Des zircons nous indiquent que la croûte de la planète Mars s’est durcie extrêmement vite

On se doutait que Mars étant d’une masse très inférieure à la Terre (1/10ème), elle avait dû se refroidir beaucoup plus vite que cette dernière; on vient d’obtenir la preuve géochimique que tel a bien été le cas. On peut à cette occasion s’émerveiller des méthodes extraordinaires utilisées aujourd’hui pour analyser les minéraux. Quant aux conséquences pour une éventuelle vie martienne, elles restent à constater dans les analyses de plus en plus précises que nous faisons des roches en surface de Mars et dans son sous-sol immédiat. Mais la précipitation pour aborder le sujet de la vie et en tirer des conclusions définitives comme l’ont fait certains media, me semble tout à fait prématurée et inappropriée. On en est au stade des questionnements, pas des réponses.

Rappelons les faits. Des chercheurs viennent d’examiner la composition chimique de 7 petits cristaux de zircon (de 50 à 110 µm) extraits d’un fragment (5 grammes) de météorite d’origine martienne, « NWA 7034 » (pour « North West Africa 7034 ») trouvée dans le désert du Sahara en 2011. Le zircon (ZrSiO4) est un minéral du groupe des silicates très intéressant pour les datations car ses cristaux sont extrêmement résistants à l’altération et au métamorphisme et contiennent une relativement large quantité d’uranium remontant à leur formation. Depuis cette formation, l’uranium se désintègre radioactivement en Plomb (Pb). En mesurant le rapport entre les abondances isotopiques des deux éléments et connaissant la vitesse de dégradation radioactive de l’Uranium en Plomb (235U => 207Pb et 238U =>206Pb), on peut calculer l’âge du zircon. Les dates obtenues dans le cas de NWA 7034 se situe entre 4,43 et 4,476 milliards d’années, la plus vieille date jamais constatée pour une roche martienne (par rapport à un âge de formation du système solaire estimé à 4,567 milliards d’années). Pour comparaison, sur Terre la plus ancienne datation remonte à 4,37 milliards soit une centaine de millions d’années de moins, ce qui implique un processus de solidification plus lent.

Mais il existe un deuxième couple d’éléments à considérer, celui du Lutétium et de l’Hafnium. L’Hafnium est comme l’Uranium, très abondant dans les zircons. On étudie également la composition isotopique et la désintégration radioactive du premier élément, 176Lu ,vers le second, 176Hf, par rapport à d’autres isotopes, stables (non-radiogéniques), de l’Hafnium (notamment 177Hf), témoins de la roche source. L’âge obtenu cette fois-ci est d’environ 4,547 Milliards d’années, juste une vingtaine de millions d’années après la formation du système solaire et comme le couple 176Lu/177Hf est le témoin d’une roche de type andésite solidifiée (des brèches des Hautes Terres du Sud de la planète), cela indique à cette date, l’existence d’une croûte planétaire de type andésitique à partir de laquelle se sont formés les zircons. Le processus a donc dû être (1) une première solidification par baisse de température (croûte andésitique), (2) une centaine de millions d’années plus tard, une fusion des roches andésitiques à l’occasion de nouveaux impacts violents puis, à partir de ce magma, (3) une cristallisation des zircons lors du refroidissement subséquent de la surface.

Comme toutes les planètes, Mars et la Terre se sont formées par accrétion de poussières et de gaz, puis de météoroïdes, puis d’astéroïdes de plus en plus gros, puis de planétoïdes dont l’énergie cinétique de plus en plus importante (en fonction de la gravité générée par la masse de l’embryon planétaire s’exerçant sur les masses sous son influence) se transformait en chaleur. A la fin de la période d’accrétion (environ 5 millions d’années après que le processus ait commencé) les planètes se présentaient comme d’énormes masses de magma sphériques à l’intérieur desquelles les éléments avaient pu se stratifier par gravité du fait de la fluidité de l’ensemble. Le fer et autres éléments sidérophiles au centre, silicates en surface. Le refroidissement a alors commencé, avec des effets sans doute plus rapide sur Mars que sur Terre, mais il était interrompu de temps en temps par de nouveaux impacts catastrophiques (dont éventuellement ceux du LHB, Grand Bombardement Tardif vers – 4 milliards d’années), avec d’autant plus d’effets en surface que la croûte formée était mince.

On peut déduire de la solidification de la surface de Mars et des mouvements de convection qui brassaient le manteau en fusion par nécessité thermique, qu’il a dû y avoir sur Mars comme sur Terre, une tectonique des plaques, les éléments solidifiés de surface étant périodiquement déchirés par les mouvements sous-jacents de convection et engloutis par le manteau avec formation de nouvelles croûtes en surface. Cela devait produire des dégazages considérables donc un renouvellement constant de l’atmosphère en dépit des pertes importantes résultant d’une gravité faible. On peut en déduire aussi la création, par différentiel de rotation entre les éléments légers et lourds des différentes couches constitutives de la planète, d’un champ magnétique global résultant d’un effet dynamo.

