La Mars Society, une organisation transversale à une multitude de disciplines scientifiques et ingénieuriales

Ceux qui lisent mon blog depuis le début (175 articles publiés depuis le 4 septembre 2015) peuvent aisément réaliser que notre organisation, la Mars Society, couvre un spectre extrêmement étendu d’intérêts, principalement scientifiques et ingénieuriaux. Cela est logique car notre but est de promouvoir et d’accélérer l’exploration d’un monde nouveau et l’implantation d’une nouvelle bouture de l’humanité sur ce monde alors qu’il évolue à une distance allant de 56 à 400 millions de km, que ses conditions d’habitabilité sont extrêmement exigeantes et que les infrastructures nécessaires à toute vie y sont inexistantes. Il faut donc tout prévoir et rechercher les meilleures solutions à la pointe des différentes disciplines concernées, avec toujours en tête l’efficacité, la fiabilité, la redondance, la réparabilité, la réutilisabilité, le recyclage.

Pour commencer nous pensons au voyage par vol habité et cela implique la recherche du meilleur lanceur, c’est-à-dire celui qui emportera autant de passagers que possible dans des conditions sanitaires (hygiène, nourriture, radiations) et de sécurité (fiabilité du lancement, fiabilité des trajectoires, résistance aux épreuves de l’EDL -Entry, Descent, Landing) aussi bonnes que possible et dans un délai aussi court que possible (pour limiter les doses de radiations) mais en préservant un trajet de libre-retour en cas d’échec de l’approche ou de l’atterrissage, tout ceci à un coût aussi faible que possible. Pour le moment le BFR d’Elon Musk « tient la corde ». C’est celui qui est le plus adapté au projet car voulu et conçu pour lui, et c’est pour cela que nous en soutenons la réalisation.

Ensuite nous pensons à la survie des hommes que ce lanceur emportera et cela implique de prévoir les conditions physiques et psychologiques auxquelles ils seront soumis pendant le voyage et le séjour, 30 mois minimum d’éloignement (avant de parler d’établissement permanent), durée correspondant aux exigences de la mécanique planétaire qui dicte les dates de nos fenêtres de tirs aussi bien à partir de Mars que de la Terre. C’est nos connaissances et nos ressources médicales qu’il faut adapter à ces situations d’isolement et de confinement ; les locaux habitables seront exigus et les ressources en air et en eau devront être recyclées au maximum ; la circulation microbienne (interaction des microbiotes au sein de microbiomes contigus et souvent interpénétrés) pose des problèmes de contrôle et de « pilotage » d’autant plus délicats que l’espace viabilisé sera réduit et qu’il y aura d’autant moins d’effet tampon. Des médecins s’occuperont de leur co-voyageurs mais ils auront peu d’instruments, peu de médicaments et ils seront peu nombreux. Il faudra faire des choix entre les ressources à emporter, très vite engager une production locale de médicaments et d’instruments (ceux qu’il sera possible de produire avec des moyens limités mais avec les espoirs ouverts par l’impression 3D), utiliser les conseils à distance de la communauté médicale internationale et accepter quand même plus de risques que ceux encourus par une population restée sur Terre.

Une préoccupation voisine est celle de la nutrition et de l’alimentation. Compte tenu des contraintes des fenêtres de tir, c’est-à-dire de la durée minimum des missions, l’approvisionnement alimentaire représente des masses / volumes importants à transporter et la conservation sur cette durée est possible mais difficile. Il faut donc prévoir de pouvoir utiliser aussi vite que possible l’eau martienne et produire en surface de Mars une « nourriture » satisfaisante tant au point de vue qualitatif que quantitatif (diététique). Cela pose des problèmes de volumes viabilisés pour la culture des plantes (serres), d’accès à l’eau et de recyclage de l’eau, d’énergie (l’ensoleillement peut être un peu faible et il peut y avoir des tempêtes de poussière planétaires qui l’occulte pendant plusieurs semaines). C’est aussi un problème d’équilibre phytosanitaire, d’agriculture/horticulture, d’aquaculture (d’élevage, un jour), de préservation des récoltes, de recyclage des déchets (et du contrôle bactérien de ce recyclage) et un problème de ressources à y consacrer (travail humain et robotique, temps passé).

Nous devons penser aux sources d’énergie, à leur captation, à leur stockage et à leur transport/distribution (sous forme de chaleur ou d’électricité). Nous utiliserons l’énergie solaire autant que possible et la géothermie si nous trouvons des différentiels de température exploitables mais aussi ou plutôt surtout, l’énergie nucléaire et l’énergie chimique (méthane/oxygène) puisqu’elles sont indépendantes des conditions environnementales.

Nous devons penser à l’architecture et à l’ingénierie des constructions. Compte tenu de la ténuité de l’atmosphère, de son irrespirabilité, des températures très basses la nuit, de la possibilité de tempêtes de poussière et aussi des radiations, les habitats, les lieux de travail et de production, les lieux de convivialité et de loisir devront être construits avec des caractéristiques particulières, un soin maximum et la prise en compte des nécessités d’entretien, d’intervention et de réparabilité (modularité). Il est évidemment exclu pour des raisons de volume et de masse, d’importer des matériaux de construction, sauf éléments peu pondéreux/volumineux et très difficile à produire (par exemple panneaux solaires du fait de l’exigence de pureté du silicium !). Nous devons donc penser à la chimie et à la physique des matériaux, à la mécanique pour les structures ou les revêtements ; nous pensons à la plomberie, aux réseaux électriques et informatiques, à la climatisation. Nous pensons encore ici à l’impression 3D.

Nous devons penser à la mobilité en surface d’une planète dépourvue de routes, de rivières ou de mers, et dans la mesure du possible, dans l’atmosphère (possibilité évidemment très réduite pour les véhicules utilisant la portance atmosphérique mais possibilité « normale » des déplacements par propulsion) et nous pensons aux télécommunications en atmosphère raréfiée (importance donc des systèmes satellitaires) ainsi qu’aux véhicules robotisés effectuant les sorties des bases viabilisées à la place des hommes qui resteront au maximum dans un environnement protégé pour les commander en direct.

Nous devons penser à la protection du corps humain, aux vêtements d’intérieur, aux combinaisons de sortie, aux casques, aux chaussures, à leur conception adaptée aux conditions extérieures, à leur étanchéité, à leur climatisation, à leur résistance à l’usure et aux déchirures, à leurs qualités protectrices contre les radiations, à la visibilité à partir du casque, de nuit comme de jour, à leur confort (jointures, souplesse et mobilité, inaccessibilité de l’intérieur pour les bras et les mains pendant les sorties, impossibilité d’uriner et de déféquer à l’extérieur du vêtement, extraction en sas à la fin des sorties), à leur nettoyage (poussière, électricité statique), donc à leurs matériaux et à leur assemblages, à leur aspect esthétique et à leur recyclage.

Nous devons penser au traitement des déchets, au gaspillage que nous devons éviter absolument, au recyclage maximum, toute production, toute transformation devant être pensée comme un processus ayant coûté de l’énergie, du temps, des efforts qui doivent être économisés et réutilisés, et toute molécule organique comme élément utile à notre survie et à l’amélioration de nos conditions de vie, dans le cadre de la protection planétaire que nous devons à cet astre, notre hôte, pour lui-même et dans notre intérêt propre.

Nous pensons en effet à l’écologie et au-delà à l’exobiologie puisque la recherche d’une « autre » forme de vie est l’une des motivations scientifiques principales pour aller sur Mars. Nous nous doutons que cette planète a permis une évolution poussée des molécules organiques et cela suscite inévitablement au delà d’un intérêt scientifique évident, des soucis de contamination dans les deux sens (Terre vers Mars et réciproquement). Nous pensons aussi à la géologie et à la planétologie puisque l’application de nos capacités d’observation, de réflexion et de déduction dans ces domaines est l’autre objet scientifique principal de notre installation envisagée sur cette planète. Nous pensons à l’astronomie, à l’astrophysique, à la cosmologie puisque cette nouvelle base de notre activité et de notre réflexion pourra être utilisée comme la Terre, pour observer l’univers, mais avec les avantages d’une pesanteur moindre et d’une atmosphère plus transparente, et que nous pourrons peut-être le faire en interférométrie ou au moins en complément avec d’autres installations dans l’espace et sur Terre.

Nous devons penser à la communication sur et à partir de ce nouveaux monde vers la Terre car pendant très longtemps il en sera dépendant et il faudra donc maintenir le lien et l’intérêt de façon proactive. Et pour continuer dans le temps, pour que la « bouture » continue à pousser et donne des fruits, pour pérenniser notre implantation, il faudra aussi cultiver/adapter les sciences de l’accompagnement des jeunes, puériculture, éducation, enseignement. Les enfants des nouveaux Martiens ne devront pas être élevés comme des sauvages sinon l’entreprise n’aurait pas de sens.

Nous pensons encore à l’économie car sans production pas d’échanges et sans échanges pas de ressources pour se procurer les biens non productibles sur place. Les Martiens devront toujours se soucier de proposer « quelque chose » (biens et services quasi exclusivement immatériels) en échange de ce qu’ils demanderont et recevront de la Terre, autrement ils devraient abandonner leur installation et retourner sur leur planète d’origine.

Nous pensons enfin à la réflexion qui mène toute entreprise humaine, à la philosophie, au roman, à la poésie, à toute représentation artistique, nous pensons au rêve.

Vous pouvez déduire de ce long examen de tout ce que nous devons prendre en compte (ai-je oublié quelque chose ?), l’éventail extraordinairement ouvert des différents sujets qui nous intéressent et qui animent nos discussions pour élaborer des solutions aux différents défis posés par ce projet martien. Ils sont le plus souvent en interactions les uns avec les autres et leurs combinaisons stimulent l’imagination et l’innovation. S’investir au sein de la Mars Society c’est, pour simplifier, s’investir dans une entreprise passionnante pour une meilleure maîtrise de notre vie demain, sur Mars, dans l’espace et indirectement sur Terre.

Pour être efficace, il faut transformer la pensée en action. Ce n’est évidemment pas notre organisation qui va construire et financer les infrastructures nécessaires à la réalisation de notre rêve. Notre arme est donc l’information, autant que possible l’innovation, la discussion, la persuasion et le rapprochement des réflexion des uns et des autres en vue d’une action. Beaucoup de personnes au sein des grandes agences partagent nos idées. L’un des anciens administrateurs de la NASA, Mike Griffin, a été membre fondateur de la Mars Society aux Etats-Unis, Elon Musk est un proche et a soutenu également notre organisation. Des idées de la Mars Society telles que la production sur Mars des ergols de retour (ISPP) ou plus généralement l’utilisation des ressources locales (ISRU) et l’architecture de mission Mars Direct ont été repris par la NASA. Nous poussons l’expérimentation de la création de conditions de gravité artificielle pendant le voyage (lors de notre prochain Congrès, Claude Nicollier va parler du comportement des filins dans l’espace, son expérience sur le sujet est fondamentale pour la validation de notre concept). Partout où l’on parle raisonnablement* de l’exploration de Mars par vols habités, nous sommes là.

*NB : nous ne soutenons pas l’initiative « Mars One » qui envisage des premiers vols Terre/Mars sans retour.

Image à la Une: Cratère Gusev photographié du haut des Columbia Hills par le rover Spirit (crédit NASA). Incontestablement une terre vierge!

N’oubliez pas notre congrès EMC18 (18th European Mars Convention) au Musée International d’Horlogerie (MIH) de la Chaux-de-Fonds, du vendredi 26 octobre (14h00) au dimanche 28 Octobre (12h00). Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur Mars au long de 24 exposés de spécialistes sur (1) la Planète, (2) le Temps, (3) le Voyage interplanétaire et (4) l’installation de l’homme (en Anglais). Nous aurons aussi un débat avec Claude Nicollier et Robert Zubrin sur le thème “Robots and Men on Mars under the Look of Time”. Vous pouvez encore vous inscrire.

