Mars, un potentiel économique d’où il doit sortir quelque chose

Deux livres m’ont profondément marqué, Du vide et de la création de Michel Cassé et Le je-ne-sais-quoi et le presque-rien de Vladimir Jankélévitch. J’aimerais qu’ils figurent aux toutes premières places de la bibliothèque virtuelle des Martiens, ceux qui sont encore sur Terre et ceux qui vivront un jour sur « notre » chère Planète-rouge.

Quand l’homme arrivera sur Mars, il mettra le pied sur un monde vide, certes riche en potentialités mais où tout sera à créer. Dans ses études sur la Colonie martienne1, Richard Heidmann nous parle de ce que nous devons faire pour établir un lieu de vie et le faire fonctionner à partir des technologies existantes et éprouvées. C’est évidemment essentiel et cela constitue un préalable à « tout ». Pour nous développer sur Mars, il faudra non seulement y mettre le pied mais aussi y survivre.

Mais au-delà ?

Il faudra faire beaucoup à partir de presque rien. L’astrophysicien Michel Cassé parle fort bien des potentialités du vide, riche de toutes les virtualités de la matière et Vladimir Jankélévitch, de ces faits ou de ces pensées imperceptibles et fugaces qui non seulement nous habitent mais en réalité discrètement nous possèdent, en quelque sorte l’équivalent mental du vide-potentialités de Michel Cassé. Les hommes sur Mars se trouveront dans un contexte similaire. S’ils se contentent d’exploiter les technologies qu’ils auront apportées, ils finiront par dépérir et par mourir, un peu comme les Vikings qui s’étaient installés au Groenland au Xème siècle et qui disparurent au XIVème en s’efforçant de vivre de leur agriculture plutôt que de s’habituer à chasser le phoque. Les Martiens devront certes faire des enfants et pratiquer les technologies apprises, et ils pourront continuer à construire des habitats, à faire du pain et à manger du fromage. Mais ils devront aussi imaginer, expérimenter et créer un monde nouveau, « chalengeur » de leur monde d’origine. Ils ne devront pas être seulement de bons-élèves, ils devront être aussi des rêveurs bien structurés intellectuellement, les pieds sur terre et l’esprit dans les étoiles, attentifs à leur environnement et disposant de solides connaissances mais en même temps audacieux et sans a-priori. Ils seront porteurs de potentialités comme nous tous mais contrairement à nous qui pouvons, à la rigueur, vivre avec des habitudes, ils devront absolument les faire émerger.

C’est pour cela que dans la population martienne, j’ai suggéré qu’il faille favoriser la venue et l’épanouissement de ce que j’appelle des « entrepreneurs-libres » (“freelance entrepreneurs”). Cela ne veut pas dire que les personnes (« le personnel », “staff”) employées par la Colonie ou sous-contractantes, chargées de faire fonctionner la Colonie selon les technologies existantes, devront être bornées et se contenter strictement de faire ce qu’on leur a demandé. L’imagination et l’expérimentation seront un devoir pour tous dans ce milieu nouveau. Les hommes ne sont pas des machines et c’est là leur grande supériorité sur les robots ou sur les animaux ; ils réfléchissent et ils cherchent sans cesse à s’adapter et à s’améliorer en suivant toutes sortes de motivations à commencer par leur intérêt personnel pour ce qu’ils font et ce qu’ils peuvent en obtenir. Mais cette application à bien faire et à réfléchir à partir des obligations du jour-le-jour ne sera pas suffisante pour prospérer. La minuscule cellule vivante de la première Colonie martienne doit se comporter un peu comme l’Univers au début de sa phase d’inflation, extrêmement petite mais extrêmement performante et dynamique. C’est sa seule chance de survie et d’épanouissement.

Je compte sur l’inventivité puissante mais en même temps logique et réaliste, de ceux qui auront une idée avant de partir ou qui l’auront sur place après avoir commencé à travailler et éventuellement du fait d’avoir commencé à travailler, et qui vont tenter de la réaliser, pour que « quelque chose » jaillisse du néant et que d’un premier concept surgisse une nouvelle pousse de l’« industrie » humaine. Je souhaite que dans un « garage » martien, un Bill Gates, un Mark Zuckerberg ou un Larry Page puissent bricoler et que la Compagnie des Nouvelles Indes (chargée de l’exploitation et du pilotage de la Colonie) soit particulièrement attentive aux presque-riens qui pourraient en sortir et donc qu’elle ne manque pas l’occasion de leur « faciliter la vie ». Dans cet esprit, il faudrait, pour commencer, que la Compagnie incite les Martiens à ce que leur distraction principale soit la réflexion et la parole. Des structures, des locaux devraient être aménagés pour que les colons se rencontrent et discutent, fassent des présentations sur leur sujet de prédilection ou pratiquent le “brainstorming”, se fondant bien sûr sur la recherche et l’accumulation des connaissances martiennes mais aussi terrestres. L’endroit sera idéal puisque la concentration de compétences au mètre carré sera une des plus élevées de l’Univers, comparable en cela aux grandes universités américaines…ou à notre EPFL!

Ce n’est pas pour dire que de tels hommes ne pourraient plus se manifester sur Terre, ils le pourront bien entendu, car l’humanité est par nature une pépinière, une énorme virtualité, un devenir. Mais la seule chance de Mars pour se développer dans les conditions difficiles que l’on sait, c’est d’être un milieu plus porteur que les autres pour faire se concrétiser les potentialités. Mars devra affronter la concurrence terrienne (sauf pour les productions matérielles destinées au marché local, protégées de la concurrence par le coût du transport) et ses innovations devront être particulièrement originales et attractives. Il faut que Mars exporte ses logiciels (au moins aux niveaux de la conceptualisation et de la preuve du concept), ses brevets, peut-être ses œuvres d’art ; il faut que Mars soit riche, il faut qu’elle attire les créateurs et les entrepreneurs. Elle ne doit pas être un boulet que la Terre devrait traîner car cela ne durerait pas longtemps. Elle doit être un endroit où l’on veut aller parce qu’il est stimulant, parce qu’il est porteur d’avenir et parce qu’on y réussit.

Comme jadis les Terres froides et hostiles de L’Europe et de l’Asie pour les Africains que nous sommes tous à l’origine, Mars doit être un lieu qui nous stimule, qui nous donne des idées et nous offre des opportunités. Elle est porteuse d’une nouvelle explosion de vie ! Ne refusons pas cette potentialité qui nous ouvre le chemin des étoiles et ne soyons pas frileux d’avance.

1Voir le site de l’association Planète Mars

Image à la Une: Mars, Base Alpha, conception Elon Musk (crédit Elon Musk/SpaceX). Des starships sur leur pas de tir, près au retour sur Terre après 18 mois de séjour sur Mars.

  1. Titre: j’aurais pu écrire “Mars, un potentiel économique duquel il doit sortir quelque chose”; j’ai  choisi “d’où” pour insister sur l’importance de la localisation…un peu particulière.

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Index L’appel de Mars 02 03 19

Pour la Colonie martienne la difficulté viendra plus des revenus à générer que des montants à investir

Il semble assez facile de réunir les sommes nécessaires à la création d’une base martienne. La difficulté viendra quand il faudra faire vivre cette base pour la transformer en Colonie or la profitabilité à long terme est la condition incontournable de la pérennité.

Sur la base du capital physique rassemblé grâce aux levées de fonds évoquées dans mon précédent article, l’exploitation de la Colonie par la société d’exploitation, dite « Compagnie des Nouvelles Indes », devrait lui permettre de générer des revenus. Sur la base des coûts et des prix résultant du modèle de Richard Heidmann, le seuil de rentabilité (le point-mort) ne devrait pas être atteint avant 20 ans suivant la création de la première capacité résidentielle (mais, avec cette durée, nous serions dans la même situation que pour des sociétés comme Amazon ou des projets d’infrastructure comme Eurotunnel). Après cette période, dans le cadre d’une structure d’exploitation quelque peu stabilisée, la marge opérationnelle pour une période synodique de 30 mois (18, séjour + 2 x 6, voyage AR) pourrait atteindre 10% d’un chiffre d’affaires que l’on pourrait estimer à 2,4 milliards (hors transport). Le revenu annuel net (sur 12 mois) pourrait être la moitié de cette marge, soit 120 millions (ces chiffres sont évidemment discutable mais donnent un ordre d’idée). Ce n’est pas beaucoup pour continuer l’expansion de la Colonie mais, du fait de cette rentabilité naissante, les promoteurs disposeraient quand même de l’assise pour passer à la phase de développement suivante.