Finalement c’est la faiblesse de la masse de la planète qui a eu raison de cette activité géologique primitive. Comme nous le savons, tout s’est figé assez vite (ou du moins ralenti considérablement) vers -3,5 milliards d’années, d’autant que la masse n’a pas permis aux éléments radioactifs contenus dans la sphère planétaire, la génération de suffisamment d’énergie thermique pour compenser la dissipation progressive dans l’espace de la chaleur résultant de l’énergie cinétique primordiale.

Sur le plan exobiologique puisqu’il faut toujours parler de la vie quand on parle de Mars, toute une série de questions se posent les unes après les autres, comme des poupées russes que l’on ouvrent. Pour commencer il serait important de savoir, la solidification de la surface s’étant produit quelques 100 millions d’années plus tôt que sur Terre, à partir de quel niveau de température (probablement en dessous du point d’ébullition de l’eau, mais sous quelle pression ?), la complexification et la polymérisation des molécules carbonées a pu commencer. Ensuite, deuxième poupée, il faudrait savoir si l’évolution des matières organiques prébiotiques a disposé d’autant de temps sur Mars que sur Terre avant le seuil fatidique des -3.5 milliards d’années (environ !) où la planète s’est endormie alors que la Terre donnait naissance à la vie. Encore ensuite, troisième poupée, il faudrait savoir, les conditions initiales étant plus précoces sur Mars et aussi plus favorables (la planète Terre était probablement une planète océan alors que Mars était plus sèche), si certaines molécules prébiotiques qui supposent des alternances humides et sèches ne se sont pas formées sur Mars avant d’être transportées sur Terre à la suite d’impacts ayant éjecté des météorites jusqu’à la Terre, où elles auraient trouvé un environnement aqueux favorable « pour la suite »*.  Ensuite, quatrième poupée, il faudrait alors savoir comment ces éléments organiques martiens prébiotiques se seraient reproduits sur Terre, la capacité de reproduction étant un attribut fondamental de la vie. Cela entraînerait l’ouverture d’une cinquième poupée, celle de la probabilité de l’émergence de la vie sur Mars (au-delà du stade prébiotique) plutôt que sur Terre ou sur les deux planètes à la fois, en parallèle. C’est en ces termes que l’on peut se poser la question de la vie sur Mars mais pour le moment, certainement pas davantage.

*paradoxe de l’eau soulevé par Steven Benner à la conférence Goldschmidt de la Geochemical Society en 2013. A certaines étapes initiales du processus de vie il a fallu un milieu sec pour permettre l’action des borates sur les hydrates de carbone pour empêcher la décomposition des molécules organiques en goudron, et l’action des molybdates sur les glucides pour favoriser la création de ribose.

Référence : “Evidence for extremely rapid magma ocean crystallization and crust formation on Mars” par Laura C. Bouvier, Maria M. Costa et al. (dont Martin Bizzaro, directeur du Centre pour la formation des Etoiles et des Planètes du Musée National d’Histoire Naturelle du Danemark et Frédéric Moynier, Professeur à l’Uni. De Paris Diderot, Institut de Physique du Globe de Paris, chaire de Cosmochimie),

lettre de recherche publiée le 27 juin dans Nature (https://doi.org/10.1038/s41586-018-0222-z)

NB : le texte de l’article a été revu par le Professeur Moynier.

Image à la Une : NWA 7034 appelée aussi « Black Beauty ». Ne trouvez vous pas remarquable que l’on puisse extraire autant d’informations d’un tel « caillou » ?!

Image ci-dessous, le grain de zircon le plus gros et le plus ancien des sept étudiés:

Congrès EMC18 ; tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur Mars

Du 26 au 28 octobre les Martiens-de-cœur, de Suisse et d’ailleurs, se retrouveront au Musée International d’Horlogerie de la Chaux-de-Fonds, pour dire ce qu’ils ont appris et ce qu’ils espèrent apprendre de leur chère planète, pour écouter des experts parmi les meilleurs mondiaux et leur poser les questions qui leurs brûlent les lèvres, pour échanger à propos des missions robotiques actuelles et prévues sans oublier le rêve de plus en plus prégnant des missions habitées et de l’établissement de l’homme sur cette Nouvelle-Terre et, pour y parvenir, des meilleurs solutions pour mener à bien le voyage au long cours qui permettra de la rallier…et d’en revenir.