Plus que quelques jours pour vous inscrire à EMC18, la 18ème Conférence sur Mars en Europe

La 18ème European Mars Conference se déroulera du 26 au 28 octobre à la Chaux-de-Fonds*. Vous avez encore quelques jours pour vous y inscrire. A défaut il vous faudra attendre plusieurs années pour avoir l’occasion, en Suisse, de vous « nourrir » aussi intensément de connaissances martiennes (l’EMC suisse précédente a eu lieu en 2011 à l’Université de Neuchâtel et la date de la prochaine n’est pas fixée).

*au Musée International d’Horlogerie (MIH). Nos sponsors sont le MIH, Space-X (Neuchâtel), Spectratime, la BCN, Banque Cantonale Neuchâteloise, Trax-L (Sites Internet, Photographie, Graphisme) .

Ceux qui me suivent régulièrement savent bien que la planète Mars n’est pas un astre comme les autres. Vue « de chez nous » elle brille à peu près comme eux (même si lorsque nous nous trouvons en opposition on peut distinguer son disque à l’œil nu, ce qui n’est guère possible que pour le Soleil, la Lune et Vénus) mais ce qui fait son intérêt c’est une série d’« avantages » qui, tous ensemble, la rendent incomparablement plus attractive aujourd’hui que n’importe laquelle de ces lumières qui nous intriguent et nous appellent depuis la nuit des temps. On peut en faire la liste : sa localisation à la limite de la zone d’habitabilité de notre système solaire, la nature rocheuse de sa surface, l’intensité de la force de gravité générée à cette surface par sa masse, la présence d’une atmosphère, la présence d’eau, une histoire géologique à l’origine très semblable à celle de la Terre, des cycles circadien et saisonnier proche du nôtre, la possibilité d’une longue évolution vers la vie de ses molécules organiques et enfin sa proximité relative. Détaillons les :

Sa localisation à la limite de la zone d’habitabilité signifie qu’en fonction de la température et de la pression atmosphérique, l’eau peut y être liquide et l’on sait que dans le passé lointain puis au cours d’épisodes volcaniques encore relativement récents, de changements périodiques d’obliquité ou de variations dans l’excentricité de l’orbite, elle l’a bien été. Les traces évidentes d’écoulements fluviaux, surtout en zone intertropicale, en sont la preuve indiscutable.

Les mêmes causes produisant les mêmes effets, il y a donc eu de l’eau sur Mars comme sur la Terre et, malgré la perte d’une forte proportion d’éléments volatiles dans l’espace, il en reste encore beaucoup, sous forme de glace, un tout petit peu dans l’atmosphère et surtout en grandes quantités en surface du sol (aux pôles) et dans le sous-sol immédiat (un peu partout ailleurs).

La planète tourne sur elle-même en 24h39. Comparez à la Lune qui tourne sur elle-même en 28 jours, vous réaliserez tout de suite les conséquences ! Sur Mars les écarts de températures sont quelque peu lissés par l’alternance rapide des jours et des nuits. Il est possible d’envisager la croissance des plantes sous serre en lumière naturelle (même s’il faudra probablement un peu l’aider). Imaginez la culture des fraises en lumière naturelle avec des nuits de 14 jours (et la différence en consommation d’énergie) !

L’atmosphère n’est pas épaisse (6 millibar en moyenne) et à 95% constituée de COmais elle a « le mérite d’exister », c’est-à-dire qu’elle procure un certain écran contre les radiations solaires et galactiques et qu’elle peut être exploitée relativement facilement pour son carbone et son oxygène (presque tout brûle dans le comburant oxygène, notamment le méthane, carburant que l’on peut obtenir à partir du carbone de l’air et de l’hydrogène de l’eau !). Elle peut également être utilisée pour freiner les véhicules venus de la Terre (d’où des économies d’énergie et de masse, importantes) et, dans les régions basses, pour la portance de drones ultralégers, transportant quelques petits équipements ou de ballons d’exploration. Rien de comparable ailleurs dans notre univers proche, sauf autour de Vénus mais évoluer dans la zone habitable de la haute atmosphère de cette planète serait extrêmement périlleux compte tenu du risque d’atterrissage catastrophique sur une surface ou règnent des conditions environnementales infernales.

Toute vie sur Terre est le fruit de matière, d’eau et d’énergie du Soleil. On a constaté dans les météorites des molécules organiques simples mais variées. Nul doute qu’un environnement planétaire relativement comparable au nôtre (minéraux, eau liquide, énergie) a conduit beaucoup plus loin l’évolution de ces molécules et Mars est la planète accessible dont l’évolution planétologique a été la plus semblable à la nôtre. Jusqu’où la complexification organique a-t-elle été poussée reste la grande question posée à notre génération et elle mérite d’être étudiée !

La proximité relative des deux planètes est très importante puisque nos lanceurs modernes nous permettent d’accéder à Mars dans un délai raisonnable. Ce délai est cependant à la limite de nos possibilités et on ne peut pas envisager de vols habités sensiblement plus longs. Six mois c’est déjà beaucoup pour rester enfermé dans quelque lieu confiné que ce soit mais, surtout, les doses de radiations de GCR (Galactic Cosmic Rays) deviendraient problématiques au-delà. Non pas que l’on ne pourrait faire le voyage Terre-planète « x » (distante au mieux de trois ans comme Jupiter, par exemple) aller et retour, mais parce que notre « capital d’irradiation » serait quand même sérieusement entamé et que les possibilités de plusieurs de ces voyage seraient trop limitées (on peut envisager deux ou trois voyages vers Mars au cours d’une vie sans risques majeurs pourvu qu’on évite ou se protège d’une éventuelle tempête solaire).

A côté de Mars, la Lune, astre mort-né, fait très pâle figure. Il n’y a pas d’atmosphère, très peu d’eau, (si peu qu’il vaut mieux la garder pour étudier l’histoire de notre environnement spatial proche qui s’est inscrite dans sa glace) ; la gravité est si faible (moitié moins que celle de Mars) que les problèmes de santé pouvant en résulter pour l’homme qui y séjournerait longtemps, seraient presqu’aussi graves que ceux qui sont la conséquence de long séjours en apesanteur dans l’espace. Vénus comme mentionné plus haut, présente trop de danger, Mercure difficilement accessible est trop près du Soleil, les lunes de Jupiter ou de Saturne sont très inhospitalières (radiations de Jupiter) et/ou trop lointaines, les exoplanètes « proches » sont, pour encore longtemps, inaccessibles à nos fusées (Proxima Centauri est à 4,3 années-lumière !).

Donc nous pouvons aller physiquement sur Mars et, dans un avenir prévisible, nous ne pourrons nous établir que sur Mars ; nous pourrons y approfondir nos recherches sur l’origine, la préhistoire de la vie, peut-être ses premiers balbutiements. Nous avons commencé à le faire avec des robots, remarquables produits de l’intelligence humaine, et nous continuerons. Mais il faut faire mieux : nous pouvons aussi y envoyer des astronautes puis des colons ; nous pouvons tenter d’y donner une « seconde chance » à notre espèce, à la vie terrestre et à notre civilisation. S’intéresser à Mars, c’est s’intéresser à ces recherches fondamentales, c’est s’intéresser à des projets dont la réalisation est possible même si elle est difficile ; c’est s’intéresser à demain, se projeter dans un avenir proche, et c’est aussi repousser infiniment plus loin qu’aujourd’hui notre horizon et celui de l’humanité.

Puisque le défi « relevable » de notre époque est donc d’y aller. Ne tergiversons pas d’avantage, allons-y !

En attendant, pour connaître mieux cette planète, les possibilités de voyage et d’établissement temporaire ou permanent, faire le point sur les recherches biologiques, venez nous rejoindre le 26 octobre au Musée International d’horlogerie de la Chaux-de-Fonds! Inscrivez vous.

Image à la Une : affiche d’annonce de la 18ème Conférence sur la Planète Mars en Europe (crédit Mars Society Switzerland, graphisme Trax-L)

Le télescope Planck nous approche de l’origine de l’Univers autant que le permettent les rayonnements électromagnétiques

Vers quelque direction que l’on orienterait nos télescopes, en supposant qu’ils soient suffisamment puissants pour collecter les rayonnements électromagnétiques émis il y a plus de 13,799 milliard d’années-lumière, nous ne pourrions « regarder » plus loin dans l’espace ou avant dans le passé car la surface dite de « dernière-diffusion » (les photons interagissant immédiatement avec les électrons encore « libres ») constitue un mur infranchissable à l’observation utilisant ces rayonnements. En effet, avant d’arriver au volume correspondant à cette surface (quelques dizaines de millions d’années-lumière de diamètre), dilaté par l’inflation puis l’expansion, l’Univers né du Big-bang 380.000 ans auparavant, ne pouvait émettre aucune radiation électromagnétique (c’était un « corps-noir » parfait), sa densité étant jusque-là trop élevée. C’est alors seulement, l’expansion continuant à réduire la densité, qu’apparaît la « première lumière » résultant de la libération des photons de la matière (les protons disposant alors de suffisamment d’espace pour prendre le contrôle des électrons). Théorisée par George Gamow dans les années 1940, découverte fortuitement par Arno Penzias et Robert Wilson en 1965, on a nommé cette surface le « Fond-diffus-cosmologique », en Anglais « Cosmic Microwave Background » ou communément « CMB », et c’est ce CMB qui a constitué le premier objet d’étude du télescope Planck.

Si en Anglais on parle de « micro-ondes », c’est que le pic d’émission du CMB se situe, aujourd’hui,  dans la bande du spectre électromagnétique, qui se trouve dans la zone des micro-ondes, entre le rayonnement infrarouge-lointain et les ondes-radio. Si on a estimé qu’il provient de l’origine de l’Univers c’est qu’il est « isentropique » c’est-à-dire qu’il ne dépend pas d’un astre, d’une galaxie ou d’un système de galaxies mais qu’il est partout à peu près égal avec en moyenne une température de 2,725°K, une longueur d’onde de 3 mm, un pic de fréquence à 100 GHz, avec quelques irrégularités que l’on appelle « anisotropies », qui sont de très faibles  différences de température selon la direction des micro-ondes (de l’ordre de 1/10000 par rapport à la moyenne). Ces différences de température témoignent de différences de densité de la matière, sur lesquelles ensuite a joué la pesanteur (la force gravitationnelle). Elles témoignent de ce qui s’est passé « avant », lorsque les photons n’avaient pu encore échapper à la matière et elles annoncent ce qui va se passer « après » (formation des diverses concentrations de matière de notre Univers). L’objectif du télescope Planck était donc de dresser une carte aussi précise que possible de ces inhomogénéités et d’en déduire des indications sur la structure et l’évolution de l’Univers. NB : le CMB est un rayonnement dit « fossile » car sa source, l’événement qui l’a créé, remonte à 13,799 milliards d’années. Il était à l’origine beaucoup plus chaud (3000°K) et se situait dans le proche infrarouge. C’est le passage du Temps et la dilatation de l’Univers avec l’accroissement constant de la vitesse de fuite, qui a étiré de plus en plus les longueurs d’onde (effet Doppler).

Mais le télescope Planck a aussi étudié la phase d’après le CMB, qu’on appelle « le fonds diffus infrarouge », « CIB » (Cosmic Infrared Background), provenant de la période de formation des grandes structures de l’Univers. Le CIB comprend aussi bien le rayonnement des premières étoiles que celui des nuages de poussière échauffés par le rayonnement des étoiles. Comme le CMB, le CIB est un rayonnement très ancien, soumis de ce fait à un très fort effet Doppler. On voit tout de suite l’intérêt de cette seconde représentation du jeune Univers pour comprendre la première puisqu’elle donne une ébauche de l’évolution qui a conduit jusqu’à nous.

