels différents de celles de la réalité vécue poserait problème car il faudra évidemment tenir compte de l’évolution de l’éclairage naturel au cours du sol et de la nuit. Par ailleurs, si l’on gardait les référentiels terrestres en ajustant chaque sol la durée du jour, quand ferait-on l’ajustement quotidien; la nuit ? Mais quand donc est « la nuit » sur une planète qui comme la Terre est en rotation sur elle-même ? Devrait-on ajuster son instrument de mesure du temps de 61minutes et 37 secondes ou d’un multiple de cette durée en changeant de fuseau horaire ? La réponse la plus simple serait de garder les deux référentiels de temps, de porter des montres ou de consulter des horloges « dual-time » comme celle réalisée par l’entreprise Vaucher Manufacture Fleurier (avec mes conseils) qui sera exposée au MIH pendant EMC18.

*« La seconde est la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l’état fondamental de l’atome de césium 133 ».

Le « temps » c’est aussi le temps-long (année et subdivisions). Mars parcourt son orbite en 686,971 jours (soit 668,5991 sols) à comparer à nos 365,256 jours. Bien que Mars connaisse comme la Terre des saisons (son axe est incliné de 25°19 sur l’écliptique à peu près comme la Terre qui est, elle, inclinée de 23°44), subdiviser son parcours autour du soleil en douze mois égaux regroupés en quatre saisons égales ne serait pas satisfaisant car ces mois en moyenne très longs (55,66 jours), ne correspondraient de ce fait pas aux nôtres dès le début de l’année (après 31 jours) et leur durée moyenne serait peu significative car la vitesse de la planète sur son orbite est très inégale (26,5 km/s au périhélie et jusqu’à 21,9 km/s à l’aphélie) compte tenu de l’excentricité de son orbite ( de 206,7 à 249,2 millions de km du soleil). La saison d’hiver de l’hémisphère australe est ainsi beaucoup plus courte que son été (situation évidemment symétrique pour l’hémisphère boréale) et il faudra cependant pouvoir se repérer facilement pour prévoir efficacement les programmes d’actions annuels, d’autant que le climat est extrême et les contraintes qu’il impose, incontournables. Là aussi les Martiens (résidents permanents comme temporaires) devront prendre en compte le déroulement du temps sur leur planète aussi bien que rester informés de celui de leurs correspondants sur Terre. Un référentiel martien avec des saisons martiennes (inégales avec des mois plus courts autour du périhélie) sera inévitable et le « dual time » s’imposera encore. Vous verrez comment suivre les deux à la fois sur l’extraordinaire horloge de Vaucher Manufacture Fleurier.

Le « temps » c’est encore celui de l’histoire de la planète. L’un des domaines principaux de recherche sera l’exobiologie. Or l’objectif principal sera sans doute de trouver des traces d’évolution organique remontant à plus de 3,5 milliards d’années et de les comprendre. Malgré la très faible érosion, cet éloignement dans le temps est considérable et les traces organiques ont forcément évolué y compris et surtout du fait du bombardement radiatif. Savoir lire cette évolution ressort sur Terre de la science bien établie de la « taphonomie ». Sur Mars elle devra trouver de nouveaux repères, d’autant plus difficiles à définir qu’on ne connaît pas le point de départ. Jusqu’à quel point les molécules complexifiées par le « réacteur biologique » martien ont-elles été ensuite altérées, est la grande question. Comment auront résisté au temps les polymères et leurs assemblements (pour ne pas parler d’organismes)? Les éléments chimiques seront-ils restés suffisamment expressifs au niveau isotopique ou structurel (énantiomères) ? Pourra-t-on se contenter de simples biomorphes sans risquer de prendre pour vivant ce qui résulte d’un processus naturel rare ? Au-delà, le temps a-t-il manqué pour que la vie commence (jusqu’à la « découverte » du processus de reproduction), ou au contraire la vie naissante s’est-elle arrêtée avant d’avoir atteint un niveau de complexité et de résilience suffisant, compte tenu de la détérioration des conditions environnementales ?