Quatre thèmes ont été choisis, la connaissance de la planète, le Temps, le voyage et l’établissement de l’homme sur Mars. Ils feront l’objet de plus de 20 exposés et d’un débat : « Des robots et des hommes sur Mars sous le regard du Temps ».

La connaissance de la planète c’est ce que pourront en dire les scientifiques derrière les commandes des merveilleuses machines déjà sur place ou sur le point de partir, Michel Cabane, responsable scientifique (ou, comme on dit « Principal Investigator » ou « PI ») du chromatographe en phase gazeuse du laboratoire SAM (Sample At Mars) monté sur le rover Curiosity de la NASA, qui a identifié toute une gamme de molécules organiques, certaines étant probablement des éléments de matière kérogène ; Antoine Pommerol de l’équipe de l’Université de Berne qui a conçu la caméra CaSSIS (PI Nick Thomas) à bord de TGO (Trace Gas Orbiter) et va pouvoir en analyser les données (localisation des sources de gaz à l’état de traces dans l’atmosphère, notamment méthane) puisque l’orbiteur de l’ESA est parvenu en avril sur son orbite d’observation ; Jean-Luc Josset, concepteur et PI de la caméra CLUPI et Tomaso Bontognali, géobiologiste, tous les deux de l’Institut d’Exploration Spatiale (« SpaceX », de Neuchâtel), pour cette caméra qui sera mise à bord du rover ExoMars dont le lancement est prévu en 2020 pour mener la seconde mission exobiologique de l’Histoire et étudier des échantillons prélevés dans le sous-sol de la planète, hors d’atteinte de la plupart des radiations ; Philippe Lognonné, concepteur et PI de SEIS, le sismographe embarqué sur la sonde InSIGHT qui doit nous permettre de faire un bon gigantesque dans la compréhension de la structure interne de la planète et de pouvoir répondre aux questions fondamentales sur l’absence de tectonique des plaques et de magnétosphère.

Le Temps c’est la contrainte formidable qui s’impose à nous tous, êtres vivants, dans notre vie quotidienne mais aussi particulièrement dans le cadre de l’exploration spatiale puisqu’il faut s’introduire dans la mécanique céleste, que l’on a depuis toujours comparée à l’horlogerie la plus sophistiquée*, et en jouer au mieux pour obtenir ce que l’on veut : transporter le maximum de masse utile, le plus loin possible dans le minimum de temps et dans des conditions optimales de sécurité. Les règles du Temps nous seront données par les grands spécialistes mondiaux de sa mesure, que sont Gaetano Mileti du Laboratoire Temps-Fréquence de l’Université de Neuchâtel et Pascal Rochat de la société Spectratime qui conçoit et réalise les horloges les plus précises au monde. J’exposerai de ce point de vue également, les conséquences résultant de l’éloignement de Mars de la Terre compte tenu de la vitesse de la lumière, et les conséquences pour les Terriens de la nécessaire prise en compte du temps local martien. Mitko Tanevski de SpaceX Neuchâtel nous amènera, en nous confrontant à la réalité, à nous émerveiller de la complexité des systèmes de télécommunications à maîtriser pour manier l’instrument d’une mission robotique. Alain Sandoz (EPFL) nous présentera une complication horlogère permettant de mesurer exactement, mécaniquement, le temps passé en apesanteur (inévitable même pour de courtes périodes, dans ce type de voyage). C’est aussi le Temps, surtout sous son aspect stratégie, qui sera au cœur de notre débat « Des Robots et des hommes sur Mars sous le regard du Temps ». Il s’agira pour Claude Nicollier, Robert Zubrin, Richard Heidmann, Jean-Luc Josset et moi-même, de dialoguer avec le public pour bien faire comprendre que la problématique de l’exploration spatiale et de l’essaimage de l’homme en dehors de sa planète d’origine est aussi une question de « timing », de maturité technologique et psychologique collective et d’opportunités qu’il convient de saisir lorsqu’elles se présentent faute de les voir disparaître. Rien n’est écrit et nous n’irons sur Mars que si nous le voulons, dans un certain contexte temporel.

*Le Congrès sera aussi l’occasion de visiter avec un guide, le très riche Musée International d’Horlogerie qui nous accueille.