Le télescope Planck, nommé en hommage au physicien allemand, Max Planck, découvreur en 1900 de la forme du spectre du corps-noir, est un télescope spatial développé par l’ESA avec une participation NASA. Il remonte à 1993 et a sa source dans deux projets, l’un italien COBRA (Cosmic Background Radiation Anisotropy Satellite) qui prévoyait pour sa surface focale l’utilisation de transistors et l’autre français, SAMBA (SAtellite for Measurement of Background Anisotropies) qui prévoyait l’utilisation de bolomètres (des absorbeurs qui convertissent l’énergie cinétique du rayonnement électromagnétique incident en énergie interne. Les absorbeurs sont liés à des « thermomètres » qui traduisent les variations de température dans les variations de leurs propriétés électriques ou magnétiques). Sélectionné en 1996 en un projet combiné qui devient alors « Planck », le télescope comprend deux instruments, le HFI d’origine SAMBA et le TFI d’origine COBRA. Il est réalisé par un ensemble de plusieurs dizaines d’entreprises et de centres de recherches, sous la direction scientifique de l’IAS (Institut d’Astrophysique Spatiale, d’Orsay, en France) et de l’IASC (Istituto di Astrofisica Spaziale et Cosmica de Bologne), technique de Thalès Alenia Space. La NASA a participé (bolomètres, refroidisseurs, amplificateurs). La mission a été lancé en 2009. Elle avait pour objectif d’améliorer en précision de 20 à 30 fois les résultats obtenus par les deux missions précédentes visant le CMB, les missions COBE, lancée en 1989 et WMAP, lancée en 2001. Elle s’est terminée officiellement en juillet 2018 (bien après que les instruments aient cessé d’être opérationnels).

Le HFI pour High Frequency Instrument avait pour P.I. Jean-Loup Puget de l’IAS. Il opérait dans des bandes allant de 100 GHz à 850 GHz. Il utilisait 54 bolomètres, qui fonctionnaient d’autant mieux qu’ils étaient plus froids et il fallait évidemment descendre le plus possible en dessous de 2,725°K (température moyenne du CMB). On a atteint 0,1°K, par un dispositif complexe utilisant l’hélium liquide, ce qui permettait au HFI de percevoir beaucoup mieux que ses prédécesseurs les fluctuations autour du rayonnement du CMB. Bien entendu cela ne pouvait durer que tant qu’il y avait de l’hélium liquide disponible ; ce fut le cas jusqu’en janvier 2012.

Le LFI pour Low Frequency Instrument avait pour P.I. Nazzareno Mandolesi de l’IASC. Il opérait dans des fréquences allant de 30 à 70 GHz. Ce sont des fréquences inférieures au pic du CMB (100 GHz) mais cela a permis d’améliorer les observations du HFI et de leur donner un avant plan (le CIB). Ses radiomètres fonctionnaient avec une température de 20°K et il n’avait donc pas les mêmes exigences de refroidissement que le HFI.

La plateforme construite par Thalès Alenia Space était particulièrement étudiée pour éviter le réchauffement. Le télescope lui-même comprenait un miroir primaire et un miroir secondaire réfléchissant les rayonnements vers la surface focale comprenant les capteurs HFI et LFI, munis de leurs systèmes de refroidissement et de leur réserves de liquide cryogénique (36.000 litres d’hélium 4 et 12.000 litres d’hélium 3 pour HFI ; de l’hydrogène recyclable pour LFI, ce qui a permis un fonctionnement beaucoup plus long). La localisation était une orbite autour du point de Lagrange L2 (derrière la Terre par rapport au Soleil), pour bénéficier en permanence de l’éclairage du Soleil sur les panneaux solaires couvrant le fond de la plateforme de l’observatoire et éviter les émissions thermiques de la Terre. Un peu d’hydrazine, 160 kg, était utilisé pour les ajustements de trajectoire (il fallait évidemment suivre un plan d’exploration de la voûte céleste en évitant tout angle trop ouvert vers le Soleil (15° maximum d’inclinaison par rapport à la direction du Soleil). HFI a ainsi fonctionné entre juillet 2010 et le 17 janvier 2012 (épuisement de l’hélium). LFI a fonctionné jusqu’en octobre 2013.

Les résultats scientifiques ont été publiés une première fois en mars 2013, une deuxième fois fin 2014, et la version intégrale, définitive, plus fiable, des données avec les articles associés, a été publiée sur le site Web de l’ESA le 17 juillet 2018. Ils ont apporté un progrès évident à la représentation du CMB. Le CNES nous dit que cela renforce le « modèle standard » des cosmologues (qui repose sur une combinaison de matière ordinaire, matière noire et énergie noire). Une des conséquences importantes a été, grâce au HFI,  la prise de connaissance de la polarisation du CMB (signaux 50 à 100 fois plus faible que ceux de la température et 10 à 20 fois plus faible que ceux du CIB) car elle détermine comment, au niveau microscopique, vibrent les ondes qui composent la lumière. C’est l’empreinte de la dernière interaction entre la lumière et la matière avant la libération des photons.

Mais toute réponse apporte de nouvelles questions ! On a ainsi constatée un taux d’expansion de l’Univers légèrement inférieur à ce qu’il devrait être d’après Hubble et une asymétrie des températures moyennes dans les deux hémisphères de la CMB. Elle est légèrement plus élevée au Sud qu’au Nord de l’écliptique. Le CMB n’est donc pas parfaitement isotrope et homogène ! Par ailleurs un point froid, bien plus important qu’une simple fluctuation apparaît dans le Sud-Est de l’hémisphère Sud. Les astrophysiciens réfléchissent ! Maintenant, ils pourraient être aidés par de nouveaux progrès technologiques. On pourrait construire un « super-Planck » pour observer encore plus finement la surface de dernière-diffusion. Si nous voulons aller encore plus loin, pour la transpercer, il nous faudrait utiliser d’autres rayonnements que les rayonnements électromagnétiques. Je pense évidemment, pour demain, à l’astronomie des ondes gravitationnelles et, pour après-demain, à celle du rayonnement des neutrinos.

Image à la Une : comparaison de la précision de Planck par rapport à ses prédécesseurs COBE et WMAP constatée sur un même secteur de 10 degrés carrés du CMB (crédit NASA/JPL-CalTech/ESA). Les « grumeaux » sont les anisotropies.

Image ci-dessous (1) : Vue d’artiste du télescope Planck (crédit CNES, France).

Image ci-dessous (2): Les éléments du télescope Planck.

Liens :

https://planck.cnes.fr/fr

https://www.nasa.gov/mission_pages/planck

https://fr.wikipedia.org/wiki/Planck_(satellite)

contributions suisses au télescope:

https://www.esa.int/fre/ESA_in_your_country/Switzerland_-_Francais/Deux_firmes_suisses_contribuent_a_la_stabilite_du_telescope_Planck/(print)

N’oubliez pas notre congrès EMC18 (18th European Mars Convention) au Musée International d’Horlogerie (MIH) de la Chaux-de-Fonds, du vendredi 26 octobre (14h00) au dimanche 28 Octobre (12h00). Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur Mars au long de 24 exposés de spécialistes sur (1) la Planète, (2) le Temps, (3) le Voyage interplanétaire et (4) l’installation de l’homme (en Anglais). Nous aurons aussi un débat avec Claude Nicollier et Robert Zubrin sur le thème “Robots and Men on Mars under the Look of Time”. Vous pouvez encore vous inscrire.

Après LISA-Pathfinder, LISA pourrait nous apporter une très riche moisson d’ondes gravitationnelles

L’espace-temps forme un tout solidaire ce qui implique que toute perturbation gravitationnelle s’y répercute mais son tissu est tellement stable et gigantesque que seules les plus grosses perturbations, des distorsions provenant de très grosses masses en accélération, générant de fortes ondes gravitationnelles, y peuvent être perçues, sous forme d’oscillations de très petites amplitudes. Depuis qu’on a pris conscience de la probabilité de l’existence de l’espace-temps et de ses propriétés (Albert Einstein puis Felix Pirani et Hermann Bondi), on a cherché à les vérifier en tentant d’observer ces ondes qui en sont une forme d’expression. Sur Terre on a conçu et réalisé les interféromètres LIGO* et Virgo*, dans l’espace on prépare LISA* (projet ESA avec la collaboration de la NASA) à l’horizon des années 30. Le satellite LISA-Pathfinder (ESA) en a testé des aspects essentiels en 2016 ; il est son précurseur.

*LIGO = Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (aux Etats-Unis, deux installations, en Louisiane et dans l’Etat de Washington) ; *Virgo = un interféromètre de même type, situé en Europe, à Cascina, près de Pise ; *LISA = Laser Interferometer Space Antena. LISA est une entreprise internationale avec une contribution majeure de la France ; pour ce pays, un participant essentiel est le Laboratoire Astroparticule et Cosmologie (CNRS/Université Paris Diderot/CEA/Observatoire de Paris) avec le soutien du CNES. Il y a aussi une contribution suisse prévue (à confirmer), notamment via l’Université de Zurich et l’ETHZ (voir ci-dessous).

Les avantages du milieu spatial par rapport au support planétaire sont (1) l’absence de bruits parasites provenant de ce support ; (2) les très grandes dimensions pouvant être données à la structure du détecteur, ce qui permet de réduire l’importance relative des « bruits » et d’observer des ondes de beaucoup plus grandes longueurs ; (3) une capacité de détection des origines très affinée par rapport à celle des capteurs terrestres*. LISA est donc porteur d’un grand espoir d’autant que l’expérience de LISA-Pathfinder a été très positive.

*sur Terre les ondes gravitationnelles (“OG”) détectées sont de très courte durée et il faut donc plusieurs détecteurs (2 LIGO + 1 Virgo +…) pour effectuer une triangulation permettant d’en déduire la direction d’origine. Dans l’espace, les trois bras de LISA constituent deux détecteurs de Michelson indépendants ce qui donne très vite une première estimation de la direction. Ensuite, les OG étant observées sur une longue durée (semaines, mois), la rotation de LISA autour du Soleil permet d’affiner cette triangulation.

Les ondes gravitationnelles ne sont pas des ondes électromagnétiques mais elles sont suscitées par des événements qui peuvent générer également de telles ondes ; Leur spectre couvre une très large étendue de longueurs d’ondes. LISA opérera entre 0,1 millihertz (mHz) et 0,1 Hz, donc sur des longueurs beaucoup plus grandes (et des fréquences beaucoup plus basses) que LIGO ou Virgo (10 Hz à 1kHz) ; c’est la bande de fréquences qui semble la plus riche en ondes gravitationnelles.

Le « détecteur » (difficile de parler d’un télescope pour un instrument ne recueillant pas de signaux sur un miroir) sera constitué de trois « bras » de laser à partir de trois jeux de deux masses inertielles enfermées dans des satellites situés à égale distance, au sommet de chaque angle d’un triangle à peu près équilatéral (il évoluera régulièrement dans le temps, sur une période de 12 mois, à cause de la trajectoire des satellites). Ces bras qui auront pour objet de mesurer les variations de distance entre les masses-témoins en chute libre et suivant une trajectoire purement gravitationnelle à l’intérieur des satellites, seront extrêmement longs, 1,5 million de km, ce qui permettra une sensibilité beaucoup plus forte aux ondes gravitationnelles que les interféromètres terrestres. Cela est nécessaire car les signaux attendus sont extrêmement petits (la taille d’un noyau d’hélium au bout de la longueur d’un des bras de l’instrument). A noter que, puisque les variations de distances dues aux ondes gravitationnelles sont de l’ordre de quelques dizaines à quelques milliers de secondes, l’évolution périodique de la longueur des bras de laser mentionnée plus haut, ne présentera pas une difficulté insurmontable. Le triangle de LISA suivra la Terre sur son orbite à une distance de 50 millions de km, et fera un tour complet autour de son propre centre pendant cette année. Il sera incliné sur l’écliptique selon un angle constant de 60°, déterminant ainsi un cône tronqué autour du Soleil. Les trois satellites seront « liés » entre eux par six rayons laser (deux à partir de chacun des satellites vers chacun des deux autres). Le système LISA est donc très voisin de celui des interféromètres terrestres, il est simplement beaucoup plus étendu. Tout passage d’une onde gravitationnelle suffisamment puissante pour passer au-dessus du seuil de bruit, allongera ou rétrécira la distance entre les satellites. Le “temps de vol” des photons des lasers y est sensible. On aura donc une mesure de la dilatation/contraction de l’espace-temps. Cela est possible car la vitesse de la lumière est constante. Selon l’importance et le lieu de la déformation on aura en plus, la force du signal et la direction de sa provenance ; selon la durée de sa répétition et sa forme, on pourra savoir si la source est un événement unique ou un phénomène continu.