Nous pourrions supposer que les fonds propres de la Compagnie évolue après les premières années de construction (lorsqu’elle entrera en « vitesse de croisière »), entre 15 et 20 milliards de dollars. Un tel montant peut sembler faible relativement aux besoins; cependant, il devrait suffire pour que cette Compagnie soit perçue comme un partenaire fiable et crédible (et cela serait renforcé par la garantie qu’elle pourrait obtenir de la part de la Fondation de Mars) et soit donc susceptible d’emprunter.

À condition que le projet évolue sans heurt sur le plan structurel et partant, dans la perspective de revenus prévisibles à long terme, la valeur des actions devrait augmenter, en particulier lorsque la colonie sera prête à accueillir un flux régulier d’hôtes-payants. Cette évaluation améliorée des fonds propres existants, pourrait compenser au moins en partie les fonds déjà dépensés et permettre une nouvelle émission de capital (« new money ») axée sur une nouvelle phase du développement du projet.

Comme suggéré, les fonds propres de la Compagnie pourraient être complétés pour de courtes périodes (fonds de roulement permettant d’actualiser les ventes ou les revenus attendus) ou même à long terme (jusqu’à 30 ans), par des d’émissions d’emprunts. Compte tenu du niveau des fonds propres, en supposant que l’exploitation commence à être rentable (couverture des frais d’exploitation), et en fonction du niveau des taux d’intérêt réels, le montant total de la dette pourrait s’élever jusqu’à 50% des immobilisations (l’intérêt de ces émissions étant de fournir des ressources complémentaires pour l’exploitant et de produire un effet de levier sur le rendement du capital pour les actionnaires). Au-delà de ces fonds à long terme, nous pourrions également envisager une dette perpétuelle (ne générant que des intérêts, sans imposer de remboursement de capital), cet instrument étant attrayant à condition que son taux d’intérêt (variable) tienne compte du caractère particulier de cette dette et que la liquidité d’obligations plus courtes ait été démontrée par l’expérience.

Enfin, nous pourrions imaginer que les installations de transfert interplanétaires (« MCT », « Mars Colonization Transport ») soient développées (et exploitées) indépendamment de la Compagnie. SpaceX ou un autre membre de la Fondation (le « transporteur ») pourrait le faire dans le cadre d’un contrat comme celui de SpaceX actuellement avec la NASA pour desservir l’ISS (ce qui permettrait au transporteur d’avoir d’autres sources de revenus que les services rendus pour Mars). Les voyages seraient organisés et gérés par ces sociétés indépendantes (il pourrait y en avoir plusieurs, comme des compagnies aériennes) dans le cadre d’un contrat de service signé avec la Compagnie. Les voyageurs pourraient acheter leur séjour (transports compris) auprès du transporteur, qui pourrait gérer librement sa politique de prix. Des frais d’utilisation des installations martiennes au cours d’une période synodique seraient négociés par le transporteur avec la Compagnie, dans les limites du prix du «billet» pour l’ensemble du séjour. Bien entendu, ce prix pourrait être modulé pour inclure ou non, certains type de services une fois sur Mars ou pendant le voyage (“packages”). La Compagnie pourrait à l’inverse être le partenaire du client pour discuter du prix du séjour plus le transport (et recevoir le paiement intégral, dont une partie serait reversée au transporteur).

Atteindre la profitabilité sur le long terme

Pour les raisons déjà évoquées, notamment la nécessité de fournir aux actionnaires de la société exploitante une perspective de rendement financier, aussi lointaine soit-elle, la politique de prix devrait permettre, à l’achèvement de la première tranche de développement de la Colonie (après les 20 années susmentionnées), une opération rentable, atteignant au moins le point-mort.

Mais ces prix devront être payés par des personnes. Il faut des clients en regard des investisseurs! A cela deux obstacles : 1) il ne sera sûrement pas facile pour un particulier de rassembler les 5 à 8 millions de dollars nécessaires (le rôle de la Banque sera important). Ce serait beaucoup moins difficile pour les entreprises ou autres institutions (NB : Un séjour dans l’ISS coûte 60 millions de dollars et l’ISS a toujours trouvé « preneurs ».) ; 2) la coupure d’avec ses proches et d’avec ses autres activités nécessitant une proximité physique. Elle sera réelle mais elle peut être enrichissante. Il ne faut pas qu’elle soit conçue comme l’ouverture d’une parenthèse mais comme un surplus d’expérience, une période de fondation pour une nouvelle tranche de vie.

Mais aussi il serait un peu insuffisant pour la Colonie de ne compter que sur les ressources engrangées par la Compagnie pour l’hébergement des personnes. Aucune société ne peut compter pour prospérer, que sur l’immobilier. Il faudra qu’à l’intérieur de cet immobilier, les gens non seulement vivent mais créent de la richesse. Cela dépendra de ceux qui voudront venir sur Mars et des facilités qui leur seront offertes par la Colonie pour s’épanouir. Cela implique pour la Compagnie de bien choisir lors de l’affectation de ses ressources rares. L’affectation se fera en principe par les prix (fixés par l’offre et la demande) mais il lui faudra aussi évaluer les projets de ses hôtes en fonction de leur potentiel sur le long terme car elle pourrait s’associer aux plus prometteurs en contrepartie de son aide, ce qui lui permettrait de générer un complément plus ou moins important de revenus (on peut concevoir la Colonie comme une pépinière de start-up).

Nous supposons que le résultat de la Compagnie soit exempté d’impôts et en particulier d’impôt sur les sociétés et que les actionnaires pourront obtenir diverses facilités tant au niveau de leurs impôts sur le revenu que sur leur éventuel impôt en capital (stock investi ou plus-value d’actions) ou de leur impôt sur les successions. Cela ne semble pas impossible (au moins dans les principaux pays participants), compte tenu du cadre très particulier de l’entreprise. Ce serait pour les Etats, un moyen d’obtenir plus rapidement un retour sur investissement de leurs Agences-spatiales. Pour que ces exonérations fiscales soient acceptées, nous devrions considérer Mars comme un territoire international bénéficiant d’un accord fiscal spécial conclu entre chaque pays participant à la Compagnie par l’intermédiaire de son Agence.

Il faut bien avouer que tout ceci sera difficile mais il y a quand même une voie vers la rentabilisation. Les hommes voudront-ils s’y engager ?

Image à la Une: Mars, Base Alpha, conception Elon Musk (crédit Elon Musk/SpaceX). Il n’y a pas “grand-monde” dehors mais c’est la nuit et il fait près de moins 100°C. Sauf urgence, ce n’est pas l’heure des sorties en scaphandre.

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Index L’appel de Mars 23 02 19

Une bonne organisation financière, élément essentiel pour lancer une première colonie sur Mars

Le choc-déclencheur que serait la concrétisation du MCT* d’Elon Musk pourrait amener les personnes intéressées par l’aventure d’une colonie sur Mars à s’organiser autour des entités suivantes pour rassembler les sommes nécessaires à l’investissement :

*MCT, Mars Colonization Transport = Big Falcon Rocket (lanceur) + Starship (vaisseau spatial).

– un groupe d’agences spatiales qui, sur la base des disponibilités de leurs budgets pluriannuels, cofinanceraient le développement des vecteurs de transport et des équipements nécessaires à la Colonie, dans le cadre de la société d’exploitation de la Colonie (“la Compagnie”). Elles feraient partie des principaux actionnaires de cette Compagnie.