Du Temps on passera logiquement au Voyage puisque le premier impose pour le second, des dates de départ et de retour, des vitesses, des quantités d’énergie et donc des masses d’ergols et de charge utile. Ce voyage est long, de l’ordre de 6 mois. Il faut y faire face notamment pour le corps humain, en prenant des contre-mesures pour lutter contre les effets nocifs débilitants (mais pas seulement) de l’apesanteur. Claude Nicollier nous parlera des solutions de gravité artificielle. Pierre-André Haldi (EPFL) nous fera la critique, constructive, du projet Interplanetary Transport System de SpaceX (Elon Musk). Jean-Marc Salotti (Uni. Bordeaux) nous proposera une architecture de mission fondée sur l’utilisation de lanceurs Ariane super lourds. Jürgen Herholz, ancien de l’ESA, responsable du programme Hermès, nous fera l’historique de ce rêve humain des vols habités, tel qu’il a évolué dans le cadre européen.

Le dernier thème abordé sera celui de l’établissement de l’homme sur Mars. C’est quelque chose que nous tous, les membres de la Mars Society, appelons de nos vœux les plus fervents. Nous avons conscience des difficultés mais nous pensons qu’elles sont aujourd’hui surmontables, sur Mars plus que sur n’importe lequel des autres objets célestes que nous pouvons aujourd’hui atteindre. Nous aborderons donc différents sujets qu’il convient de bien connaître et de technologies qu’il convient de maîtriser. Roland Loos, CEO de Solarstratos nous dira ce qu’on peut retenir de son expérience concernant l’avion stratosphérique solaire pour l’exploration de Mars dans des conditions de densité atmosphérique comparables à celles qu’il veut affronter au-dessus de la Terre. Comme, avant de partir, il nous faut anticiper le mieux possible le maximum de situations qui se présenteront sur place, Olivia Haider de l’ÖWF (Österreichisches Weltraum Forum, Uni. Innsbrück) nous racontera ce qu’il faut retenir de ses simulations menées en scaphandre Aouda (conception ÖWF) dans le désert d’Oman en 2018 et Pierre-Emmanuel Paulis, ce que l’Euro-Space Center, au cœur de l’Ardenne belge, veut démontrer et enseigner au public avec sa base habitat martienne « analogue ». Dans le même registre, Antonio del Mastro, fondateur de Mars-Planet, la Mars Society Italienne, nous dira où en est son entreprise de « réalité-virtuelle » pour mieux appréhender dans le contexte de son « Mars City Project, » cette « réalité-réelle » à laquelle on se trouvera confronté en débarquant sur Mars. Théodore Besson, directeur-général d’ESTEE (Earth Space Technical Ecosystem Enterprises) nous parlera de son projet « Scorpius », un habitat clos intégrant les principales fonctions de support vie bio-régénératifs, sur la base de sa connaissance de MELiSSA, et de sa formation en écologie industrielle avec le Professeur Suren Erkman (UniL). Avec Richard Heidmann, fondateur de l’Association Planète Mars, polytechnicien, ancien directeur « orientation recherche et technologie » de la SNECMA, société qui a conçu et réalisé la fusée Ariane, nous nous transporterons par la pensée sur Mars, après les premières missions d’exploration et l’implantation des premiers éléments d’une base permanente, pour considérer les contraintes de production de masse pour une colonie en développement rapide. Il ne suffit pas de penser aux principes quand on doit manipuler la matière ; l’établissement de l’homme sur Mars suppose des infrastructures, des machines, des matières premières et du temps !

Enfin nous clorons ces trois journées par une « ouverture » de Robert Zubrin, fondateur de la Mars Society. Les hommes débarquant sur Mars auront une « vision » et ce devrait être celle qu’il nous exposera, celle d’une « Révolution spatiale » débouchant sur un futur illimité de ressources, de temps, de développement et de liberté créatrice. Mars est une première étape mais essentielle puisque c’est la sortie de notre berceau et peut-être l’entrée dans la voie d’une sorte d’immortalité pour notre espèce.

Parler du futur sans la participation active de la plus jeune génération éduquée que l’on veut encourager à poursuivre notre objectif serait une entreprise vaine. Nous espérons la venue de beaucoup de jeunes à notre congrès et nous donnerons la parole à deux d’entre eux. Maxime Lenormand (IPSA, Paris) présentera une solution d’EDL (Entry, Descent, Landing), dont tout le monde sait que c’est une des parties les plus difficiles de toute mission : la cargaison pourrait terminer son voyage en suivant un long processus d’aérofreinage alors que l’équipage devrait utiliser un freinage plus classique par rétropropulsion. Anne-Marlène Ruede (EPFL, architecture) nous parlera de son projet d’habitat fait de glace d’eau, relié à l’orbite basse martienne par un  système de « grues » très spécial.