LISA-Pathfinder a été un test de la faisabilité de LISA. Une sorte de modèle réduit avec des performances attendues moindres mais significatives (un ordre de grandeur en performance et trente en fréquences). Il a été lancé en 2015, positionné au point de Lagrange L1 en janvier 2016 et a terminé sa mission en juillet 2017. A son bord, le LTP (Lisa Technology Package) a testé avec satisfaction que les caractéristiques de bruits d’origines non gravitationnelles (vent solaire, pression de radiations) affectant deux cubes en or et platine de 1,96 kg et 46 mm de côté (métaux choisis pour leur susceptibilité magnétique très réduite) en chute libre à l’intérieur du satellite, étaient largement compatibles (suffisamment faibles) avec la possibilité de détecter des ondes gravitationnelles. Le DRS (Disturbance Reduction System) a vérifié l’adéquation des micropropulseurs* devant compenser l’ensemble des forces non gravitationnelle s’exerçant sur le satellite.

*deux systèmes ont été utilisés alternativement, l’un fourni par l’ESA, fonctionnant avec des gaz froids (comme pour Gaia), l’autre par la NASA, fonctionnant avec des colloïdes.

L’ensemble du dispositif est parvenu à obtenir une précision dans la mesure de la distance entre les deux masses tests de 30 millionièmes de milliardièmes de mètres (30 femtomètres) et à limiter l’accélération relative des masses témoins à 2 femtomètres par seconde au carré, soit 20 fois mieux que celles attendues (et en deçà de ce qui est requis pour LISA). Cela veut dire que toute onde gravitationnelle générant une accélération relative supérieure à l’amplitude de cette variation maximum, pourra être perçue. Cela souligne en même temps le caractère prodigieux des technologies utilisées pour contrôler (1) les forces externes susceptibles de modifier la trajectoire du satellite (pression de radiations) et (2) les forces internes, magnétiques et gravitationnelles c’est-à-dire celles qui résultent de l’attraction gravitationnelle du satellite lui-même (les forces de gravité que génèrent ses composants se compensent au niveau des cubes). Le passage d’une onde gravitationnelle doit allonger d’une longueur infime la distance entre les masses inertielles enfermées dans les satellites. Dans la configuration LISA il y aura une masse inertielle aux deux bouts de chaque rayon laser, dans LISA-Pathfinder, elles n’étaient séparées que de 38 cm, avec entre elles deux rayons lasers, reflétés par elles. Cela ne permettait pas la détection d’ondes gravitationnelles (distance trop petite) mais ce n’était pas l’objet à ce stade.

Après le succès de LISA-Pathfinder et surtout la première observation directe d’ondes gravitationnelles le 14 septembre 2015 par les deux capteurs de LIGO (fusion de deux trous noirs à plus de un milliard d’années-lumière de la Terre), la NASA qui avait quitté le projet en 2011 (début administration Obama) l’a rejoint à nouveau en 2016. L’ESA a sélectionné LISA en juin 2017 comme mission lourde (« L3 ») du programme Cosmic Vision, avec un lancement prévu en 2034. La mission qui doit durer 4 ans, est estimée à un milliard d’euros d’aujourd’hui pour l’ESA (et sans doute autant pour les contributions nationales).

Les ondes gravitationnelles sont extrêmement peu perturbées par la matière. Elles « passent partout », si l’on peut dire, et elles peuvent donc nous donner des informations non déformées sur les événements les plus lointains et les plus puissants. LISA le fera dans une partie du spectre différente de celle couverte par les interféromètres LIGO et Virgo au sol. Les sources privilégiées seront les fusions de trous-noirs supermassifs mais aussi les systèmes d’étoiles binaires ultra-compactes (à neutrons), les « EMRI » (systèmes de trous noirs).

On avance ainsi petit à petit dans un nouveau domaine, on pourrait dire une nouvelle dimension de l’exploration spatiale. Plus tard on continuera en utilisant les longueurs d’ondes encore inaccessibles (Pulsar Timing Arrays) pour rejoindre, tout au bout du spectre, l’observation de l’univers primordial effectuée aujourd’hui dans le domaine électromagnétique par le télescope Planck et au-delà même de ce que peut Planck peut voir, au-delà de la « surface de la dernière diffusion », avant le « temps de la recombinaison », lorsque les ondes électromagnétiques n’étaient pas encore libérées de la matière et que l’univers avait juste 380.000 ans d’existence.

Ces ondes gravitationnelles nous apporteront donc un complément d’informations extraordinaire en permettant de « voir » encore plus loin que (ou avant) les rayons électromagnétiques et aussi « voir » les phénomènes surpuissants de l’Univers sous un autre aspect que celui transmis par les ondes électromagnétiques. On parle d’« astronomie-multi-messager » et cette astronomie a de beaux jours devant elle. Maintenant, il faut construire LISA.

NB : ce texte a été revu (et quelque peu corrigé !) par (1) Eric Plagnol, physicien, chercheur émérite au CNRS, membre de l’équipe LISA/LISA Pathfinder au laboratoire Astroparticule et cosmologie (« APC »), responsable de la mission LISA Pathfinder pour la France jusqu’en 2015; par (2) Isabelle Petitbon, responsable programme Physique fondamentale au CNES.

Image à la Une: Vue d’artiste d’un des trois satellites composant LISA. On voit partir de ce satellite les deux rayons laser qui le relient aux deux autres. Les rayons partent de deux masses en chute libre à l’intérieur du satellite. Crédit AET/Mild Marketing/Exozet.

Image ci-dessous (1): parcours de LISA autour du Soleil, crédit ESA:

Image ci-dessous (2): Vue d’artiste de l’intérieur de LISA-Pathfinder (crédit ESA/ATG medialab) ou plus précisément, du LTP (voir ci-dessus). Vous remarquerez les deux rayons laser de l’interféromètre, chacun se reflétant sur l’une des deux masses (cubes) en chute libre. Ils relient l’une à l’autre par un jeu de 22 miroirs. Ces lasers avaient pour objet de mesurer très précisément les mouvements, la position et l’orientation des masses sans les toucher. De l’extérieur, LISA-Pathfinder ressemble beaucoup à l’un des satellites de LISA tel que représenté dans l’ “image à la Une”. Le “couvercle” est le panneau solaire nécessaire au fonctionnement du satellite.

Liens :

https://lisa.nasa.gov/

http://sci.esa.int/lisa-pathfinder/

https://www.ligo.caltech.edu/page/press-release-gw170817

http://www.virgo-gw.eu/

https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/l/lisa-pathfinder

https://lisa-pathfinder.cnes.fr/

contribution suisse :

https://www.sbfi.admin.ch/dam/sbfi/fr/dokumente/factsheet_lisa_pathfinderaufdemweginsweltall.pdf.download.pdf/factsheet_lisa_pathfinderenrouteverslespace.pdf

https://www.erdw.ethz.ch/content/dam/ethz/special-interest/erdw/department/dokumente/news/2015/11/LPF_Faktenblatt_en.pdf

N’oubliez pas notre congrès EMC18 (18th European Mars Convention) au Musée International d’Horlogerie (MIH) de la Chaux-de-Fonds, du vendredi 26 octobre (14h00) au dimanche 28 Octobre (12h00). Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur Mars au long de 24 exposés de spécialistes sur (1) la Planète, (2) le Temps, (3) le Voyage interplanétaire et (4) l’installation de l’homme (en Anglais). Nous aurons aussi un débat avec Claude Nicollier et Robert Zubrin sur le thème “Robots and Men on Mars under the Look of Time”. Vous pouvez encore vous inscrire.

Missions habitées sur Mars, Robert Zubrin déplore les opportunités perdues mais reste optimiste

Robert Zubrin, fondateur de la Mars Society il y a vingt ans et toujours président de son entité aux Etats-Unis, désire ardemment la création d’une nouvelle branche de l’humanité sur Mars. Il a été interviewé par le groupe NBC news (chaîne MACH) le 19 août. J’ai traduit cette interview en Français et vous pourrez la lire ci-après. Il exprime un point de vue un peu différent de celui que j’ai exposé la semaine dernière mais il donne indirectement une réponse tout aussi claire aux insinuations de Ms Sophie Swaton sur la « marchandisation » effrénée prétendument vécue aujourd’hui sur Terre, comme face cachée de « notre » fascination pour Mars. Comme si nous étions de vulgaires conquistadors avides ou des benêts qui se laissent mener par le bout du nez par des vendeurs de rêve impossibles ! Je n’ai rien demandé à Robert Zubrin et il n’a certainement pas lu l’article de Ms Swaton mais après prise de connaissance du contenu de cette interview, vous verrez que Robert Zubrin, comme je le suis moi-même, est à des dizaines de millions de km* de ces insinuations.

*en référence à la distance entre la Terre et Mars.

Traduction :

Dire que Robert Zubrin est passionné par la planète Mars est un euphémisme. L’ingénieur aérospatial de 66 ans a consacré la plus grande partie de sa vie à réfléchir sur et à encourager son exploration. En 1998, il a fondé la Mars Society, une organisation à but non lucratif basée au Colorado, et il s’est affirmé, en tant que fervent partisan de l’établissement d’une colonie permanente sur Mars, comme un critique sans concession du programme des vols spatiaux habités de la NASA qu’il considère comme étant en totale stagnation.

Récemment, la chaîne MACH de NBC News (NdT : chaîne du groupe NBC dédiée aux sciences) a discuté avec lui des raisons pour lesquelles il pensait si fort que les humains devraient coloniser Mars, que la NASA ne devrait pas construire un «aéroport spatial» lunaire et des raisons pour lesquelles l’exploration de Mars lui était si personnelle.

NB : L’entretien a été édité pour plus de clarté et de concision.

MACH: La NASA a envoyé des atterrisseurs robotiques et des rovers sur Mars. Pourquoi est-il important d’y envoyer des êtres humains?

Zubrin: Les êtres humains sont beaucoup plus efficaces comme explorateurs que les robots. Les questions les plus importantes sur Mars portent sur la recherche de la vie, dans le passé et aujourd’hui. Nous nous intéressons donc aux fossiles et nous nous intéressons à la vie éteinte. La chasse aux fossiles sur Terre impose de parcourir de longues distances au travers de terrains difficiles, de creuser et de travailler à la pioche. Cela implique un travail délicat, l’intuition, le suivi des indices. C’est bien au-delà de la capacité des robots.

À la Mars Society, nous avons construit deux bases d’entraînement « analogues »: une dans le désert de l’Utah et une autre dans le Haut-Arctique canadien. Dans la base de l’Utah, lors de l’une de nos premières excursions, nous explorions le désert comme si nous avions été sur Mars. Nous sommes descendus dans un petit canyon, l’avons exploré à fond et avons trouvé un rocher très curieux. Nous l’avons rapporté dans l’habitat et l’avons découpé en tranches fines ; c’était un os de dinosaure !

Nous l’avons signalé aux autorités (Bureau of Land Management, « BLM »). Quelques années plus tard, le BLM a transmis les données à un paléontologue professionnel. Il est venu et a creusé l’endroit où nous avions fait notre découverte. Cet os est maintenant reconnu comme le plus grand os de dinosaure découvert en Amérique du Nord depuis des décennies. Je dois vous dire qu’aucun rover à roues n’aurait pu même pénétrer dans le canyon, il fallait descendre un abrupt de deux mètres pour y arriver.