– une « Fondation de Mars » (la « Fondation ») créée avec les dons de grands entrepreneurs souhaitant que leur réussite permette la colonisation de Mars (Elon Musk, Jeff Bezos, Bigelow, Larry Page?); elle ferait partie des principaux actionnaires de la Compagnie aux côtés des Agences-spatiales;

– Une société d’exploitation (“la Compagnie”), qu’on pourrait appeler la « Compagnie des Nouvelles Indes» (pour faire un petit clin d’œil à l’Histoire !), créée pour exploiter, gérer, entretenir et développer la Colonie. Ses principaux actionnaires (les Agences-spatiales et la Fondation) prendront dès que possible l’initiative de lancer un appel public à l’épargne afin de lever davantage de capital (point d’entrée pour le public souhaitant participer à l’aventure martienne).

En cas de besoin et en fonction de ses perspectives de rentabilité, la Compagnie pourrait également lancer un ou plusieurs emprunts avec différents niveaux de séniorité pour les droits à remboursement, des durées différentes, des délais de grâce différents et donc des taux d’intérêt différents. Ces emprunts pourraient être lancés après que les dépenses initiales aient été faites sur fonds propres, à hauteur d’un pourcentage suffisant pour entraîner la confiance. Ils pourraient bénéficier de la garantie des Agences-spatiales et / ou de la Fondation.

– des fournisseurs industriels qui, motivés par l’intérêt de leur présence sur ce nouveau marché pour démontrer leur savoir-faire, accepteraient de participer au financement de leurs équipements dans le cadre de leurs contrats.

– le public, investisseurs privés du monde entier, en tant qu’actionnaires et prêteurs de la Compagnie.

-une banque, la « Banque de l’Espace », dédiée au financement du projet. Cette Banque pourrait aider à organiser/structurer les financements, ouvrir à la Compagnie un accès direct au marché financier et servir de « faiseur de marché » pour son action. Ses actionnaires seraient d’abord les mêmes que ceux de la Compagnie, des Agences-spatiales et de la Fondation, mais la Banque pourrait également lever des capitaux sur les marchés du monde entier pour elle-même ou pour le projet. Elle pourrait aussi structurer et lancer les emprunts nécessaires à des financements complémentaires (ou participer à des pools de financement organisés par d’autres institutions financières). Elle pourrait enfin préfinancer le coût des voyages et des séjours des candidats au séjour sur Mars ayant obtenu l’agrément de la Compagnie et/ou le soutien de la Fondation, en mobilisant une partie des revenus espérés du fait du séjour financé (ou de la suite de ce séjour).

– une Compagnie d’assurance, la « Compagnie d’assurance spatiale », compte tenu de la nature très particulière des risques encourus. Son expertise du contexte martien permettrait la mobilisation de certains crédits et cela donnerait aux développeurs du projet un accès direct à diverses capacités de réassurance dans le monde. Ses principaux actionnaires pourraient être la Fondation et les Agences spatiales.

Cette structure pourrait permettre de lever les fonds suffisants, comme exposé ci-après :

Dans la continuité de ce qu’on a connu pendant la période de construction de l’ISS (la Station Spatiale Internationale), on peut raisonnablement s’attendre pour la Colonie à des besoins initiaux de 5 à 8 milliards de dollars par an (plus au début, moins vers la fin), sur une période de 8 ans (donc environ 50 milliards de dollars) ce qui est un montant tout à fait réaliste tant au point de vue des capacités d’une telle structure financière, que des besoins pour construire une telle base. La structure pourrait articuler comme suit la contribution des éléments de cette somme :

Agences spatiales: Elles pourraient facilement apporter 5 ou 6 milliards de dollars par an tout en restant très actives dans les autres domaines. Rappelons  que le budget de la NASA est actuellement de 20 milliards de dollars par an (dont 10% pour l’exploration planétaire) et que ces 20 milliards ne représentent que 0,5% des dépenses publiques fédérales des Etats-Unis.

Fondation de Mars: la fondation Bill et Melinda Gates, dotée de 27 milliards de dollars en capitaux propres, peut être considérée comme une référence en matière de fondation (la valeur nette personnelle de Bill Gates est d’environ 95 milliards de dollars). Les moyens personnels d’Elon Musk sont plus limités (actuellement « seulement » 22 milliards de dollars) mais s’il parvient à réaliser ses ambitions d’entrepreneur, son potentiel serait évidemment beaucoup plus important. On peut imaginer qu’un ou plusieurs autres méga-entrepreneurs se joignent à lui (Jeff Bezos à une fortune évaluée à 138 milliards). La Fondation de Mars richement dotée par ces grands capitalistes, pourrait mettre à disposition du projet un montant équivalent à celui des Agences. Elle utiliserait une partie de ses fonds sous forme de capital (à injecter dans la société d’exploitation de la Colonie) et à titre de garantie (en faveur des fournisseurs de la Compagnie). Tout ne serait pas dépensé au même moment et le solde, rendu productif en tant qu’actif financier (placé sous le contrôle de gestionnaires compétents), pourrait générer un rendement intéressant (5% ?) en attendant d’être utilisé.

La Compagnie et le public : Ici le montant des capitaux susceptibles d’être levés sur le marché (en plus des actions achetées par les Agences et la Fondation, et des actions acquises par les partenaires industriels) dépendra des premières performances : réalisation des premières infrastructures, progression des ventes de séjours, progression des premières exportations martiennes vers la Terre, progression de la Compagnie vers le seuil de rentabilité, progression ensuite des bénéfices) que les analystes financiers évalueront et mettront en valeur. Si nous parions (raisonnablement) sur l’intérêt du public, les premières réalisations concrètes et les perspectives de développement élevées (bien que risquées), il semble que sans attendre 20 ans après le début de l’installation de la première base, une introduction sur le marché (« IPO », « Initial Public Offering ») des actions de la Compagnie (pari sur la rentabilité prévue) pourrait être tentée quelques années seulement après le début du projet (par exemple dès le début de la construction de la base). On pourrait en espérer sans trop de difficultés 2 à 5 milliards. Nous pouvons également espérer que la Fondation abonde (1 pour 1) le montant des fonds recueillis auprès du public, ce qui serait un moyen de renforcer la confiance et ainsi de faciliter la collecte de fonds.

Partenaires industriels: cette contribution restera à un niveau limité. En effet, même en supposant un total de contrats de 25 milliards de dollars (hors MCT) et une réserve de propriété de 10% sur la totalité, elle n’atteindrait que 2,5 milliards de dollars sur la durée du programme mais ce serait donner un signe de confiance (la réserve de propriété pourrait être payée avec des options d’achat d’actions dans la société exploitante) profitable pour le succès du placement de capital auprès du public. A côté de la réserve de propriété, les partenaires industrielles pourraient aussi vendre leurs équipements (véhicules, imprimantes 3D) en leasing ou les louer .

Si on les additionne, les montants ci-dessus dépassent les besoins. Il vaut mieux évidemment « prévoir plus large » car tous les espoirs peuvent ne pas se réaliser ou se réaliser en même temps, les défaillances sont toujours possibles ou on peut préférer recourir le moment venu à un financement plutôt qu’à un autre. Lorsqu’une entreprise organise ses financements, elle procède toujours ainsi, avec une gamme de possibilités et des back-up. Cette sécurité vaut bien les frais d’organisations ou d’engagements qu’elle génère.

Nous attendons donc le « choc-déclencheur ». Après cela, c’est-à-dire si effectivement Elon Musk réussit son pari technologique de mise en service de MCT, « tout » deviendra possible, c’est-à-dire que nous aurons atteint un nouveau plateau de faisabilité sur la base duquel le projet sera vraiment crédible sur le plan technologique et organisable sur le plan financier. La première étape sera une série de missions habitées utilisant ce vecteur de transport. La suite, le début d’une implantation pérenne, dépendra du désir de suffisamment de personnes riches et d’institutions d’une part, et de l’attractivité de ce que les promoteurs de la Colonie seront capables de leur proposer, d’autre part.

Image à la Une: Mars, Base Alpha, conception Elon Musk (crédit Elon Musk/SpaceX). Des starships sur leur pas de tir, près au retour sur Terre après 18 mois de séjour sur Mars.