Le « temps » c’est enfin celui que nous mettrons, nous humains, pour nous décider à aller physiquement sur Mars, à nous y installer et faire le nécessaire pour acquérir une nouvelle autonomie planétaire. Elon Musk aura-t-il le temps (outre les moyens financiers et le succès technologique) pour concrétiser son rêve d’implantation humaine ? S’il échoue parce qu’il ne réunit pas les moyens financiers suffisants ou que son BFR ne peut voler, quelqu’un prendra-t-il la relève ? La NASA parviendra-t-elle à faire voler son SLS et se décidera-t-elle un jour à aller vers Mars plutôt que de s’encalminer sur la Lune ? Si cette étape est franchie, rien ne sera aisé sur Mars où aucune structure n’existe et où les conditions sont si difficiles (mais moins difficiles qu’« ailleurs »). Les premiers hommes pourront-ils supporter l’isolement, la vie encapsulée, la nourriture peu variée, les pannes énergétiques, les proliférations microbiennes dans les habitats ? Pourront-ils le supporter toute une vie et voudront-ils imposer ces contraintes à leurs descendants ? Les Terriens auront-ils de leur côté la patience de maintenir « à bout de bras » (c’est-à-dire de milliards de dollars) une colonie martienne pendant longtemps ? L’échappatoire serait la création de relations économiques fructueuses aussi bien pour les Terriens que pour les Martiens. Ce n’est pas impossible. Mars pourrait devenir un centre de recherche privilégiée pour toutes les technologies de l’environnement, du recyclage, de la production agricole, un laboratoire, peut-être une université, une « mine » de brevets, dans une certaine mesure un havre de tourisme. Et surtout, Mars n’étant pas la Terre, elle pourrait être un refuge aussi bien pour toutes les formes de vie que pour les hommes, un véritable conservatoire de la Terre…Mais le concrétiser sera forcément long.

L’homme est engagé dans une course contre le temps pour devenir une espèce multiplanétaire et se donner une chance d’éviter la décadence et/ou la disparition sur sa planète d’origine surpeuplée et saccagée*. Trop peu de nos décideurs semblent avoir conscience du danger, très peu de la crédibilité de la possibilité martienne. Aurons-nous le temps ?

*PS : Si les hommes parviennent à arrêter leur explosion démographique et la destruction de leur environnement terrestre avant qu’il ne soit trop tard, ce sera tant mieux mais cela n’exclut aucunement l’intérêt du saut vers Mars. Dans ce cas l’établissement sur une autre planète devrait être vu comme un ensemencement permettant le déploiement d’une seconde branche de l’humanité et donc un potentiel d’enrichissement civilisationnel.

Image à la Une: Le Mont Sharp au centre du Cratère Gale. Mosaïque de photos prise par le MastCam de Curiosity et assemblées le 22 mars 2018 (Crédit: NASA/JPL-Caltech/MSSS).  Cette zone est particulièrement riche en argile, donc très intéressante pour la recherche exobiologique…Bien entendu la présence de l’horloge atomique qui se trouve sur la droite de l’image résulte d’un montage. Elle illustre le fait que nous ayons choisi de tenir notre congrès EMC18 au MIH de la Chaux-de-Fonds et que le MIH prenne cette occasion pour faire une exposition sur les horloges atomiques et leurs applications spatiales.

Pierre Brisson

Pierre Brisson

Pierre Brisson, président de la Mars Society Switzerland, membre du comité directeur de l'Association Planète Mars (France), économiste de formation (Uni.of Virginia), ancien banquier d'entreprises de profession, planétologue depuis toujours.