En ce qui concerne la recherche de vie présente, on vient juste de découvrir de l’eau souterraine sur Mars – un lac sous-glaciaire. S’il y a de la vie sur Mars aujourd’hui, c’est bien dans l’eau souterraine qu’on la trouvera. Il faut donc installer des appareils de forage. Aller jusqu’à un kilomètre, cela revient à forer un puits profond de pétrole sur Terre. Les rovers ne peuvent pas le faire. Et rapporter l’eau en surface pour la mettre en culture sur des médiums adéquats pour chercher à révéler tous les organismes qui pourraient s’y trouver, puis les examiner sous microscopes et effectuer les tests biochimiques nécessaires, c’est à des années-lumière de la capacité de ces rovers. Si l’on veut vraiment résoudre le problème et trouver la réponse à la question de la vie sur Mars, on devra y envoyer des hommes.

Une mission sur Mars c’est une chose, mais pourquoi les hommes devraient-ils s’installer sur la planète rouge?

Nous devons nous installer sur Mars pour établir une nouvelle branche de la civilisation humaine. Cela ajoutera de la force et de la vitalité à la civilisation humaine dans son ensemble. Si vous réfléchissez à la propagation de la civilisation occidentale dans les Amériques, à l’établissement de sociétés, y compris celle qui a conduit aux États-Unis, vous constaterez que les Européens en ont obtenu quelques profits, les Espagnols un peu d’or des Aztèques et que la culture du tabac en Virginie a procuré également quelques profits. Mais la véritable valeur que l’Europe et le reste du monde ont retirée des États-Unis, c’est une nouvelle branche de la civilisation humaine qui a démontré la valeur de la démocratie, qui a inventé l’électricité, le bateau à vapeur, le télégraphe, l’ampoule électrique, l’avion, l’énergie nucléaire, les ordinateurs et les iPhones. En d’autres termes, nous avons créé une nouvelle société créative qui a énormément contribué à la civilisation humaine dans son ensemble. Nous ne terraformerons pas Mars pour abandonner la Terre. Nous terraformerons Mars pour avoir une Terre de plus.

Quel est le but de la Mars Society?

Poursuivre l’exploration et la colonisation de Mars par des moyens publics et aussi privés. Cela signifie soutenir à la fois l’exploration robotique et l’exploration humaine. Et cela signifie soutenir la construction de bases, la colonisation, le développement de technologies qui permettront la colonisation et en fin de compte la terraformation. Cela comprend également le développement de technologies de lancement, de systèmes de transport permettant d’atteindre Mars et de systèmes de production d’énergies pouvant être utilisées sur Mars.

Que dites-vous à ceux qui pensent que nous devrions d’abord nous établir sur la Lune?

Je ne suis pas d’accord avec ce point de vue, mais je peux le respecter. Je peux respecter les gens qui disent: « Nous devrions aller sur la Lune, parce que c’est plus près, parce que nous savons comment le faire et qu’il y a de la glace d’eau près du pôle sud lunaire dont nous pourrions nous servir pour explorer la Lune ». Si on le faisait, cela redonnerait certainement confiance dans le programme des vols habités.

Mais l’administration Trump n’a pas l’intention de le faire. Si l’on dit que l’on doit aller sur La lune avant d’aller sur Mars, alors allons sur la Lune. Au lieu de cela, ce gouvernement a sorti cette idée ridicule qu’avant de se rendre sur la Lune, on doit mettre une station spatiale en orbite autour de la Lune. On n’a pas besoin d’une station spatiale en orbite autour de la Lune pour aller sur la Lune ! On n’a pas besoin d’une station spatiale autour de la Lune pour aller sur Mars !

Si l’on construisait une telle station, il est certain que la bureaucratie imposerait à toutes les missions lunaires d’y passer avant d’aller sur la Lune, car autrement cela semblerait ridicule d’avoir construit une station spatiale que l’on n’utiliserait jamais. Cela rendrait les missions lunaires plus difficiles à réaliser parce qu’il est plus facile d’aller directement sur la Lune. C’est comme si quelqu’un disait: construisons un aéroport à Sherbrooke, au Canada, et quiconque quitte la ville de New York doit s’y poser avant d’aller à Londres. Bien sûr, on peut le faire mais cela ne facilite en rien le voyage pour Londres. Pour ne rien dire de tout l’argent que vous gaspilleriez dans cet aéroport en dehors de la trajectoire la plus rapide recherchée.

Le programme Apollo a suscité énormément d’enthousiasme et aussi un sentiment d’unité nationale. Une mission sur Mars pourrait-elle avoir le même effet?

Quand j’étais jeune, le gouvernement était capable de grandes choses. Mes parents, mes oncles, ont tous participé à la Seconde Guerre mondiale. Pendant mon enfance les Américains ont construit sous la direction du gouvernement d’alors un réseau routier inter-États et pendant mon adolescence on est allé sur La Lune. On avait une classe politique unie autour de ces objectifs. Depuis lors elle a gravement dégénéré. C’est un vrai problème.

On peut d’ailleurs regarder dans d’autres directions que celle du programme spatial et constater que rien ne va plus dans la classe politique américaine. Nous ne pourrions pas construire le réseau routier inter-États aujourd’hui. Différentes factions se disputeraient l’une l’autre et empêcheraient de le faire. Il faudra donc de gros efforts pour reconstituer Humpty Dumpty (NdT œuf d’Alice au Pays des Merveilles qui tombe du mur et se casse) et restituer au gouvernement américain sa capacité à entreprendre de grands projets. Bien sûr, une partie des raisons pour lesquelles la classe politique américaine était capable entre les années 40 et les années 60 de mener à bien de grands projets était qu’elle avait été forgée dans l’enfer de la guerre. Les gens comprenaient comment faire les choses et comment travailler ensemble. Et alors que beaucoup de ceux qui ont participé à Apollo considéraient le programme comme une étape vers l’expansion humaine dans l’espace, pour la plus grande partie de la classe politique il s’agissait de gagner la guerre froide.

Peut-être avons-nous besoin de ce genre de défi. Peut-être que si nous sommes défiés par les Chinois ou les Russes nous continuerons à être l’avant-garde de l’humanité. Allons-nous célébrer nos faits glorieux dans les journaux ou oser nous contenter de le faire dans des musées ?

Quel rôle les sociétés privées de vols spatiaux doivent-elles jouer?

À partir des années 90, on a commencé à voir des entreprises privées, des milliardaires qui disaient: «Je vais ouvrir l’espace cette année, je vais créer une société de lanceurs ». Il y en a eu plusieurs de créées, qui ont toutes échoué, dans ces mêmes années, jusqu’à ce que le PDG de SpaceX, Elon Musk, arrive et réussisse. Comme je connais bien les efforts précédents ainsi que Musk, je peux vous dire pourquoi lui a réussi et pas les autres. Il ne s’est pas contenté de déverser de l’argent sur le problème et n’a pas renoncé dès que c’est devenu difficile. Il a mis non seulement sa fortune mais son cœur, son esprit et son âme dans son projet. Il a appris la propulsion tout seul, et il n’a pas abandonné après que ses trois premiers lancements eurent échoué.

La fortune favorise les courageux, la fortune favorise les durs, la fortune favorise les malins, et Elon Musk a les trois qualités. Il a rassemblé autour de lui une équipe vraiment formidable de personnes déterminées qui ont commencé à voir qu’elles pouvaient vraiment réussir, qu’elles pouvaient vraiment faire l’histoire ensemble avec lui, et c’est ce qu’elles font.

Y a-t-il d’autres entreprises de vol spatial qui vous passionnent ou vous inspirent?

Je pense tout de suite à Blue Origin, fondée par Jeff Bezos. Il a une approche quelque peu différente. Sa devise est la suivante: pas à pas férocement et un pas à la fois. Ce gars avance à un rythme soutenu. Musk mène une vraie blitzkrieg. Il sera intéressant de voir lequel gagnera, si l’approche pas à pas prudente prévaudra ou si ce sera le pied au plancher.

Et je sais qu’il y a d’autres groupes de personnes en Russie, par exemple, qui souhaiteraient monter un SpaceX russe. Il y a certainement l’expertise technique là-bas et le capital. Je pense qu’il y a des gens en Chine qui voudraient le faire, et vous avez aussi Virgin Galactic, qui est financée par le milliardaire britannique Richard Branson. Et il y a une autre entreprise appelée Stratolaunch qui est soutenue par le milliardaire de Microsoft, Paul Allen. Je suis prêt à parier que, dans cinq ans, il y aura au moins 10 projets de ce type dans le monde.

Alors vous êtes optimiste?

Je le suis, je le suis vraiment. Cela m’a pris du temps car j’ai été témoin des difficultés rencontrées par les personnes qui ont essayé de le faire en privé dans les années 90. En fait, j’ai moi-même participé à une telle entreprise qui a démarré, mais qui a finalement échoué une dizaine d’années plus tard. C’est vraiment difficile, mais il est maintenant prouvé qu’on peut réussir. Une fois que la démonstration de la faisabilité a été démontrée, ça doit marcher. Croire que quelque chose peut être fait, est la clé pour pouvoir le faire.

Cela semble très personnel. Pourquoi donc?

C’est une question intéressante. Tout d’abord, il est important que nous adhérions à ce type d’avenir, un avenir en expansion. Je pense que c’est important non seulement pour le futur mais aussi pour le présent car si les gens pensent que nous sommes confinés sur la Terre et qu’il y a que là qu’on peut faire quelque chose, les nations se dresseront les unes contre les autres. Être persuadé qu’on doive absolument rester ensemble en huis clos, c’est une configuration pour une autre guerre mondiale,.

Je crois depuis longtemps que même dans les années 60, on pouvait voir les deux choix qui se présentent toujours aujourd’hui : le futur « Star Trek » ou le futur « Soylent Green »* , l’un est magnifique et l’autre est absolument horrible. Pendant un temps dans les années 60, il semblait que nous étions en bonne voie pour nous engager dans la première voie.

*NdT « Le soleil vert », film américain apocalyptique de 1973 dans lequel la surpopulation a conduit les êtres humains, piégés sur Terre, à retourner au cannibalisme après avoir totalement saccagé leur environnement.

J’avais 17 ans quand nous avons atterri sur la lune et si quelqu’un m’avait dit alors que lorsque j’en aurais 66, nous n’aurions pas de villes sur la Lune et sur Mars, j’aurais pensé qu’il était stupide car la vision que nous avions de ce que l’avenir allait être incluait l’expansion humaine dans le système solaire, avec certitude. Et au rythme où nous évoluions dans les années 60, cela serait certainement arrivé. Mais on a tout arrêté et je me refuse à dire que je l’ai accepté.

Dans les années 80, je suis retourné faire des études supérieures et je suis devenu ingénieur et je me suis familiarisé avec d’autres personnes de ma génération qui partageaient le même point de vue et qui avaient commencé à tenter de réengager la nation pour relever ce type de défis. Et je l’ai relevé. Les gens me demandent parfois: est-ce que vous voulez aller sur Mars vous-même? Bien sûr que je le veux, mais je ne pense pas que j’aurai cette chance. Je l’aurais peut-être eu si le programme spatial avait continué sur la lancée d’Apollo. J’aurais juste eu le bon âge pour participer à un tel effort, mais ça ne s’est pas produit. Maintenant si je peux faire quelque chose d’important pour que cela se fasse, tôt ou tard, cela me suffit.

Image de titre: poster de la 21ème convention internationale de la Mars Society (Pasadena, Californie, du 23 au 26 août 2018).

lien vers l’interview: http://www.marssociety.org/robert-zubrin-wants-to-establish-a-new-branch-of-human-civilization-on-mars/

Commentaire :

On peut trouver un peu à redire aux déclarations de Robert Zubrin. Je ne suis pas certain que les Américains aient « tout » inventé et je pense que les Européens sont aussi pour quelque chose dans les progrès technologiques de l’ère moderne. Par ailleurs je ne suis pas partisan moi-même de la terraformation de Mars. Je pense que le projet est démesuré (temps et capital nécessaires) et je crois beaucoup plus à la création de bulles habitables viabilisées et reliées entre elles par de bonnes communications…mais ce n’est pas cela qui est important !