Ce dernier sujet est un bon exemple de l’imagination créatrice qu’induit l’exploration spatiale, comme souligné par Robert Zubrin. Mais l’imagination créatrice n’est pas stimulée que chez les étudiants. Elle l’est (on devrait dire « doit l’être ») chez tous ceux qui sont intéressés à faire avancer le processus d’Exploration, donc également les chercheurs et les ingénieurs expérimentés, car ce cadre où tout est à concevoir est un espace illimité de liberté. Il oblige cependant, ce qui n’est pas contradictoire, à ne pas perdre de vue les fondements solides de la science et de l’ingénierie car la réalité est toujours là et le danger aussi. Nous avons l’esprit tourné vers Mars mais les pieds (encore) sur Terre!

Si vous êtes intéressé, inscrivez vous! https://planete-mars-suisse.space/fr/emc18/inscription-emc18

NB: la langue du Congrès EMC18 sera l’Anglais, compte tenu de la présence de Suisses Alémaniques et d’étrangers ne parlant pas Français.

Nos sponsors sont:

Space-X Neuchâtel,  le Musée International d’Horlogerie,  Trax-L,  Spectratime,  la BCN

Une nouvelle Course-à-la-Lune, entre la Chine et les Etats-Unis, aura-t-elle lieu ?

La Chine révèle peu à peu ses intentions pour voyager dans l’espace profond et le moins que l’on puisse dire c’est qu’elles sont ambitieuses. La question est de savoir si le pays en a les moyens. De cela dépend la question suivante : Cette ambition pourra-t-elle relancer la très fructueuse émulation qui a existé entre les Etats-Unis et l’URSS et qui a permis les missions habitées lunaires ?

En Mars, le président, puis en mai le « chief designer » de la China Academy of Launch Vehicle (« CALT ») qui est la société publique chinoise de construction des lanceurs, ont donné des détails sur leur plus grosse fusée, la « Long-March* 9 », un lanceur « super-lourd » qui n’en est pour le moment qu’aux balbutiements de sa réalisation mais que les autorités chinoises voudraient faire voler dans les années 2030. Cette fusée serait un monstre de 100 mètres de haut, 9 ou 10 mètres de diamètre, qui aurait une masse au départ de la Terre de 4000 tonnes et qui pourrait bénéficier d’une poussée de 6000 tonnes (moteurs kérosène / oxygène liquide). Elle pourrait placer 140 tonnes en orbite basse terrestre (LEO), comme la légendaire fusée Saturn V de la NASA qui a permis la réalisation du programme lunaire Apollo, 50 tonnes sur orbite de transfert pour la Lune et 44 tonnes sur orbite de transfert pour Mars, donc déposer une vingtaine de tonnes en surface de Mars (en partant évidemment à la bonne date de la Terre). Cette fusée est donc non seulement de la classe des Saturn V, mais aussi de celle des lanceurs que les Américains s’efforcent de mettre aujourd’hui au point pour pouvoir retrouver / récupérer les performances de la Saturn V, c’est-à-dire le SLS lourd de la NASA et, dans une certaine mesure, le BFR de la société Space-X d’Elon Musk (150 tonnes en LEO et, grâce à quatre réapprovisionnements en ergols en LEO, capable de déposer 100 tonnes sur Mars). A noter que par ailleurs la Chine veut suivre la piste de la réutilisabilité ouverte par Space-X. C’est ce qu’elle prépare avec son petit lanceur Long-March 8 (7,6 tonnes en LEO), qui devrait voler vers 2021.

*en chinois mandarin “Chang Zheng”. “Longue-marche” fait référence à la retraite militaire stratégique des Communistes en 1935, pendant leur guerre civile contre les Nationalistes.

Parler de Long-March 9 c’est évidemment quelque peu anticiper car la Chine en est actuellement seulement à son lanceur Long March 5 (un vol réussi en Novembre 2016 mais encore en phase d’essais en raison d’un second vol raté en juillet 2017) qui devrait pouvoir placer 25 tonnes en LEO. Mais ce tonnage n’est pas ridicule car la fusée américaine la plus puissante aujourd’hui, la « Delta IV Heavy » (de l’United Launch Alliance, « ULA », une JV Lockheed Martin et Boeing) ne peut placer que 28,8 tonnes en LEO (Falcon 9 de Space-X peut placer 22,8 tonnes) et c’est plus que le « gros » lanceur européen, Ariane V, qui elle, ne peut placer que 20 tonnes (mais il est vrai que l’ESA « avance en reculant » dans le domaine de l’exploration de l’espace profond par vols habités). Elon Musk a un peu d’avance car son Falcon Heavy (un lancement réussi, spectaculairement) devrait pouvoir placer 64 tonnes en LEO.

On est donc bel et bien dans une course et dans cette course, quelles sont les avantages des uns et des autres ?