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Index L’appel de Mars 16 02 19

 

Nous pouvons répondre au défi posé par le financement du lancement d’une colonie sur Mars

En dépit de ce que beaucoup pensent, le financement d’une première implantation humaine sur Mars est possible. Voyons d’abord les besoins et le contexte.

Il faut envisager un investissement d’environ 50 milliards de dollars sur 20 ans, dont la majeure partie devra être dépensée au cours des 8 années précédant la phase d’installation proprement dite de la Colonie (donc 20 ans = 8 + 12); ces premières dépenses étant destinées à la finalisation et à la construction des transporteurs, à l’importation des premiers capteurs ou générateurs d’énergie, des équipements de chantiers, à la construction de l’astroport, à la construction des premières infrastructures (habitats et salles de travail ou de réunions viabilisées, serres, informatique et systèmes de communication), à l’importation des véhicules de transport planétaire et à la rémunération du personnel qualifié. Par ailleurs le coût d’un séjour avec transport aller et retour (30 mois) est estimé à environ 5* millions de dollars (après les premières missions d’installation). Le rapprochement des deux chiffres (50 milliards et 5 millions) montre clairement que l’amortissement des dépenses d’infrastructure (frais fixes) est exclu pendant une longue période de grâce que nous fixons par hypothèse à 20 ans. Cette durée est choisie parce qu’elle est compatible avec la durée de la vie humaine (il n’est guère possible de demander à qui que ce soit d’attendre plus de 30 ans (environ 8 + 20) un retour sur investissement) et parce qu’au bout de 6 séries de missions (chacune espacée de 26 mois en raison des contraintes de la mécanique céleste) dédiées à la construction d’une première base, on devrait disposer d’installations suffisantes pour commencer** une exploitation commerciale pouvant “traiter” une population d’un millier d’habitants (chiffre indicatif, vraisemblable compte tenu de nos moyens technologiques) dont un peu moins de la moitié, payants. Les revenus que dégagera la vente de résidence et de services à ces hôtes-payants de la Colonie ne pourra servir pendant cette période, qu’à payer les frais variables (le coût généré par leur présence et le fonctionnement de la base). Le problème se pose donc (1) de la possibilité d’absorption de l’amortissement des installations fixes après 30 ans (elle sera fonction en partie de l’importance des frais d’entretien), (2) de l’acceptabilité d’une longue période de grâce par les financiers, (3) des perspectives de capacités de paiement de dividendes par la suite (puisqu’il faut que les investisseurs aient, un jour, un retour sur leur investissement).

*Ceci est un ordre d’idée ; dans la réalité, avec les technologies d’aujourd’hui, la probabilité de ce montant est forte. S’il n’est que de 4 millions nous serions évidemment heureux. A noter que ce n’est « rien » à côté de ce que coûte aujourd’hui un séjour dans l’ISS (plus de 50 millions) mais il faut voir que pour une colonie l’on vise une population nettement plus importante et qui doit se renouveler tous les 26 mois.

**En fait l’exploitation commerciale devrait pouvoir commencer pendant la période initiale de construction de la base mais elle se fera à un rythme évidemment très faible au début du fait de capacités d’accueil très réduites. Par ailleurs, après le démarrage, en vitesse de croisière, la construction continuera et probablement à un rythme élevé (cela dépendra du succès du lancement) mais la capacité d’accueil sera simplement devenue suffisante et les conditions d’accueil bien meilleures qu’au début.    

Le montant de l’investissement s’obtient, comme indiqué, en prenant en compte le coût du vecteur de transport et le transport lui-même, le coût des biens et équipements importés et le coût du fonctionnement de la Colonie avec du personnel ultra-qualifié. On peut noter les éléments constitutifs suivants 1 :

(1) le coût de développement et de qualification du vaisseau* et de son équipement. En supposant un programme de 8 ans au prix de 5 milliards de dollars par an, on pourrait avoir besoin de 40 milliards de dollars mais, en fonction de l’avancement de la réalisation de ce programme avant la décision d’entreprendre le projet de Colonie, le montant devrait être moins important (20 milliards ?) ;

*Plusieurs possibilités : Mars Colonization Transport, « MCT » (soit Big Falcon Rocket et Starship) d’Elon Musk ou Blue Origin de Jeff Bezos et aussi, peut-être, SLS de la NASA. Le MCT est le plus probable.

(2) le coût de production de 16 MCT (ou équivalents) requis pour la période de démarrage (6 interplanétaires, 3 pétroliers pour le ravitaillement en carburant en orbite basse terrestre, 1 en réserve), soit environ 16 milliards de dollars (rappelons qu’un Airbus A380 avait un prix “de catalogue” de 435 millions); NB: nous n’aurions besoin que de 10 MCT si nous pouvions faire revenir les 6 MCT d’un cycle avant que les 6 du cycle suivant puissent partir mais il semble aujourd’hui très difficile (pour ne pas dire impossible) de faire des voyages Terre/Mars ou Mars/Terre en moins de 3 mois;

(3) le coût de la construction des premières structures habitables sur Mars et de l’exploitation des équipements importés, ainsi que le coût de la maintenance, du support vie et de la rémunération des équipes chargées de ces travaux initiaux1 (quelques 20 milliards ?)

(4) la masse totale des équipements et matériels connexes importés de Terre pour le démarrage du projet de Colonie, quelques centaines de tonnes, et le nombre de vols interplanétaires, un même nombre de « centaines ». Pour un coût estimé des charges utiles de 0,9 million USD par tonne et en supposant que 500 tonnes soient nécessaires, nous obtenons un montant de 0,45 milliard USD.

La faisabilité économique du projet à ce stade (construction d’une première base plus début d’exploitation) repose sur trois conditions : 1) que la volonté de développer un MCT (ou équivalent) conduise à des résultats tangibles, suffisamment fiables et séduisants (en particulier en ce qui concerne la réduction des coûts de transport et la sécurité) pour induire un véritable choc-déclencheur au sein de la communauté des personnes, gouvernements et sociétés intéressés par l’expansion de l’humanité dans l’espace ; (2) que le prix nécessaire pour couvrir les coûts variables (les 5 millions par personne mentionnés) soit acceptable pour que les « clients », « hôtes-payants » (les personnes candidates à passer 30 mois hors de la Terre, dont 18 mois sur Mars), se présentent en nombre suffisant à chaque fenêtre de tirs (tous les 26 mois) pour permettre une économie d’échelle maximale ; (3) que la marge soit suffisante pour permettre à la société d’exploitation de couvrir un peu plus que les frais variables de vols et de séjour en période de croisière (à la fin de la période initiale de construction) afin de pouvoir commencer à amortir les frais fixes et assurer la viabilité financière du projet. Si l’on estime la population cliente à environ 450 personnes sur 1000 pendant les périodes synodiques se situant entre 8 ans et 8 mois (4ème rotation) et 13 » ans (6ème rotation) après le début de la construction (mais cette population ne sera peut-être atteinte qu’avec la 9ème rotation ?), on obtient sur la base d’un prix moyen de 7 millions par personne (on peut imaginer toutes sortes de tarifs dont bien sûr des tarifs « couples »), une somme de revenus bruts (chiffre d’affaire) de 3,15 milliards par période synodique. Ceci n’est pas négligeable mais savoir si cela est suffisant dépendra du coût de maintenance de l’ensemble de la Colonie du fait de l’usure résultant de l’usage, et de l’exposition des structures à des conditions environnementales extrêmes. Si, à la fin de cette première période, disons à la fin de la 9ème rotation (20 ans après le début de la première et 28 ans après le début du programme), nous parvenons à dégager une marge nette, après amortissements et frais financiers, positive de quelques pour cents (par exemple 5% soit 157 millions) tous les espoirs sont permis. On surveillera beaucoup la pente de la dérivée seconde de cette marge nette!