Ce qui est important c’est que le temps passe et que les gouvernements qui ont les moyens de saisir les opportunités de faire des Terriens une espèce multiplanétaire, celui des Etats-Unis mais plus encore ceux de l’Europe, les laissent passer. Le temps s’enfuit et cette fenêtre d’opportunités dont nous sommes contemporains ne restera peut-être pas ouverte très longtemps, non pas parce que nous ne pourrions plus aller essaimer ailleurs mais parce que nous le voudrions encore moins qu’aujourd’hui. On le voit bien avec la place énorme qu’ont prise et que prennent de plus en plus les problèmes sociaux, environnementaux, les croyances absurdes, les préjugés et les craintes de toutes sortes, dans notre contexte temporel. L’obscurantisme est derrière nous mais la menace de son retour est aussi devant nous et la frilosité généralisée est venue à son secours pour freiner notre envol de la Terre. On le voit aussi avec l’incompréhension d’une partie importante de notre « intelligentsia » qui, comme Sophie Swaton, dénigre l’intérêt de l’établissement de l’homme sur Mars en lui appliquant des considérations « hors sujet ».

Alors oui je veux moi aussi être optimiste, comme Robert Zubrin, mais je me demande de plus en plus si cet envol (celui de quelques-uns d’entre nous) ne se fera pas in extremis comme dans Interstellar, le beau film de Christopher Nolan. Quoi qu’il arrive, je félicite Robert Zubrin pour les paroles qu’il a su trouver (il sait toujours le faire !) pour exalter notre envie d’espace et je vous invite à ne pas vous décourager. Si quelqu’un comme Ms Swaton vous reparle de votre fascination pour Mars donc de vous-même comme elle aurait parlé des conquistadors, répondez lui, comme moi aujourd’hui, qu’il est totalement « à côté de la plaque » et invitez-le à réfléchir encore un peu sur la supposée face cachée de nos motivations. « Ne vous laissez pas faire »!

N’oubliez pas notre congrès EMC18 (18th European Mars Convention) au Musée International d’Horlogerie (MIH) de la Chaux-de-Fonds, du vendredi 26 octobre (14h00) au dimanche 28 Octobre (12h00). Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur Mars au long de 24 exposés de spécialistes sur (1) la Planète, (2) le Temps, (3) le Voyage interplanétaire et (4) l’installation de l’homme (en Anglais). Nous aurons aussi un débat avec Claude Nicollier et Robert Zubrin sur le thème “Robots and Men on Mars under the Look of Time”. Vous pouvez encore vous inscrire.

Y a-t-il vraiment une « face cachée » à notre fascination pour Mars ?

Il y a sans doute une « face cachée » à certaines « fascinations » se portant sur des objets considérés à première vue comme admirables ou enthousiasmants mais qui en fait sont fondés sur des réalités inavouées et inavouables. Pour ce qui concerne la “fascination” pour Mars, je ne vois vraiment pas pourquoi ce serait le cas, en particulier si on se place sur le plan économique.

NB : Cet article est, comme les lecteurs attentifs du Temps l’auront compris, une réponse à l’article de Sophie Swaton paru le 2 août sur son blog hébergé comme le mien par Le Temps, dont le titre est « La face cachée de notre fascination pour Mars ».

En première remarque liminaire je voudrais d’abord dire que je n’aime pas ce « notre » employé par Ms Swaton. Je ne sais pas qui se cache derrière cet adjectif possessif collectif. Je ne pense pas qu’il y ait eu d’étude statistique sur le sujet de la fascination pour Mars, comportant en particulier des questions sur les motivations. Si une ou plusieurs existent, je serais intéressé de le savoir. Je pense plutôt que l’auteure attribue à cette population de personnes « fascinées » (quelle que soit son importance numérique), des motivations qu’elle-même suppose, à titre purement personnel. Je pense de mon côté, pour avoir fréquenté beaucoup de partisans de l’établissement de l’homme sur Mars, que les motivations des uns et des autres sont diverses, correspondant à leurs connaissances et à leur formation intellectuelle mais je ne pense pas que celles avancées par Ms Swaton soient dominantes, loin de là, comme développé ci-dessous.

En seconde remarque liminaire je dirais que j’ai été surpris par l’argument économique que l’auteure met en avant. Elle invoque en premier lieu la motivation « commerciale » (laissant sous-entendre que l’argent n’est pas loin et que répondre à une telle motivation « c’est mal »). Je suis moi-même économiste et je comprends donc très bien que tout projet ne puisse se développer sans financement mais je ne pense pas du tout que la première préoccupation des personnes qui sont intéressées par Mars, soit d’ordre économique (dans le sens recherche de la maximisation d’un profit en dehors de toute autre considération) même chez les grands capitalistes américains qui investissent actuellement dans des projets d’installation humaine. Je pense plutôt que la préoccupation économique est accessoire, un moyen pour obtenir une fin (je ne dirais pas la même chose concernant l’exploitation minière des astéroïdes géocroiseurs). L’auteure invoque ensuite le risque de « marchandisation ». Ce risque qui recouvre sans doute (d’après sa conception ?) tout excès du marché, s’applique bien mal au processus d’exploration puis à la réalisation du projet d’établissement de l’homme sur Mars. Pour qu’un tel projet puisse être mené à bien il faut évidemment un moteur économique mais il n’implique pas du tout qu’on fasse entrer les individus « consommateurs » dans un système où de méchants entrepreneurs les forceraient à acheter des produits dont a priori ils n’ont nul besoin*. C’est pour moi un tout autre sujet.

*Même si le progrès technologique peut créer de nouveaux besoins (cf. par exemple le laser ou l’informatique) mais je n’envisage pas qu’on puisse interdire le progrès technologique (l’auteure le pense-t-elle ?). De toute façon ce progrès n’a de réponse dans le public que si ce même public veut bien y répondre. Il y a des innovations qui n’ont jamais « pris » ou pas tout de suite (mécanisme d’Anticythère ou voiture électrique, pour exemples).

Je vais maintenant dire (ou rappeler pour ceux qui me lisent régulièrement) pourquoi je pense qu’on puisse être intéressé par Mars.

La première raison c’est la curiosité. Je ferais remarquer que c’est d’ailleurs le nom (« Curiosity ») choisi par une jeune Américaine, Clara Ma, en 2009 pour le « rover » (laboratoire mobile) qui s’est posé dans le Cratère Gale en août 2012 et qui depuis l’explore sans relâche. La curiosité, « toute bête », c’est simplement regarder ailleurs, tenter de voir ce qui est nouveau, ce qui peut être différent ou semblable, observer. C’est un sentiment profondément humain et cela a été le moteur de bien nombreuses entreprises, indépendamment des profits qu’on pouvait en tirer.

La deuxième raison c’est la science. Elle est évidemment très proche de la première mais quand même distincte. Il s’agit de réfléchir sur les observations pour les comprendre et éventuellement en tirer des applications (ou se poser d’autres questions !). Mars en tant que planète rocheuse à la limite de la zone habitable de notre système solaire, est un sujet d’étude passionnant pour tenter d’avancer sur le sujet qui devrait tous nous captiver, celui des origines de la vie, à savoir ce qui a pu se passer sur le plan biologique ou pré-biotique sur une planète semblable à la nôtre entre -4,2 et -3,5 milliards d’années, lorsque sur Terre sont apparues les premières cellules vivantes. Mars a gardé, peu perturbés (seulement par le vent d’une atmosphère peu dense), des millions de km2 remontant à ces temps très anciens alors que sur Terre ils ne représentent que quelques hectares épars à la surface du globe en raison du volcanisme, de la tectonique des plaques et de l’érosion aqueuse sous toutes ses formes. Cela vaut la peine d’aller voir et d’insister dans nos recherches.

La troisième raison c’est la satisfaction de maîtriser le monde matériel qui nous entoure. C’est tout le plaisir de l’ingénierie, de l’élaboration des processus complexes pour résoudre des problèmes difficiles. On pense tout de suite à la propulsion, aux trajectoires, aux constructions des facilités nécessaires pour vivre, à la captation de sources d’énergie. C’est classique. Mais on est obligé en même temps de penser au fonctionnement des systèmes de support-vie avec contrôle de l’équilibre des gaz atmosphériques, contrôle microbien et au recyclage d’un maximum de biens tangibles que l’on ne pourra que très difficilement produire sur place. Je pense que l’interpénétration obligatoire des deux lignes de réflexion, mettra en évidence la fragilité de la vie et contiendra naturellement notre emprise sur Mars à l’intérieur de limites étroites en nous imposant à la fois le respect d’une planète pauvre et peu hospitalière et le respect de la matière transformée (recyclage absolument impératif).

La quatrième raison c’est la pulsion de vie qui anime tout être vivant depuis l’« éclosion » de la première bactérie et qu’Antonio Damasio appelle joliment l’homéostasie*. L’homme est arrivé par son seul nombre mais aussi par la dépense sans compter des ressources de la planète, à menacer la pérennité de la biosphère terrestre y compris lui-même. Beaucoup de nos contemporains luttent pour maîtriser la dérive actuelle qui peut conduire à la mort mais il y a une force d’inertie énorme qui rend incertain le succès final, c’est-à-dire le retour à un équilibre acceptable pour que la vie humaine continue sur Terre dans des conditions également acceptables. Dans ce contexte, l’homme fait ce que fait la moindre bactérie, il se protège et cherche toutes les solutions possibles pour survivre en tant qu’espèce, et parmi celles-ci il y a Mars. L’implantation sur cette planète n’est pas évidente mais le niveau technologique que nous avons atteint nous permet d’essayer. Pourquoi ne pas le faire ? Pourquoi ne pas tenter cette « bouture » et commencer maintenant car elle sera longue et difficile à prendre? Cela n’empêche en rien de continuer à tenter de sauver la Terre, bien au contraire.

*Antonio Damasio, « The Strange Order of Things. Life, Feeling and the Making of Culture », 2017, Pantheon Books.

Après ce rappel je concède volontiers que si l’homme parvient à s’implanter sur Mars grâce à sa maitrise des technologies, il devra bien entendu s’y maintenir en faisant fonctionner un système économique. Mais pourquoi, a priori, ce système serait-il malsain ? On peut imaginer qu’il permette simplement à chacun de satisfaire ses besoins matériels en échange d’un travail qui le rémunérera à hauteur de l’intérêt que la communauté verra dans sa contribution, par le jeu normal de l’offre et de la demande (NB : cela n’exclut pas le profit individuel, comme récompense et incitation à la prise de nouveaux risques). Par ailleurs, il ne faut pas fantasmer sur un risque d’épuisement des ressources matérielles de Mars pour alimenter les besoins matériels des Terriens, ni sur une implantation des Terriens sur Mars pour en faire une usine de la Terre ce qui risquerait d’épuiser les ressources de Mars. Le coût des transports interplanétaires restera très longtemps (« toujours » ?) prohibitif pour toute matière première et pour la quasi-totalité des produits fabriqués en raison essentiellement des contraintes imposées par les puits gravitationnels terrien et martien. Il y aura des échanges avec la Terre mais ils porteront sur des process, des logiciels, des brevets, des données, des images, des productions intellectuelles. Ces productions auront par leur nature même un impact extrêmement réduit sur l’environnement martien ou terrestre. Par ailleurs, compte tenu de son environnement, quand même très hostile et, toujours, du coût du transport, Mars ne sera jamais une soupape pour la démographie Terrienne. Il faudrait plutôt considérer la planète comme une nouvelle Islande, surface importante, petite population, grands espaces laissés vierges.

Donc la « face-cachée » de notre fascination pour Mars, je ne la vois vraiment pas dans l’avidité supposée de certains de vouloir à tout prix (écologique) gagner plus d’argent. La société martienne aura sans doute des défauts comme toute société humaine et elle connaîtra des accidents de fonctionnement, mais le milieu étant plus hostile, les sanctions de toute dérive seront plus sévères et les Martiens sachant cela devront être beaucoup plus précautionneux que les Terriens l’ont été. On peut dire pour ceux-ci qu’ils ne se rendaient pas compte et pour ceux-là que le risque local et l’expérience ne les inciteront ni à la débauche ni à la destruction. Désolé Ms Swaton, je crois que vous appliquez une problématique trop terrienne (celle de l’inertie de la dérive anti-ecologique de notre civilisation dans un milieu fermé) à un contexte vraiment différent et nouveau. Peut-être votre conception des motivations de notre « fascination pour Mars » (pour reprendre vos termes) repose-t-elle sur une représentation trop datée (celle de romans de science-fiction du milieu du 20ème siècle ? ). Pour moi et, me semble-t-il, pour ceux qui partagent mon « envie de Mars », cette planète est plutôt une façon de « voir la Terre autrement » en imposant son respect, car elle met en évidence sa richesse naturelle, son caractère précieux, peut-être unique, et sa douceur, tout en ouvrant notre horizon.