11 réponses à “EMC18. Des robots et des hommes sur Mars sous le regard du Temps

  1. l’horaire martien constitue sans doute le cadet des soucis des spécialistes qui enverront les hommes sur la planète rouge, mais c’est un problème qui s’ajoute à la longue liste des défis à relever.
    S’il semble évident que l’horaire terrestre prévaut pour la mission globale (départ vers Mars, retour sur la Terre) pour éviter des sources d’erreurs avec conséquences fatales, les systèmes en rotation autour de Mars pourraient adopter un horaire martien pour s’adapter au cycle du jour de cette planète.
    Plutôt que de penser en heures, minutes et secondes, peut être faudrait-il compter en degrés d’angle sur 360°, ainsi il ne pourrait pas y avoir de confusion entre les 2 références. Quand les astronautes parlent en degrés , ils font référence à leur position sur Mars d’après le Soleil et quand ils font référence en jours, heures, ils font référence à la Terre. Les durées resteraient mesurées en heures, minutes, secondes que nous connaissons. Les mois ou les saisons n’étant pas encore d’actualité et les jours martiens ne seraient comptés que pour la durée d’une mission, donc “Mars 0” pour l’arrivée des astronautes jusqu’au départ du dernier , même si elle dépasse 1 année martienne.
    Bien sur qu’on peut imaginer d’autres systèmes de référence, mais comme l’ai mentionné, cela représente un problème mineur par rapport aux autres et à commencer par la charge utile à emporter afin de garantir la survie des êtres humains dans cet environnement hostile. Comme les fusées , autant SLS que Falcon, ne sont pas assez puissantes pour assurer l’emport de tout l’équipement en une seule fois, il faudra imaginer une flottille en 3 à 5 étapes coïncidant avec l’alignement des 2 planètes, les astronautes ne partant que quand tous les dispositifs arrivés sur Mars aient été vérifiés.
    Les missions Apollo s’étaient appuyées sur une douzaine de Saturne V et c’est à peu près le nombre de fusées à imaginer pour une seule mission vers Mars d’une douzaine d’années et d’un budget comparable, soit environ 100 milliards, qui n’est pas exagéré par rapport aux dépenses militaires américaines de 600 milliards par année (le projet du F35 a déjà englouti des centaines de milliards).
    J’imagine aussi que les hommes et femmes sélectionnés devront vivre ensemble et séparés du reste du monde dès le 1er jour de leur entraînement afin de se connaitre intimement pendant des années et qu’aucune surprise ne viennent entacher la mission. Ils pourront alors s’entraider et jouer l’esprit de groupe pendant cette expérience . Ils constitueront une sorte de micro colonie avant même leur départ.
    On pourrait appeler ce projet “Héraclès” en référence aux 12 travaux d’Hercule ( 12 ans de mission , 12 astronautes, 12 fusées ).
    Cela ne reste qu’une mission d’exploration spatiale qu’il ne faut pas lier aux problèmes écologiques terrestres, toujours priorité numéro une de l’espèce humaine qui n’a pas d’autres choix que notre bonne vieille planète verte et bleue si on ne veut pas qu’elle se transforme en désert !

    1. Pour le temps-court, votre solution revient à calculer selon des référentiels martiens pour ce qui est relatif à l’environnement martien et selon des référentiels terrestre pour les relations avec la Terre, ce que je préconise.
      Pour le temps long, actuellement le temps des missions est décompté depuis l’atterrissage de la sonde ou la mise en service de l’orbiteur. Il n’y a pas de raison que ça change. Si un jour une colonie martienne pérenne est créée, on adoptera sans doute la même référence (début de l’implantation) tout en conservant le temps universel terrestre.
      Pour la masse nécessaire à une mission habitée, vous voyez les choses plus difficiles qu’elles ne sont. Il suffirait d’une masse d’une quarantaine de tonnes sur Mars pour un séjour de 18 mois (nécessaire pour se retrouver en bonne position pour repartir sur Terre). C’est ce qu’a calculé Robert Zubrin (fondateur de la Mars Society) et ses calculs sont convaincants (voyez son livre “The case for Mars”). Ces 40 tonnes peuvent très bien être apportés par deux fusées de type Saturn V, ou SLS Heavy (et par une seule BFR si elle est réalisée).
      La première mission sur Mars ne sera certainement pas de douze ans mais de 30 mois (ce qui est déjà beaucoup) soit deux fois six mois de voyage et 18 mois de séjour sur place. On ne peut pas imposer aux premiers astronautes qui vivront sur Mars d’y rester plus que nécessaire (ces 30 mois sont imposés par la vitesse relative des planètes sur leur orbite respective et par la puissance de nos lanceurs).
      Pour ce qui est du coût, tout est très différent selon ce qu’on considère et qui va réaliser la mission (Elon Musk ou la NASA?), mais on peut dire que cette première mission habitée pourrait coûter une cinquantaine de milliards.

      1. Bonjour Pierre,

        Dans les romans “Mars la rouge” et si je ne me trompe, “Les enfants de Mars”, la solution adoptée au problème du temps sur Mars est de rajouter 39 minutes entre minuit et zéro heure.
        En aparté, ces deux romans sur le sujet tentent de respecter un tant soit peu la vraisemblance scientifique mais personnellement, j’adhère plus avec les thèse du second.

        1. Bonjour Xavier,
          Je connais la solution de ces romans mais cela ne fonctionne de façon acceptable que si on a une seule base habitée. Tout se complique avec la multiplicité des fuseaux horaires habités. Imaginez la complexité des communications si vous deviez ajouter des multiples d’une minute 37 secondes lorsque vous établissez des projections de temps dans votre journée avec quelqu’un distant de quelques fuseaux horaires, ou alternativement si l’ajout des 39 minutes se fait au même moment pour toute la planète (et donc pour beaucoup en pleine journée de travail).