Les Etats-Unis, secteur public (la NASA), ont l’expérience mais aussi subissent la lourdeur des entreprises « établies » (régulations lourdes, procédures de toutes sortes, personnel nombreux, structure complexe, ingérences politiques). Leur SLS n’avance pas (même au niveau « heavy » de 70 tonnes, le « Super-Heavy » de 140 tonnes n’étant, de ce fait, qu’un rêve). Par ailleurs l’expérience a montré que l’engagement politique ne pouvait durer qu’une seule présidence (pour ne parler que de l’époque la plus récente, abandon du projet Constellation par le Président Obama, retour à une politique pro-Lune avec le président Trump).

Space-X bénéficie de l’enthousiasme, communicatif, de son patron, Elon Musk, de la créativité du secteur privé (en concurrence et forcé de ce fait d’être « meilleur que les autres ») et d’une excellente organisation (principe de modularité par utilisation répétitive d’éléments standardisés, de concentration verticale et géographique de la recherche, de la production et du montage). Sa faiblesse ressort de ses moyens de financement qui reposent largement (mais heureusement pas seulement) sur ses contrats avec la NASA et avec plus de fragilité (et indirectement via Elon Musk) sur le succès incertain des ventes des voitures Tesla.

Les Chinois ont pour eux la détermination et la continuité politique (ce que n’ont pas les Américains). Ils ont aussi moins de scrupules vis-à-vis des « droits humains » (j’imagine que beaucoup de taïkonautes se sacrifieraient volontiers, spontanément ou sur ordre, en acceptant des conditions de sécurité moindres qu’aux Etats-Unis) ou de la « protection planétaire ». Cependant, ils manquent totalement d’expérience dans les sciences de support vie. Ils doivent en avoir conscience car leur objectif avec Long-March 9 est soit une exploration habitée de notre banlieue (la Lune), soit un retour d’échantillons de Mars. A noter de plus qu’ils n’envisagent même pas de production d’ergols in situ sur Mars (ce qui justifie les moteurs fonctionnant au méthane des américains) et donc que les possibilités de « rapatrier » des charges utiles (payload) significatives (comme celle d’un équipage) sont nulles puisqu’il faudrait pour cela emporter à l’aller les ergols nécessaires au retour.

Alors que peut-il se passer ?

Si Long-March 5 passe ses tests avec succès, la Chine entrera véritablement dans la compétition et une certaine pression sera mise sur les Etats-Unis, secteur public. A ce moment-là deux politiques seraient possibles pour ces derniers: soutenir l’entreprise privée Space-X puisque c’est la formule « qui marche », ou mettre davantage de pression sur ULA pour que la JV termine le SLS (quitte à modifier drastiquement l’architecture du projet en s’inspirant de Space-X). La première solution n’est malheureusement pas la plus certaine car ni Boeing ni Lockheed Martin ne sont des « petits joueurs ». Cependant si le danger chinois se précise, les Américains ont suffisamment de fierté nationale et de capacité technologique pour réagir…et ceci serait pour le plus grand plaisir de ceux qui comme moi se désespèrent de voir l’exploration spatiale par vols habités ronronner dans des préparatifs interminables au niveau de l’orbite basse terrestre.

Image à la Une: Long March 9 en vol, vue d’artiste, crédit CALT.

Image ci-dessous (crédit CALT): Long-March 9 (“Cz-9”) comparée à Long-March 5 (“Cz-5) et aux SLS version lourde (70 tonnes en LEO, à gauche) et super-lourde (130 tonnes en LEO, à droite):

Liens :

https://www.youtube.com/watch?v=Uf3v19A7Htw&feature=push-fr&attr_tag=P5XAWRRK8Rfik-1x-6

https://spacenews.com/china-reveals-details-for-super-heavy-lift-long-march-9-and-reusable-long-march-8-rockets/

Sur Mars, les tempêtes de poussière planétaires imposeront l’utilisation de l’énergie nucléaire

Tous les trois ans martiens en moyenne*, une tempête de poussière se lève dans l’hémisphère Sud de Mars et enveloppe l’ensemble de la planète. Cette année, elle est apparue le 9 juin dans la région où opérait le rover Opportunity de la NASA. Le 10 juin, l’énergie produite par les panneaux solaires tombait à 21 Watts-heure contre environ 350 la veille et les jours précédents, et le rover entrait en veille ; simultanément le taux d’opacité de l’atmosphère, « Ƭ », montait en flèche à 10,8, beaucoup plus haut que lors de la tempête globale précédemment subie en 2007 par le même rover (Ƭ 5,5). Vers le 23 juillet, enfin, davantage de poussière retombe qu’il n’en est soulevé! On parvient donc à un renversement de situation, une sorte de phénomène de décrue, 43 jours après le début de la tempête. Il faudra bien sur un certain temps, plusieurs semaines, avant que la situation ne redevienne normale (la masse des grains de poussière est très faible et la gravité martienne seulement de 0,38g)

*Une année martienne dure 688 jours, trois ans martiens dure 5 ans et 8 mois.