Image à la Une: Vue d’artiste du rover Spirit sur Mars (crédit NASA/JPL-CalTech).

N’oubliez pas notre congrès EMC18 (18th European Mars Convention) au Musée International d’Horlogerie (MIH) de la Chaux-de-Fonds, du vendredi 26 octobre (14h00) au dimanche 28 Octobre (12h00). Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur Mars au long de 24 exposés de spécialistes sur (1) la Planète, (2) le Temps, (3) le Voyage interplanétaire et (4) l’installation de l’homme (en Anglais). Nous aurons aussi un débat avec Claude Nicollier et Robert Zubrin sur le thème “Robots and Men on Mars under the Look of Time”. Vous pouvez encore vous inscrire.

Le télescope NuSTAR a ouvert nos yeux sur les rayonnements X durs de l’Univers

Le télescope NuSTAR (NUclear Spectroscopic Telescope Array) de la NASA observe le ciel dans la gamme des rayons X depuis 2012. Au-delà de Chandra (NASA) et de XMM-Newton (ESA) lancés en 1999 et qui ont observé les émissions de rayons-X « mous », il nous a ouvert le domaine des rayons X « durs », et comble le « gap » entre les capacités de ces télescopes et celles du télescope Fermi qui collecte les rayons gamma. Cette prouesse est due à la réalisation d’un instrument remarquable, utilisant des technologies à l’extrême limite de l’optique. Il complète ainsi notre capacité d’appréhension de l’Univers à hautes énergies, indispensable à notre connaissance et à notre réflexion pour tenter de le comprendre. Sa mission étendue se termine comme celle de Fermi, en 2018 mais il n’est pas exclu que la NASA décide de la poursuivre encore plus longtemps.

Les rayons X, découverts par Röntgen en 1895, se situent dans le spectre des rayonnements électromagnétiques, entre les rayons ultraviolets et les rayons gamma. Ils sont constitués de photons dont la longueur d’onde va d’un peu plus de 0,001 nanomètres (1 picomètre) à environ 10 nanomètres; leur longueur d’onde va de 30 petahertz (1015Hz) à 30 exaherts (1018Hz) et leur énergie, d’une centaine d’eV à environ 100 keV. Ils sont dits « mous » jusqu’à 10 keV et « durs » au-delà. Pour comparaison les rayons gamma ont des longueurs d’onde inférieures au picomètre et leur énergie va de quelques keV à plusieurs centaines de GeV. Les émissions de rayons X peuvent provenir des amas de galaxie, des trous noirs, des rémanences de supernovæ, des étoiles (même celles de type solaire), des étoiles binaires avec naine blanche, des étoiles à neutrons… Certains corps passifs peuvent même émettre ou plutôt ré-émettre des rayons X par réflexion (la Lune). Bien entendu plus le phénomène est énergétique plus le rayonnement X est « dur » (courte longueur d’onde et haute énergie)*.

L’idée de détecter les sources émettrices dans l’espace de ces rayons X est venue très tôt, dès le début de l’ère spatiale (1962, fusée sonde Scorpius) et s’est beaucoup développée (plusieurs dizaines de télescopes à capacité X depuis lors). Cela s’explique par (1) l’intérêt de connaître ces sources puisqu’elles sont des facteurs majeurs de structuration de la matière et (2) la capacité de ces rayonnements à être perçus séparément de la lumière visible et donc à ne pas y paraitre « noyés »…le problème étant que l’atmosphère terrestre fait écran à ces rayonnements et qu’il faut donc en sortir pour les observer.

Mais les longueurs d’onde à capter sont très courtes, plus courtes que la distance moyenne entre les atomes d’un bloc de verre, et on ne peut donc utiliser les miroirs classiques perpendiculairement à la source car les rayons les traverseraient. La solution imaginée (pour les microscopes !) par le physicien Allemand Hans Wolter en 1952, est de recueillir ces rayons en lumière rasante, par deux miroirs (parabolique et hyperbolique) peu absorbants, dirigeant progressivement le rayon vers un foyer du fait de leur très légère courbure. Le résultat est un instrument dit « télescope Wolter » (types 1,2 ou 3) en forme de « tonneau » dont les miroirs sont tournés vers l’intérieur et exposés aux rayonnements avec une pente très forte. Chandra et XMM-Newton utilisaient déjà un tel télescope mais les ingénieurs concepteurs de NuSTAR (le P.I. en est Fiona Harrison de CalTech), l’ont beaucoup perfectionné puisque NuSTAR étend notre visibilité à quasiment l’ensemble des rayonnements X durs. Pour obtenir ce résultat, le télescope présente des particularités / innovations, à trois niveaux : les miroirs, la surface focale et le « mât » :

Les rayons sont réfléchis successivement par deux séries, en suite, de miroirs quasi cylindriques (« coques »). Les cylindres sont plus précisément des cônes tronqués, de telle sorte que le rayonnement puisse être dévié vers la surface focale. Compte tenu de son inclinaison chaque miroir n’offre qu’une toute petite surface de collecte. Pour l’augmenter et pouvoir la répartir à la surface du récepteur focal, les miroirs cylindriques sont multipliés (138 miroirs au total dans NuSTAR) et emboités les uns dans les autres (ils restent accessibles aux rayons puisque la lumière doit être « rasante » à leur surface). Leur verre très spécial (titane + verre + résine époxy + graphite) n’est pas recouvert de métaux à forte densité (et donc réfléchissant) comme ceux de Chandra ou de XMM (Platine, Iridium et Or) mais d’un revêtement multicouches (jusqu’à 200 !) qui alterne des matériaux à forte densité (Tungstène, Platine) avec d’autres à faible densité (Silice, Carbone, Carbure de silicium), c’est l’application du « principe du miroir de Bragg », selon lequel l’alternance des indices de réfraction dope la réflectivité. C’est ce « cocktail » qui évite l’absorption des rayons durs (au-delà de 10 keV) et permet d’aller jusqu’à 78,4 keV, niveau où le Platine absorbe plutôt qu’il ne réfléchit les rayons. Mais quasiment 79 keV c’est déjà beaucoup et cela permet de chevaucher la gamme d’énergies des rayonnements captés par Fermi. L’entrée des miroirs est protégée dans la ligne de visée, par deux couches minces de polyimide pour les isoler thermiquement. NuSTAR est équipé de deux miroirs tonneaux ainsi composés, positionnés côte à côte, les deux renvoyant vers le même plan focal pour plus de précision, avec l’angle maximum permis par leur réflectivité et leur courbure. Cela donne une distance focale minimum de 10,15 mètres. C’est beaucoup pour un satellite qu’il fallait transporter dans une capsule à volume réduit. Pour résoudre le problème, les ingénieurs ont imaginé un « mât » télescopique qui relie les deux miroirs tonneaux au plan focal et ils l’ont déployé avec succès une fois NuSTAR en orbite.

Le plan focal présente une autre innovation, capitale. Compte tenu de l’énergie du rayonnement, on utilisait jusqu’à présent (et en particulier pour Chandra et XMM) un dispositif complexe de protection qu’on appelle un « masque codé », c’est-à-dire un masque opaque aux rayons-X mais percé de trous et on utilisait l’ombre portée (passant par les trous) apparaissant lors des impacts pour lire leurs traces. L’image était indirecte et le traitement difficile. L’innovation de NuSTAR est d’utiliser une batterie de détecteurs composés de quatre semi-conducteurs (de type cadmium-zinc-tellures) qui « acceptent » les hautes énergies et permettent le traçage en direct des rayons, avec beaucoup de précision. Ils mesurent le moment de l’arrivée, l’énergie et la direction de chaque rayon-X incident. Il y a une batterie de détecteurs à chaque foyer de chacun des deux « tonneaux » de miroirs. L’ensemble est protégé par une coque en cristaux de iodure de césium (fabriqué par Saint-Gobain) qui écarte tout rayonnement ne provenant pas de la ligne de visée.

Le satellite lui-même n’a rien d’extraordinaire. Il orbite la Terre à une altitude relativement basse (LEO), stabilisé sur trois axes et s’oriente sur la voûte céleste grâce à une caméra de visée (80% du ciel est accessible à tout moment). Une de ses originalités est qu’il ne dispose que d’un seul volet de panneaux solaires, orientable. Sa masse n’est que de 360 Kg. Il est vrai que pour la NASA ce n’était qu’une « SMEX » (Small Explorer Mission = petit prix et pas de difficulté astronautique). Comme d’habitude le projet (sélectionné en 2003) a connu plusieurs vicissitudes avant le lancement (2012). A noter que la quasi-totalité des participants sont des entreprises américaines (exception faite de la société française ci-dessus et d’une société danoise pour la caméra d’orientation).

L’objectif de NuSTAR était d’observer l’activité des AGN (noyaux actifs de galaxies) précédemment cachés par leur environnement, pour mieux examiner la source des jets relativistes de particules à partir des trous noirs supermassifs ; étudier la population des objets compacts de notre galaxie émetteurs de rayons-X (par exemple naines blanches, étoiles à neutrons ou trous noirs) et bien sûr notre trou noir central, en cartographiant la région centrale « SgrA » (Sagittarius A) ; d’étudier les radiations dans les rémanences de supernovæ récentes (continuum de radiations X dures), en même temps que les éléments lourds récemment synthétisés et expulsés, pour mieux comprendre le processus de la nucléosynthèse.

Les résultats ont été à hauteur des attentes, de nombreux pulsars ou blazars identifiés et examinés en détails, des supernovæ comme Cassiopée-A mieux comprises, l’environnement de notre trou noir, SgrA, pénétré, des rémanences de “sursauts gamma” (prodigieux flashs célestes émettant un cocktail de particules à haute énergie) analysés. Comme avec Fermi, maintenant que nous pouvons disposer dans l’espace de « toute la gamme » d’observations, il est particulièrement intéressant de rapprocher celles d’un télescope opérant dans une certaine gamme de longueurs d’ondes (par exemple le visible) avec celles d’autres télescopes opérant dans d’autres longueurs d’ondes (par exemples les plus courtes, comme NuSTAR ou Fermi).

En considérant ce télescope après les autres on ne peut qu’être confortés dans le sentiment que nous vivons une véritable révolution dans le domaine de l’astronomie. Nos chercheurs ont aujourd’hui accès à des instruments dont la génération active à la fin du 20ème siècle ne pouvait que rêver. Il faut en être conscients, s’en réjouir et s’en émerveiller. C’est le résultat du progrès technologique accéléré de ces dernières décennies, dans de nombreux domaines et…cela permet de continuer à rêver à d’autres découvertes.

NB: l’article a été soumis pour relecture à la NASA (par l’intermédiaire de Felicia Chou, contact media pour ce télescope).

Image à la Une : vue d’artiste du satellite télescope NuSTAR en orbite (crédit NASA/JPL).

Image ci-dessous (1) : schéma du dispositif optique de NuSTAR (crédit CalTech).

Image ci-dessous (2) : un des deux miroirs tonneaux en cours de montage. Vous voyez la tranche du collecteur (en noir sur l’image) par lequel est attendu le passage des rayons X (crédit Laboratoire Nevis de Columbia University). L’intérieur du “tonneau” est un empilement de miroirs (comme ceux que l’on voit à l’extérieur) séparés par un très petit interstice…quand même suffisant!

Image ci-dessous (3) : détecteur, photo de l’un des deux modules du plan focal (crédit CalTech).

Image ci-dessous (4) : étendue du rayonnement X couvert (défini par la courbe rouge). Vous noterez la différence avec les autres télescopes (crédit NASA, Goddard Space Flight Center).