J’aborderai les sources de financement la semaine prochaine mais je ferais remarquer dès à présent que la NASA dépense chaque année environ 20 milliards de dollars par an ce qui représente environ 0,5% des dépenses fédérales publiques et que le pourcentage est monté jusqu’à 4,41% en 1966 (programme Apollo).

Il faut bien voir que plus on développera la base au-delà des 1000 personnes (ce chiffre n’étant, encore une fois, qu’un passage), plus on maximisera les économies d’échelle et plus on pourra baisser les prix offerts aux candidats au voyage. On peut même imaginer qu’une deuxième puis une troisième bases se créent après que la première ait atteint sa taille critique, entrant en concurrence sur certains biens et services mais également partageant certains autres (télécommunications, serveurs informatiques, transports planétaires, entretiens de certains équipements, production de certains biens tangibles à usage local)…ce qui pourrait donner lieu à des échanges planétaires entre bases martiennes (donc des économies d’échelle et des pressions à la baisse sur les prix, comme mentionné). Et ainsi, de proche en proche, nous atteindrons une économie martienne autonome, dont les échanges avec les autres pays seront plus ou moins équilibrés avec toujours la particularité martienne de la pénalisation du transport des matières pondérales de et vers la Terre (ce qui favorisera aussi grandement la production locale de biens tangibles).

1lire :

NB : L’objet de cet article de blog n’est pas de discuter les estimations et les requis technologiques mais de réfléchir au financement.

Image à la Une: Base Alpha sur Mars, Selon SpaceX/Elon Musk (crédit SpaceX). Sur la droite un champ de panneaux solaires mais l’énergie est aussi nucléaire. Au loin, le dôme principal de la base brillant de toutes ses lumières. Très peu de monde dehors; il fait froid (moins de 100°C la nuit).

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Index L’appel de Mars 09 02 19

La rentabilité condition de la pérennité d’une colonie martienne

Les peuples se lassent, les philanthropes meurent. Une colonie humaine sur Mars ne pourra être assurée de sa pérennité que si elle trouve un moyen d’être rentable sur le plan économique. Il faut être réaliste et ne pas compter sur des subventions et des dons sans limites dans le temps.

Mars présente par rapport aux autres astres des atouts exceptionnels pour la création d’une colonie, mais elle impose également des contraintes fortes qui posent un défi majeur à nos expertises, notre logistique, nos capacités d’innovation et donc à nos possibilités de financement. Richard Heidmann, ingénieur polytechnicien français, a étudié les aspects techniques1 d’un tel défi et sur ces bases, nous avons mené ensemble une réflexion économique qui nous a confortés dans notre sentiment que le projet d’une telle Colonie ne peut se concrétiser et se poursuivre dans le temps long que s’il débouche sur une capacité commerciale, la vente de produits martiens (principalement des services de résidence, des logiciels ou des brevets et marginalement quelques biens tangibles) permettant à la Colonie de financer ses dépenses externes, qu’il s’agisse de générer des revenus pour importer les biens qui ne peuvent être produits sur Mars ou de faire face aux charges financières (dividendes, intérêts) résultant de la construction et du développement des structures viabilisées, de leur équipement et de leur desserte.

Dans cet esprit il me semble très clair que, même si la phase de construction de la Colonie nécessite un investissement de base dont la rentabilisation ne sera possible qu’après une longue période de grâce sans paiement de dividende (nous espérons 20 ans), un rendement couvrant les frais variables (fonction de la vie « de » et « dans » la Colonie) doit être réalisable et offrir des perspectives encourageantes pour la couverture des frais fixes dans le long terme et cela d’autant plus que le démarrage de cette « méga » réalisation technologique et logistique se sera concrétisé.

Essentiellement deux propositions «économiques» ont été faites dans le passé mais ni l’une ni l’autre ne sont réalistes. Il n’est en effet pas raisonnable de dire aujourd’hui que nous importerons du deutérium de Mars sur Terre car il est 5 fois plus abondant dans l’eau martienne que dans l’eau de nos océans (qu’en ferions-nous sans savoir générer de l’énergie à partir de la fusion nucléaire ?), ou que nous allons exploiter les ressources de la Ceinture d’astéroïdes car ils sont riches en métaux (les technologies nécessaires seraient encore plus difficiles à concrétiser que celles nécessaires à la construction d’une base à la surface de Mars qui dans ce cas de figure serait quand même un préalable !).  Considérer comme une première étape les activités économiques possibles au sein d’un petit établissement à la surface de Mars est ce que nous pouvons envisager aujourd’hui de plus sérieux, en nous confortant par ailleurs sur les intentions et la capacité apparente de SpaceX à assurer les transports. Il s’agit donc d’imaginer pour la Colonie des activités de production et de commercialisation de biens et de services à des prix pour lesquels il y aura soit un marché sur Mars (réduisant les importations), soit un marché sur Terre (permettant les exportations).

Pour qu’un nombre suffisant de candidats demandent/acceptent l’offre de voyage et de séjour, il faut imaginer dans quel état d’esprit ils seront. Mars ne sera pas un lieu habité comme un autre, en raison de son éloignement, de la durée obligatoirement longue du séjour, des conditions environnementales particulièrement dures et du très faible peuplement associé à la promiscuité. Il faudra donc que ces candidats trouvent effectivement dans cette aventure une satisfaction suffisante (monétaire et/ou non monétaire) pour en surmonter les différents aspects stressants et qu’ils puissent compter sur une possibilité de retour sur Terre (évidemment de moins en moins immédiate pour tous, au fur et à mesure de l’augmentation de la population, car tous les vaisseaux disponibles ne pourront rapatrier en une seule fois tout le monde).

Pour répondre à cet état d’esprit en se plaçant sur le plan économique, c’est-à-dire celui de la rentabilisation d’un investissement, les promoteurs d’une Colonie devront répondre en proposant aux candidats au départ temporaire ou définitif, une offre de logements et de services locaux qui permettent dans des conditions de vie et de confort acceptables, une activité rémunératrice pour eux-mêmes et pour la Colonie, suffisamment incitative.

Le processus de réalisation d’un tel projet devra être fondé sur (1) la capacité de l’ensemble du système Starship/BFR d’Elon Musk (ou équivalent), en termes techniques (masse de la charge utile, temps de parcours, sécurité, disponibilité) ainsi qu’en termes de performance économique (coût d’exploitation, coût d’entretien, durée de vie), car ce système de transport devra fournir les équipements non productibles sur Mars et assurer le mouvement des personnes, de et vers la Terre ainsi que les déplacements planétaires; (2) la prise en compte des coûts de fonctionnement de la Colonie et de l’entretien de la structure et des services de support-vie; (3) la disponibilité de montants d’investissement suffisants; (4) la capacité des organisateurs de la Colonie et des investisseurs à identifier les concepts les plus potentiellement générateurs de profit.

Pour parvenir à structurer correctement la population de la Colonie dans cette perspective, il convient de la doter d’un minimum de personnel permettant de la faire fonctionner (et générant en même temps des dépenses) et d’accueillir un maximum de clients ou « hôtes-payants » (générant des revenus). Cela donnerait selon le modèle de Richard Heidmann et dans l’hypothèse d’une Colonie de 1000 habitants, une population de 450 plus 550 personnes se répartissant comme suit: (1) personnel (salarié ou sous-traitant) relevant de la direction de la Colonie (le «personnel»), chargé soit de l’administration et du contrôle (personnes et biens), soit de satisfaire tous besoins jugés nécessaires au fonctionnement de la Colonie; (2) hôtes-payants individuels, soit touristes (restant un cycle synodique sur Mars), soit chercheurs (restant le temps nécessaire, très probablement également un cycle synodique), soit oisifs ou retraités fortunés (restant sur Mars un ou plusieurs cycles synodiques); (3) «entreprises-libres», qu’elles soient des sociétés ou des particuliers, poursuivant toutes un objectif économique propre (générateur de profit), contribuant à la production sur Mars, soit pour le fonctionnement de la base, soit pour d’autres objectifs (proches ou non du premier). Dans le premier cas, elles pourraient être en concurrence avec une partie du «personnel» (en tant que start-up au cours de la première période synodique de leur exercice) et stimuler leur production vers une meilleure rentabilité.