Dernières mesures de production d’énergie par les panneaux solaires du rover Opportunity, crédit: NASA/JPL-CalTech/New Mexico Museum of Natural History.

Les tempêtes de poussière sont inévitables sur Mars puisqu’il n’y a pas d’eau liquide en surface et que, comme dans toute atmosphère (ou comme dans tout fluide), des mouvements de convection résultant des changements de température, emportent les éléments qu’ils peuvent soulever, dans leurs déplacements. Actuellement l’explication est la suivante : les rayons du soleil (lumineux et autres) frappent le sol de la planète et le réchauffe. Le sol chauffe la couche d’atmosphère à son contact. Celle-ci (relativement plus légère) se trouve confrontée à la couche supérieure plus froide (relativement plus lourde). L’élément léger monte, l’élément froid descend, le mouvement est lancé et il va avoir d’autant plus d’intensité qu’il se généralise et que les contrastes de températures sont importants. Or, à l’arrivée du Printemps dans l’hémisphère Sud*, on sort d’une période d’hiver long et très froid (la saison correspond à l’aphélie de la planète sur son orbite ; elle est alors au plus loin du Soleil et se déplace à vitesse croissante vers des conditions exactement opposées). C’est donc dans ces périodes que les vents martiens soulèvent le plus de poussière. Cette poussière faisant écran à la déperdition de température la nuit (effet de serre) on obtient des nuits moins froides, de l’air de surface moins froid et un sol qui se réchauffe plus lentement, idéal pour un effet qui s’auto-entretient et s’intensifie, jusqu’à retrouver un nouvel équilibre. Bien sûr « la mayonnaise » ne prend pas à toutes les occasions et elle « prend » plus ou moins fort, sans doute en raison des particularités géographiques des endroits où elle commence et sans doute parce que certaines années la jonction de plusieurs départs en même temps dans une même région ne se fait pas. Toujours est-il que le risque existe et que la probabilité qu’il se concrétise est forte.

*dans l’hémisphère Sud de Mars, le dernier équinoxe de printemps a eu lieu le 22 mai, le solstice d’été sera le 16 octobre 2018.

Les conséquences de ces tempêtes planétaires (ou « globales » comme on dit en Anglais) sont très importantes. Elles constituent des obstacles à l’exploration robotiques et demain à l’installation de l’homme sur Mars.

D’abord, l’écran constitué par les masses de poussière soulevées fait obstacle à la collecte de l’énergie solaire. Sur le graphique fournis par la NASA on voit qu’en deux jours, l’énergie disponible pour la maintenance et le fonctionnement d’Opportunity a été divisée par 15. Si l’on utilise l’énergie solaire pour les instruments d’exploration ou demain dans les bases solaires, il faut donc pouvoir passer très vite sur une autre source.

La seconde conséquence négative, c’est la réduction de la luminosité. Sur les photos du Soleil prises par le rover Opportunity (Image en tête d’article), on voit en deux jours, la luminosité passer d’une opacité quasi nulle (taux  = 1) à une opacité maximum (11). Pendant la tempête, le rover Curiosity a continué à fonctionner (énergie nucléaire) et sur les photos prises, on n’a pas la même impression d’obscurité mais plutôt d’un fort rougeoiement de l’image (très peu de lumière bleue et verte peuvent pénétrer l’écran de poussière en raison de leurs longueurs d’ondes). On peut donc penser que des moyens sont déjà disponibles pour améliorer la luminosité des caméras et donc des optiques que pourront porter les astronautes en mission sur Mars, mais surtout que la densification de l’atmosphère (son encombrement par des poussières) n’est pas telle qu’elle empêche de voir à quelques centaines de mètres.

Roche “Duluth”, photo prise le 21 mai (à gauche) et le 17 juin (à droite) crédit: NASA/JPL-Caltech/MSSS. Il faut noter que le taux d’opacité ajoute une baisse de luminosité au “virage” vers le rouge: temps d’exposition à gauche 7,3 millisecondes et à droite 66 millisecondes.