Image ci-dessous (5) : reste de l’étoile Cassiopée A après supernova. Les rayons X durs, radioactifs (NuStarr) sont en bleus, les rayons X mous non radioctifs (Chandra) en rouge, jaune et brun (crédit NASA/JPL-Caltech/CXC/SAO.

Lien : https://www.nustar.caltech.edu/news

Lecture: https://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/nustar/nustar_obsguide.pdf

Rappel:

“EMC18”, la 18ème “European Mars Conference”, aura lieu au Musée International d’Horlogerie de la Chaux-de-Fonds, du 26 au 28 octobre. Pour mettre à jour vos connaissances sur Mars, le Voyage, les projets d’établissement de l’Homme sur cette planète*, renseignez vous – inscrivez vous: https://planete-mars-suisse.space/fr/emc18

*exposés en Anglais

Le télescope Fermi fête ses dix ans, il a transformé notre perception de l’Univers

Le télescope spatial Fermi a été lancé en juin 2008 par la NASA pour une mission initiale de 5 ans afin de collecter les rayons gamma traversant notre environnement et d’identifier leurs sources. En Août 2013 il est entré dans une mission étendue de 5 ans qui maintenant touche à sa fin. Il a à son actif une moisson éblouissante d’observations inédites.

Situés à une des extrémités du spectre électromagnétique, les rayons gamma cosmiques, rayonnement à très hautes fréquences de photons à très courtes longueurs d’onde, ont une très haute énergie et sont produits par les situations ou les événements les plus violents de l’univers*. Ils sont cependant presque complètement arrêtés par l’atmosphère terrestre et on a donc cherché à observer leurs sources en utilisant des télescopes spatiaux, le dernier en date étant Fermi (d’après le nom du physicien italien Enrico Fermi, pour rendre hommage à son hypothèse sur l’accélération des particules cosmiques).

*Fréquences montant à plus de 30 exahertz, longueurs d’onde inférieures à 1 picomètre, énergie montant à plus de 500 GeV. Ils proviennent de sources relativement stables, pulsars, AGN (Noyaux Actif de Galaxies) se manifestant sous forme de blazars (jets relativistes produits par des trous noirs supermassifs) ou d’émissions soudaines et de courte durée, produites par des événements, « GRB » (« Gamma-Ray Bursts » ou sursauts gamma), notamment du fait de l’effondrement gravitationnelle d’étoiles géantes (hypernovæ) pour les GRBs longs et fusions d’étoiles à neutrons pour les GRBs courts. A noter que les photons gamma sont rares (3 photons par seconde détectés par Fermi alors que les rayons cosmiques – « GCR » – sont 100 fois plus nombreux).

Comme tous ces merveilleux instruments que sont les télescopes modernes de haute technologie, Fermi est le fruit d’une vaste coopération internationale sous la direction d’un initiateur puis maître d’œuvre. Ici, la NASA a mené la conception et la réalisation de Fermi avec le concours du département américain de l’énergie (DOE) et de la France*, ainsi que de l’Allemagne, de l’Italie, du Japon, de la Suède et de diverses sociétés américaines.

*Les entités françaises ayant participé à Fermi sont le Centre d’Etudes Nucléaires de Bordeaux-Gradignan (« CENBG »), le Laboratoire Leprince-Ringuet de l’Ecole Polytechnique, le Laboratoire Univers et Particules de Montpellier, le Service d’Astrophysique du Commissariat à l’Energie Atomique, soutenus par le CNES.

Compte tenu des rayonnements qu’il cherche à capter, Fermi n’a pas de lentille ni de miroir, ce n’est donc pas un « télescope » au sens strict du mot mais plutôt un capteur de rayonnements électromagnétiques. Il est équipé principalement, d’un collecteur orienté comme un télescope (« LAT » pour « Large Area Telescope ») et secondairement, d’un détecteur multidirectionnel de sursauts gamma (« GBM » pour « Gamma-ray Burst Monitor »). A noter qu’à l’origine, jusqu’à sa mise en service en Août 2008, Fermi s’appelait « GLAST » pour « Gamma-ray Large Area Space Telescope ».

Il faut se représenter le LAT comme une boite parallélépipèdique à base carrée de 0,72 mètre d’épaisseur et de base de 1,8 mètres de côté. Le capteur, bien protégé de toute perturbation extérieure (température, micrométéorites), est un ensemble de 16 « récipients » de 37 cm x 37 cm sur une hauteur de 66 cm, appelés « tours », chacun fermé par une couche de détecteurs « anti-coïncidence » qui ne laisse passer sans interférence (flash) que les seuls rayons gamma (électriquement neutres). Les GCR (chargés) sont identifiés lorsqu’ils traversent le détecteur de la couche anti-coïncidence et le signal déposé, évite leur traitement par le système d’acquisition des données (Data Acquisition System). A noter que le cahier des charges imposait que l’appareil puisse écarter 99,97% des rayons cosmiques. Les tours sont chacune remplie de 18 plaques de tungstène et de 16 bandes de détection en silicium (880000 microbandes !). Après avoir franchi la couche anti-coïncidence, les rayons gamma pénètrent les plaques de tungstène (« convertisseurs ») où ils produisent des particules chargées (électrons et positrons) qui tracent leur passage dans les bandes de silicium (ce sont des « trajectographes micropistes ») ce qui donne la direction des rayons gamma d’origine (plus l’énergie est élevée, plus la direction est précise, jusqu’à 0,2° au-delà de 10 GeV). Les particules perdent tout ou partie de leur énergie ensuite dans un calorimètre en iodure de césium, l’intensité du signal lumineux produit par ces particules dans cette matière permettant de mesurer l’énergie reçue. Le calorimètre du LAT perçoit toute émission dans une gamme de 20 MeV à plus de 300 GeV.

L’instrument secondaire, GBM, développé par le National Space Science & Technology Center américain avec le Max Planck Institute (Allemagne) consiste en douze volumes d’iodure de sodium (élément choisi pour ses propriétés de scintillation) qui détectent les rayons X et les rayons gamma de basse énergie, et en deux volumes de germanate de bismuth (scintillateur, comme l’iodure de sodium) pour les rayons gammas de haute énergie. Il est sensible à des rayonnements moins énergétiques (de 8 KeV à 30 MeV) que ceux décelés par le LAT avec un petit chevauchement qui permet de « ne rien manquer ». Il doit réagir à la provenance aléatoire de rayonnements occasionnés par toutes sortes d’événements de type GRB et sur une période de temps variable (les GRB peuvent durer quelques microsecondes à plusieurs milliers de secondes).

Le LAT couvre 20% du ciel à tout moment et la totalité toutes les trois heures (le satellite porteur pivotant sur son axe sans jamais regarder vers la Terre). Le GBM, lui, capte les émissions tout azimut, sauf celles cachées par la Terre mais cela ne dure pas longtemps car l’orbite (à 565 km de la Terre) est parcourue par le satellite en seulement 96 minutes. Il est donc multidirectionnel (ses capteurs ressemblent à de grosses lampes de poches tournées dans toutes les directions).

Les données des deux instruments sont recueillies par un Data Acquisition System, véritable centre nerveux de l’observatoire spatial, qui traite, stocke puis transmet les données à la Terre. A noter que le dispositif n’utilise que 650 Watts de puissance électrique (fournie par des panneaux solaires). A noter aussi qu’en cas de besoin (GRB suffisamment intense) le LAT peut se focaliser automatiquement sur une même source. Il peut aussi être pointé volontairement. A noter enfin que Fermi n’est pas le premier télescope dédié aux rayons gamma mais qu’il est extraordinairement plus puissant que son prédécesseur EGRET (25 fois moins sensible).

L’observation a permis de collecter des données sur une quantité très importantes de sources, AGN, pulsars, amas globulaires (amas stellaires très denses), électrons de rayonnement cosmique, GRB, étoiles à neutrons binaires, restes de supernovæ, sources diffuses de rayons gamma.

Sur dix ans le LAT a observé plus de 5000 sources de rayons gamma y compris la plus grosse explosion cosmique jamais détectée (en Avril 2013 rayon gamma de 94 GeV provenant de la source GRB 130427A dans un GRB qui a duré plusieurs heures). Une carte du ciel a été établie qui montre la répartition des sources. Elle sera pour longtemps une référence et l’origine de nouvelles études. Sur cette carte on voit notamment une zone en-dessous et au-dessus de notre centre galactique, très riche en rayons gamma. On parle de deux « bulles » émettrices. Oblongues, elles s’étendent sur 25000 années-lumière de part et d’autre du centre galactique et font penser à la base des jets relativistes de matière que l’on voit partir du trou noir central des galaxies actives (même si la Voie Lactée n’en est pas une). Une « première », toute récente, annoncée le 17 juillet 2018, localise la source d’un neutrino perçu par le collecteur IceCube situé en Antarctique de cette particule évanescente (du fait qu’elle interagit extrêmement peu avec la matière). Le neutrino avait une énergie énorme 300 TeV (un TeV est égal à 1000 GeV) et était en cohérence avec une éruption perçue par Fermi en provenance du trou noir supermassif d’une galaxie active (blazar) connue, distante de 3,7 milliards d’années-lumière.

De son côté le GBM a observé plus de 2300 explosions de rayons gamma (GRB). Notamment le 17 août 2017, un GRB dans la constellation de l’Hydre alors que, simultanément LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) détectait des ondulations de l’espace-temps provenant du même évènement, la fusion de deux étoiles à neutrons. C’était la première fois que l’on détectait en même temps des ondes gravitationnelles et lumineuses.

L’on voit donc qu’en nous permettant de connaître les moteurs les plus puissants de nos galaxie, le télescope Fermi va nous faire accomplir une grande avancée dans la compréhension de l’univers. On approche de plus en plus (espérons de mieux en mieux) les phénomènes de gravité extrême. C’est très important puisque, in fine, c’est ce phénomène qui structure le monde de la matière qui nous entoure aussi loin que nous permettent d’appréhender nos instruments.  On constate aussi, une fois de plus, l’apport très important de la coopération dans la complémentarité entre les observatoires, qui est permise par l’instantanéité des communications mondiales et par l’intérêt commun bien compris des astronomes.

NB : Ce texte a été soumis pour relecture à Benoît Lott du CENBG (Directeur de recherche au CNRS). Il y a apporté quelques précisions/rectifications. Le savoir-faire de l’Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules (IN2P3/ CNRS) dans la réalisation de détecteurs pour la physique subatomique a permis aux physiciens bordelais, avec le concours du Professeur Benoît Lott, d’apporter leurs compétences dans l’étude de la réponse du calorimètre aux rayons gamma.

Image à la Une: La voie Lactée vue par Fermi. On y voit les deux bulles de 25.000 années-lumière mentionnées dans l’article. Constituées de rayons gamma d’énergie allant de 1 à 10 GeV,  elles s’élèvent de part et d’autre du Centre galactique. Un satellite ROSAT (Allemagne avec les Etats-Unis et la Grande-Bretagne), avait détecté la racine en rayons X de ces bulles dans les années 90. Fermi a permis d’en voir la composante gamma, beaucoup plus importante. Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center

Lien vers le site de la NASA https://fermi.gsfc.nasa.gov/

Lien vers le site du CENBG : http://www.cenbg.in2p3.fr/COSMAX-Contexte-Experimental

Image ci-dessous (1) : représentation du spectre électromagnétique (les rayons gamma sont tout à droite).

Image ci-dessous (2), crédit CENBG :

Schéma éclaté du Fermi-LAT. Vous voyez ici l’intérieur d’une de ses 16 « tours » et de la représentation de la pénétration d’un rayon gamma. La tout est (comme les autres) composée d’un trajectographe (partie supérieure) et d’un calorimètre (partie inférieure). Un système d’anti-coïncidence (tuiles en gris clair) entoure la partie supérieure et est recouverte d’un bouclier de protection contre les micro-météorites (en jaune):

Image ci-dessous (3): télescope Fermi déployé sur son orbite (vue d’artiste, crédit NASA):

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