La catégorie (1) se situe dans la population de 550 personnes mentionnée, la catégorie (2) dans la population de 450 personnes et la catégorie (3), sel de l’inventivité et de la créativité mais aussi aiguillon de la concurrence, se partage entre les deux. Les catégories 2 et 3 devront rémunérer la Colonie au moins jusqu’à hauteur du montant de ses frais variables majorés d’une marge (aussi élevée que possible!), permettant son fonctionnement, y compris le paiement de ses frais financiers (paiement des intérêts de sa dette et, dès que possible, de quelques dividendes sur les actions émises*). Elles devront se rémunérer soit directement sur leurs clients, martiens ou terrestres, soit par l’intermédiaire de la Colonie (qui refacturera à ses propres clients).

*Le non-paiement de dividende n’exclut pas que les actions de la Colonie soit porteuses de plus-values dès les premières années et qu’elles aient du succès sur le marché financier. Après tout le PER (Price Earning Ratio) anticipe très longtemps à l’avance les profits (ou les conséquences de difficultés) d’une société. En 1997 on pouvait spéculer sur la valeur future d’Amazon qui ne devait commencer à devenir rentable que très marginalement fin 2001 (5 millions de dollars sur un chiffre d’affaire de 1 milliard). C’est en 1997 qu’il fallait acheter les actions d’Amazon; c’est dès la mise sur le marché des actions de la “Compagnie des Nouvelles Indes” (petit clin d’œil à l’Histoire) qu’il faudra en acheter.

Ce schéma peut ne pas sembler très égalitaire et il ne l’est pas. Une telle Colonie ne peut être une entreprise « sociale » ou « à but non lucratifs » car sa première qualité doit être l’efficacité et le rendement financier, sinon les investissements pour la développer seraient impossibles à même envisager. Les critères d’admission des personnes dans la Colonie seront exclusivement leur utilité pour la Colonie (pour son entretien ou son développement), ce qui implique soit des capacités intellectuelles, des capacités physiques et/ou des capacités financières (nous estimons que le prix – non le coût – d’un séjour d’une période synodique avec transport aller et retour -donc sur 30 mois-, varierait entre 6 et 8 millions de dollars par personne. Pour comparaison, une place à bord de l’ISS coûte aujourd’hui plus de 50 millions de dollars à son éventuel acheteur).

La distinction entre les producteurs-consommateurs et les seuls consommateurs sera floue. Il se peut que certaines personnes décident de faire le voyage à leurs propres frais pour exercer leur métier de manière indépendante sur Mars. Il est également probable que certaines personnes venant à titre de touristes ou de retraités, voudront ne pas manquer une occasion de continuer à travailler à temps partiel ou éventuellement complet, d’exercer leurs compétences professionnelles et/ou de préciser de nouveaux concepts et d’être utiles à la communauté en les exploitant tout en se rémunérant. Il se peut également que certaines personnes faisant partie du personnel aient une activité intermittentes, sans tâches à effectuer continuellement en fonction de leur affectation principale (par exemple celles travaillant pour la liaison Terre/Mars/Terre qui ne pourra être activée qu’au début et en fin de période synodique). Dans ce cas, d’autres tâches leur seraient proposées ou, à défaut d’autre possibilité, assignées lorsqu’elles seront disponibles (dans le cas cité, transports planétaires pour desservir ou explorer des endroits lointains sur la planète). Si, pour quelque raison que ce soit, un travail prévu au moment de quitter la Terre devait être interrompu ou cesserait d’être nécessaire, les personnes recrutées pour ce travail devraient effectuer d’autres tâches si elles sont rémunérées sur le budget de la Colonie (et/ou si elles ne peuvent subvenir à leurs propres besoins en tant que personnes privées). Cela veut dire qu’il ne pourra y avoir de versement d’allocation-chômage sur Mars, sauf pour des raisons de santé invalidantes graves. En conséquence, les personnes incapables d’apporter de facto une contribution à la Colonie correspondant à leur coût, devront être renvoyées sur Terre, leur état de santé le permettant, lors du premier vol de retour.

Tous les métiers et activités nécessaires à la vie des résidents, du plus intellectuel au plus manuel, devront être représentés (et il faudra les sélectionner afin de s’organiser sur place, avant de quitter la Terre) car il faudra absolument (re)constituer sur Mars une biosphère viable et dynamisante. La sphère de l’activité publique n’est pas définie en termes absolus mais sera considérée comme permettant de prendre en charge toute fonction essentielle au cas où elle ne serait pas assurée par une entreprise privée (subsidiarité), ces dernières présentant la meilleure assurance d’efficacité, de réactivité et d’inventivité pour le moindre coût. En tout état de cause, les sociétés privées sous-traitantes ou les entreprises-libres devraient obtenir de la Colonie une licence leur permettant d’exercer leurs activités, dans la mesure où cela nécessitera des ressources rares de la Colonie et, ainsi que les autres résidents, ils resteront sous le contrôle de la Colonie pour la sécurité et la santé publique (ce qui revient en partie au même, en raison des risques de prolifération microbienne et de contagion).

Les rémunérations devront être exceptionnellement élevées pour tenir compte des contraintes et des risques pendant le voyage et le séjour, pour motiver les volontaires à « faire le grand saut » et aussi parce que le paiement de tout bien ou service sur place sera coûteux compte tenu des conditions dans lesquelles ils seront produits, des frais de location divers demandés par l’administration de la Colonie pour les habitats et équipements annexes qu’elle mettra à disposition, et de la taille, très petite, du marché. Ces rémunérations devront être négociées mais la demande devra pouvoir rencontrer l’offre à un prix permettant de couvrir les coûts. Heureusement, en raison de la part importante du coût du transport dans le coût total d’un séjour dans la colonie, le paiement de rémunérations élevées ne constituera pas un élément très sensible. Les négociations seront faites avant le départ mais la productivité et la créativité doit pouvoir permettre aux agents économiques d’espérer qu’elles soient éventuellement plus élevées. Inversement elles pourraient être effectivement moindres en cas de performances non satisfaisantes.

La Colonie ne s’engagera à fournir « gratuitement » (c’est à dire pour un prix inclus dans le prix de base du « package » vendu) qu’un support-vie de base à ses résidents (atmosphère respirable, température tempérée, lieu de repos/sommeil, eau, aliments de base, services de santé minimum). Toutes les autres commodités seront fournies à un prix qui sera payé avec de l’argent (devise à définir mais éventuellement martienne, basée sur un panier de monnaies des principaux pays participants) en partie avant de quitter la Terre (pour les dépenses prévues) ou sur place (pour les besoins variables). Les relations entre les résidents et entre les résidents et la Colonie seront monétarisées, c’est la seule façon d’orienter l’offre et d’éviter les gaspillages.

Ces exigences économiques ne plairont peut-être pas à tout le monde mais elles me semblent incontournables car elles seront la garantie du dynamisme de la communauté martienne et surtout, celle de la faisabilité de l’enclenchement du processus de colonisation au-delà de la construction des premiers éléments permettant la vie sur place.

1Voir étude sur le site de l’association Planète-Mars

Image à la Une: Mars, Base Alpha, conception Elon Musk (crédit Elon Musk/SpaceX). Des starships sur leur pas de tir, près au retour sur Terre après 18 mois de séjour sur Mars

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Index L’appel de Mars 01 02 19

Terraformation de Mars, le rêve impossible

Terraformer Mars, cette idée trotte dans l’esprit de beaucoup de passionnés de la « planète rouge », surtout les plus jeunes. Cependant il me semble tout à fait irréaliste et non souhaitable de vouloir faire littéralement de cette planète une nouvelle Terre même s’il peut sembler judicieux et envisageable de permettre à l’homme d’y vivre dans des lieux viabilisés.