        2. Bonjour,
          Entre “minuit et zéro heure” où? S’il y a plusieurs, implantations humaines à des méridiens martiens différents, cela introduira des décalages de temps non en heures entières entre celles-ci. Système trop compliqué et peu pratique. Comme le mentionne Pierre, la seule solution réaliste est un découpage régulier du temps tenant compte de la durée du jour martien et un système dual pour les contacts avec la Terre. On a bien ce système dans tous les aéroports terrestres par exemple, avec les heures indiquées en différents endroits de la planète, la seule différence c’est que là il y aura aussi les minutes qui seront différentes entre Mars et la Terre (C’est moins grave entre la Terre et Mars que d’avoir un tel décalage sur la planète elle-même, avec un découpage irrégulier en plus).

  2. Ces questions de temps (au pluriel !) et d’horloges sont importantes. Il ne faudrait pourtant pas oublier un autre aspect, celui des grandeurs et unités physiques utilisées, et sutout à utiliser. On se souvient de l’échec de la sonde Schiaparelli, sauf erreur, dont deux logiciels, inhomogènes, étaient basés l’un sur des altitudes en miles (nm, nautiques !) et l’autre en kilomètres (km). ce fut une catastrophe dans la descente mal freinée (plus de 500 km/s à l’atterrissage), les moteurs des petites rétrofusées s’étaient arrêtés après 3 secondes, au lieu des 29 nécessaires et la sonde était tombée en chute libre de 30 secondes depuis près de 4 km d’altitude…
    J’ai regardé samedi passé à 13 h 05 le départ de InSight. Les données d’altitude et de vitesse étaient données en miles (mi). On sait que la vitesse d’échappement est de quelque 8 km/s, cela correspondrait à quelque 18 000 mph. On a pu voir le compteur tourner jusque vers 15 000 mph… soit en nm per hour. Pourquoi, diable, la Nasa ne se met-elle pas au SI d’unités universellement accepté en science ? Il faudrait l’exiger avant une autre catastrophe.

    1. Observation très juste. Les Américains se mettent en situation de risque pour rien. Les ingénieurs en astronautique emploient volontiers les unités du “système international d’unités” (“SI”) continuateur de notre système métrique qui devrait s’imposer à l’évidence sur le “système impérial” et cependant le pays ne l’a pas encore adopté officiellement (le seul pays avec le Libéria et la Birmanie a ne pas l’avoir fait!) et ces mêmes ingénieurs ou bien des publications scientifiques sérieuses, tout comme le grand public, continuent à employer le système impérial! On ne frise pas l’absurde, on est dans l’absurde. Un exemple que je trouve particulièrement stupéfiant est celui de la tonne. Lisez cette définition : Ton is a measurement unit that is generally used for weight. In U.K., one ton is equivalent to 2240 pounds and in the U.S.A., it is considered to be equivalent to 2000 pounds, whereas a metric ton is used to denote 2204.6 pounds. Donc si un Américain vous parle d’une masse ou d’une poussée en tonnes, faites vous préciser de quoi il parle!

      1. Avec encore la différence entre “mile terrestre” de 5280 pieds et “mile nautique” de 6076.1 pieds (valable aussi pour l’espace !) qui donnent deux sortes de vitesses : des “miles per hour” (“mph”, ou “MPH”, ou aussi “mi/h”), et des nœuds (“knot” = “nm/h”), on arrive à la fantastique table de conversion ci-dessous. De quoi “se mélanger les pinceaux”…
        N.B. : pour compliquer, et en voulant volontiers donner également des vitesses métriques, soit nos “km/h”, certains pays donnent des “kph” pour être en accord avec l’écriture des “mph” !!!

        m/s km/h mph knot ft/s
        1 m/s = 1 3.6 2.236936 1.943844 3.280840
        1 km/h = 0.277778 1 0.621371 0.539957 0.911344
        1 mph = 0.44704 1.609344 1 0.868976 1.466667
        1 knot = 0.514444 1.852 1.150779 1 1.687810
        1 ft/s = 0.3048 1.09728 0.681818 0.592484 1

    2. Les Américains sont champions pour se (et nous) compliquer la vie avec des unités et multiples d’unités aberrants. Il y a aussi la confusion de 3 ordres de grandeur (rien que ça!) avec leur définition incohérente du billion qui chez nous vaut logiquement 10^12 (millions de millions), … mais chez eux seulement 10^9 (= milliard) !

      1. A la réflexion, c’est peut -être une des raisons qui font que tant de personnes en Europe trouvent totalement exagérées les sommes envisagées pour l’exploration spatiale en général et celle de Mars en particulier. Evidemment, si quand on parle de dizaines de billions de $ nécessaires on traduit cela par des dizaines de mille milliards de $ … ! 🙂

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