La troisième conséquence, c’est le risque de grippage des instruments et véhicules. La poussière est constituée de grains plus ou moins fins mais les particules de seulement quelques microns sont très abondantes et comme ce sont elles qui sont le plus soulevées par la tempête, ce sont elles qui posent problème, d’autant que la sécheresse, favorise l’électricité statique qui les rend collantes. Les grains de poussière portés par le vent vont s’insinuer partout et en particulier dans tout ce qui est interstices et articulations, les replis des combinaisons spatiales, les points de jonction des pièces métalliques, les serrures, toutes les jonctions de pièces mobiles. Il faudra prévoir des instruments de nettoyage particulièrement puissants et efficaces (et des surfaces de vêtements et d’instruments antistatiques) car il n’est pas question de laisser rentrer la poussière dans les habitats (les particules fines sont dangereuses pour la santé ; inhalées, elles pénétreraient profondément dans les poumons et pourraient y causer des dégâts – silicose – d’autant qu’elles sont beaucoup moins érodées que sur Terre, sans être aussi acérées que sur la Lune).

La troisième conséquence c’est que la durée contraint à l’adaptation. Un des avantages majeurs de Mars par rapport à la Lune c’est que la nuit n’y dure qu’une partie du jour (“sol”). Dans le cas d’une tempête globale ce n’est plus le cas et il faut s’adapter. Les plantes qui pousseront dans les serres ne pourront pas attendre 43 jours que la lumière revienne. Certains travaux en cours qui nécessitent des sorties devront pouvoir être interrompus, des atterrissages devront pouvoir être différés, des contrôles ou des commandes à distance interrompus, pendant la durée nécessaire.

La leçon que l’on doit tirer de ce phénomène est à mon avis la suivante : la continuité de fonctionnement du dispositif d’approvisionnement en énergie et la fiabilité de la source étant primordiales puisque c’est d’elles que dépend le support vie, il n’y a pas d’alternative à l’énergie nucléaire. Pour cela il y a heureusement une solution en vue, le projet KRUSTY (Kilowatt Reactor Using Stirling TechnologY) sur lequel la NASA travaille (voir mon article sur ce blog, paru le 20/02/18). Des tests, satisfaisants (cf lien* ci-dessous) ont été menés de Novembre 2017 à Mars 2018. Ces petits réacteurs nucléaires de petite puissance thermique (40 Kw) sont couplés à des moteurs Stirling pour délivrer une puissance électrique de 10 Kw. D’après la NASA, quatre réacteurs KRUSTY seraient suffisants pour alimenter une base d’exploration de quatre personnes pendant 10 ans. Ils ont un cœur d’Uranium 235 (235U) mais, afin d’éviter la fission spontanée (et faciliter le transport !), les ingénieurs de KRUSTY limitent l’utilisation de cette matière à 43 kg, en-dessous de la masse critique qui est de 48kg. La réaction peut être activée grâce à une enceinte en béryllium (réflecteur) et déclenchée/interrompue par une barrette en carbure de bore amovible, au centre de la masse d’uranium. La masse d’uranium est elle-même stabilisée sur le plan physique (pour éviter les problèmes de changement de phase, de température de fusion trop basse et améliorer la résistance au fluage à haute température) par un alliage avec du molybdène (7%).

Bien entendu recourir à cette source nucléaire n’exclut pas que l’on utilise le solaire ou éventuellement le géothermique (quand on trouvera un point chaud exploitable en surface !) mais la sécurité impose une source d’énergie indépendante des conditions climatiques. Par ailleurs, en période critique, aucune sortie (EVA) ne devra être autorisée pour une période dépassant une journée, sans une source d’énergie chimique (avec réserves suffisantes) ou nucléaire dans le véhicule.

NB : vous remarquerez que je n’aborde pas le faux « problème » de la force du vent, cette grossière erreur d’Andy Weir dans son roman « Seul sur Mars ». La très faible densité de l’air martien rend tout simplement impossible la destruction de la base par une tempête comme il l’imagine.

Image à la Une: évolution sur deux jours de l’opacité (9 et 10 juin) de l’atmosphère martienne vue par le rover Opportunity. Chaque prise de vue correspond à un taux d’opacité (“tau”). De gauche à droite, on passe de 1 à 3,; 5; 7 ;9 et 11. Crédit: NASA/JPL-Caltech/TAMU,

Image ci-dessous (crédit: NASA/JPL-Caltech/MSSS) : Photos du paysage vers le bord du cratère, prises le 7 juin (à gauche) et le 10 juin (à droite) par Curiosity. La baisse de lumière est moins dramatique que dans l'”Image à la Une” car la caméra de Curiosity ne fait pas face au Soleil et donc les contrastes sont moins forts. L’heure de la prise de vue n’est pas indiquée et le taux d’obscurité était sans doute plus proche de 5 que de 10 (on est sans doute entre le deuxième et le troisième rectangle, Ƭ =4). En dépit du taux d’obscurité de toute façon élevé  on voit quand même encore assez loin.

Lien vers la note de presse de la NASA rendant compte des tests de KRUSTY :

https://www.nasa.gov/press-release/demonstration-proves-nuclear-fission-system-can-provide-space-exploration-power