Terraformer Mars cela veut dire libérer à sa surface suffisamment de gaz de son manteau et de sa croûte pour porter la pression atmosphérique à un niveau proche de nos 1000 millibars (contre 6 seulement en moyenne aujourd’hui) pour que l’eau puisse, lorsque la température monte au-dessus de 0°C, passer de l’état solide à l’état liquide et y rester dans une fourchette de quelques dizaines de degrés sans bouillir (et a fortiori sans se sublimer directement du solide au gazeux). Cela veut dire réchauffer l’environnement (atmosphère et sol) pour qu’au moins dans la région intertropicale, l’eau ne reste pas gelée pendant les longs mois de l’hiver austral où l’énergie solaire reçue au niveau de l’orbite (l'”irradiance”) descend aux alentours de 500 W/m2 (contre 1400 en moyenne sur Terre). Cela veut dire rendre l’atmosphère suffisamment riche en oxygène et pauvre en gaz carbonique pour qu’elle devienne respirable. Cela veut dire enfin assainir le sol en le libérant de sa couche de sels de perchlorates et l’enrichir en éléments organiques pour qu’il puisse nourrir des plantes. Vaste programme !

Si la pression atmosphérique est si basse sur Mars, c’est que la masse de la planète est trop faible pour permettre, à cette distance du Soleil, de retenir durablement une quantité de gaz plus importante. En effet, contrairement à ce que beaucoup pensent ce n’est pas le vent solaire le coupable, en raison de l’absence de magnétosphère, même si lorsque le Soleil était très jeune et violent ce facteur a joué puisque la Terre s’est formée en deçà de la « limite de glace » de notre système. Aujourd’hui l’enveloppe atmosphérique de Mars est quasiment stabilisée bien qu’elle se réduise encore asymptotiquement. Au début de son histoire, à la fin de la période d’accrétion, elle était beaucoup plus épaisse car elle était constituée de tous les gaz enfermés dans la matière qu’elle avait captée lors du rassemblement de tous les astéroïdes puis planétoïdes qui se trouvaient sur son orbite. Mais très vite et déjà un peu avant – 4 Gy (milliards d’années), la densité de l’atmosphère était tombée à un niveau proche de celui d’aujourd’hui. Elle fut cependant reconstituée plusieurs fois à des niveaux permettant l’eau liquide. Ce fut d’abord, concurremment aux premières pertes et les compensant, le dégazage du magma du manteau de la planète dont la croûte durcissait lentement alors que le Soleil se calmait. Ce fut ensuite aux alentours de -4 Gy, le Grand bombardement tardif (LHB) période de chutes intenses d’astéroïdes glacés de la Ceinture de Kuiper déstabilisés par les conséquences du rebroussement de Jupiter vers l’extérieur du système (projection de Neptune dans cette Ceinture). Ce furent enfin les épisodes volcaniques, de moins en moins intenses mais de plus en plus violents, la croûte de la planète se refroidissant, se durcissant et permettant de moins en moins facilement les émissions de gaz provenant de ses profondeurs.

Aujourd’hui, pour renouveler en l’épaississant l’atmosphère de Mars, certains imaginent plusieurs solutions, dans un ordre décroissant de violence : augmenter la masse de la planète, réactiver le volcanisme, faire fondre les calottes polaires. Examinons les.

Augmenter la masse de la planète va de pair avec réapprovisionner la planète en gaz externes et réactiver le volcanisme libérant du gaz interne. Cela veut dire déstabiliser des astéroïdes pour les agglomérer à la masse présente, en quelque sorte procéder à une accrétion artificielle. Il faut tout de suite remarquer qu’il ne serait pas facile de trouver la matière. Le premier gisement serait les millions de corps rocheux, glacés ou non, de la Ceinture d’astéroïdes, région voisine située de 1,7 et 4,5 UA (1UA, distance Terre-Soleil, = 150 millions de km), entre Mars et Jupiter (NB Mars orbite le Soleil à une distance d’environ 1.5 UA). Mais cette Ceinture ne représente que 4% de la masse de la Lune y compris les planètes naines Cérès et Vesta (environ 40% du total). Le second gisement serait les corps rocheux glacés de la Ceinture de Kuiper, au-delà de Neptune. Leur masse est plusieurs fois celle de la Terre mais évidemment ils sont très loin, entre 30 et 55 UA. Quoi qu’il en soit, rappelons que la force de gravité appliquée à une masse quelconque génère une accélération de vitesse qui se transforme en énergie cinétique à l’impact. L’astéroïde déstabilisé serait accéléré par la force de gravité du Soleil (contrôle ?!) puis de Mars à son approche. La force d’attraction générée par Mars est de 0,38g, moins que la Terre (1g) mais importante tout de même. Le « Meteor Crater aux Etats-Unis a été formée par la chute d’un astéroïde de 50 mètres de diamètre seulement mais qui avait une masse de 300.000 tonnes. A l’autre extrême Théia qui a impacté la Terre à la fin de sa période d’accrétion, dont a résulté la Lune, avait probablement la taille de Mars c’est-à-dire une masse égale à 1/10 celle de la Terre. Pour terraformer Mars il faudrait bien sûr choisir la taille des astéroïdes mais trop petits il n’auraient qu’un effet de masse négligeable au regard de l’augmentation de la gravité, trop gros ils auraient des conséquences extrêmement dangereuses pour l’intégrité de la planète elle-même.

Par ailleurs la désorbitation d’astéroïdes pourrait conduire à des catastrophes aussi sur Terre, car comment imaginer que l’on pourrait piloter de telles opérations avec une totale précision. Qui peut croire que la « manipulation » de tels objets serait facile et s’ils ratent leur première cible, qu’en route vers le Soleil ils ne viennent frapper la Terre ? Ensuite l’addition de telles masses ne pourrait se faire en douceur (freinage !). La croûte de Mars fondrait à nouveau en une boule de magma ou pour le moins, la croûte se fissurerait partout, la lave recouvrirait toutes les terres basses et toute l’histoire géologique d’une planète qui a sans doute conduit à une évolution passionnante des molécules organiques vers la vie, disparaîtrait irrémédiablement, nous privant d’une connaissance qu’il nous serait quasiment impossible de retrouver ailleurs avant de pouvoir faire des sauts technologiques impensables aujourd’hui pour explorer au plus près quelque exo-Terre, forcément au moins à 3,4 années-lumière de notre Terre (Proxima Centauri).

Faire fondre les calottes polaires est une autre idée. Les moyens seraient soit de bombarder les pôles avec des bombes atomiques, soit de les réchauffer par de grandes surfaces réfléchissantes positionnées dans l’espace pour concentrer la lumière du soleil. L’idée des bombes atomiques (qui je regrette de le dire a été reprise par Elon Musk) même si elle n’est pas aussi folle que celle des astéroïdes, aurait, outre la fonte des calottes polaires, des conséquences aussi catastrophiques c’est à  dire une possible réactivation d’un volcanisme violent. Mais elle causerait en plus, « accessoirement », une irradiation de la planète. L’eau serait contaminée, l’atmosphère, par définition épaissie, diffuserait les particules radioactives partout autour du globe en en rendant l’habitabilité encore plus improbable. Utiliser une surface réfléchissante développée dans l’espace pour concentrer la lumière solaire peut sembler plus « civilisé ». Cependant si théoriquement cela est possible, on peut se poser la question de savoir où serait produit ce gigantesque écran (même très fin) ; comment il serait transporté sur Mars, comment il serait manœuvré et stabilisé dans l’espace (la poussée du vent solaire sur lui ne serait pas négligeable). Ensuite, si on peut imaginer faire fondre la glace d’eau au Pôle Nord, et la glace carbonique ainsi que la glace d’eau au Pôle Sud, comment retomberaient les éléments ainsi sublimés ? Il y a de fortes chances (pour ne pas dire la certitude) que ce serait essentiellement en neige ou en glace sur le sol et non en eau liquide, compte tenu du climat martien. Quant à envisager une surface de film réfléchissant pouvant maintenir au chaud l’ensemble de la planète…n’y pensez pas, c’est évidemment totalement impossible.

Admettons cependant que « tout se passe bien » et que l’on parvienne à ré-épaissir l’atmosphère d’une manière ou d’une autre. Le problème n’est pas tant qu’une nouvelle atmosphère ne serait pas durable. Ce facteur ne serait pas rédhibitoire pour l’habitabilité humaine car le renouvellement pourrait avoir des effets suffisants pour des milliers d’années. Non, il serait que l’atmosphère serait irrespirable (gaz carbonique, souffre provenant du volcanisme, méthane, vapeur d’eau, éventuellement hydrogène sulfuré). L’oxygène dont nous avons besoin résulte sur Terre du très long processus de vie terrestre (la présence en quantité importante de ce gaz dans l’atmosphère remontant à quelques 2 milliards d’années, à partir du Great Oxidation Event, “GOE”). Purifier l’atmosphère pour la rendre respirable en en extrayant l’oxygène libre (en quelles quantités ?) serait évidemment une gageure et il ne faut pas compter sur une utilisation des plantes actuelles qui respireraient un cocktail de gaz qui serait aussi bien mortel pour elles que pour nous.

Par ailleurs le sol resterait très longtemps gelé sauf là où la croûte serait retournée au magma par volcanisme et le sol gelé de Mars l’est actuellement au moins autant que celui de la toundra du Nord de la Sibérie, de l’Amérique du Nord ou de l’Antarctique. La pente du gradient thermique est très forte ce qui veut dire que la température monte beaucoup plus lentement que sur Terre quand on s’éloigne de la surface. Ce sol est aussi recouvert d’une couche de sels de perchlorates extrêmement toxiques pour les hommes et les plantes et il est évidemment exclu d’y faire pousser quoi que ce soit sans un « nettoyage » intensif. Enfin, même nettoyé ce sol resterait extrêmement pauvre en nutriments puisque la planète n’a pas connu la riche évolution biologique qui s’est déroulée sur Terre où la vie a été depuis si longtemps et est aujourd’hui partout présente.

Le problème c’est que l’ingénierie planétaire n’est pas du tout une science que nous maîtrisons. Le problème (avec des nuances selon la solution choisie) c’est les dévastations que les perturbations résultant des actions visant à la terraformation, créeraient, l’incertitude et l’imprécision des résultats, le temps qui s’écoulerait avant que les effets positifs soient exploitables (à supposer qu’il y en ait) et le coût que cela représenterait. Je n’ai pas évoqué ce dernier point mais indiquez moi un gouvernement qui demanderait à ses citoyens de financer une telle entreprise ou une personne privée aussi riche soit-elle qui s’y risquerait. Les sommes seraient énormes et le retour sur investissement ne pourrait être espéré avant des centaines, voire des milliers d’années.

« Forget-it » comme disent les Anglo-saxons. N’envisageons pas des projets pharaoniques destructeurs, dangereux, inutiles et hors de tous les moyens financiers dont on pourra jamais disposer ! Cela ne pourrait que décrédibiliser le projet de ceux qui veulent que l’homme puisse un jour sortir de son berceau. Par contre, construire des dômes pressurisés, aménager ou creuser des cavernes est ce que nous proposons. A l’intérieur de ces bulles viabilisées, une petite population pourrait vivre en cultivant des algues (spirulines) dans des bacs et des végétaux sur sols artificiels et alimentés par hydroponie. Progressivement, en raison de la difficulté que présentent la gestion des risques biologiques, on introduirait des poissons (tilapias) et de petits animaux (poules, chèvres, porcs). C’est dans ce cadre seulement que l’implantation de l’homme sur Mars sera possible et c’est déjà beaucoup !

Image à la Une: Mars la rouge, Mars la verte, Mars la Bleue, le passage fantasmé d’une planète désertique à une nouvelle Terre. Crédit NASA.

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Index L’appel de Mars 25 01 19

L’ESA s’intéresse à la Lune, c’est bien, mais elle s’y intéresse pour de mauvaises raisons

ArianeGroup a annoncé le 21 janvier qu’ elle avait « signé un contrat avec l’ESA pour étudier la possibilité d’aller sur la Lune avant 2025 et commencer à y travailler. » L’intérêt de notre agence spatiale pour notre satellite naturel est certes nouveau mais sur le plan astronautique il n’y a là rien de bien remarquable ni de bien enthousiasmant. On est très loin du « village lunaire » envisagé par son directeur, Jan Wörner. Le lanceur lourd qui serait nécessaire, une « Ariane super-heavy » capable de placer 140 tonnes en orbite basse terrestre (LEO) et de déposer 20 tonnes sur la Lune n’a pas plus de réalité que la « Longue-Marche-9 » de nos amis chinois1.

On parle pour le moment d’une mission robotique. Il s’agit de faire ce que les Américains et les Russes ont fait dans les années 1970, les Chinois avec Chang’e-3 en décembre 2013. On peut donc penser que les Européens, piqués au vif par la réussite de l’atterrissage de Chang’e-4, début janvier 2019, ont voulu réagir pour montrer qu’ils étaient capables de faire au moins aussi bien. Cela situe le projet d’abord comme une action de communication.

Les raisons avancées pour commencer à s’intéresser à la Lune : « extraire eau et oxygène permettant ainsi d’envisager une présence humaine autonome sur la Lune et aussi produire le carburant nécessaire à des missions d’exploration plus lointaine » me paraissent en effet comme une douce musique de pipeau. D’abord il faut rappeler que le régolithe est une matière extrêmement sèche. Il n’y a pas d’eau sur la Lune, ni liquide (bien sûr) ni solide (glace) sauf aux pôles dans le fond de quelques cratères placé dans l’obscurité perpétuelle du fait de l’étroitesse des arènes et des bords particulièrement abruptes et profonds. Pour obtenir de l’eau il faut donc apporter de l’hydrogène (évidemment de la Terre) et le lier à l’oxygène inclus dans certains oxydes ; on parle notamment d’ilménite (FeTiO3) ce qui suppose une électrolyse (donc de l’énergie et quelques installations). Je profite pour mentionner à l’occasion qu’obtenir de l’eau sur Mars serait beaucoup plus facile puisqu’il y a de la glace un peu partout en surface et que cette glace est accessible. Quant à l’idée d’utiliser la Lune pour y produire les carburants nécessaires aux missions lointaines, elle est proprement inepte. L’essentiel de l’énergie nécessaire (environ 90%) à une mission interplanétaire quelle qu’elle soit, est consacré à arracher les masses que l’on veut envoyer dans l’espace à la force d’attraction de la gravité terrestre. Une fois atteinte la vitesse de libération, la quasi-totalité de l’effort est fait. On voit donc très mal pourquoi redescendre sur notre satellite naturel qui lui aussi constitue un puits de gravité, pour aller rechercher du carburant dont une grande partie servirait à se libérer à nouveau de ce puits de gravité. Pour présenter les choses autrement, il est plus économique sur le plan énergétique d’aller directement sur Mars à partir de la Terre que de passer par la Lune pour aller sur Mars ou encore, il est aussi coûteux en termes énergétiques d’aller sur la Lune que d’aller sur Mars. Par ailleurs, aller s’approvisionner en ergols lunaires suppose au préalable une infrastructure d’extraction des minéraux, de production et de stockage/conservation des carburants/comburants, un astroport, un système de transport et probablement des services humains (donc un système de support vie) qui n’existent pas et qu’il sera difficile et coûteux de rendre opérationnels. Ce passage par la Lune pour explorer l’espace profond est donc une complication absolument inutile.

Heureusement le communiqué d’ArianeGroup ne parle pas de l’exploitation du fameux He3 (hélium 3) abondant dans le régolithe lunaire et qui est présenté comme LE carburant du futur puisqu’il serait utilisable par les centrales nucléaires à fusion. Dans l’enthousiasme de l’annonce, certains média réactivent ce fantasme alors que pour le moment nous n’avons rien à faire de l’He3 puisque nous ne savons toujours pas produire d’énergie par fusion nucléaire. Avant d’en parler, les médias concernés devraient regarder comment avance le projet ITER. Le moins que l’on puisse dire est que la progression est lente.

il ne me semble pas indispensable d’envoyer des êtres humains sur la Lune pour ces motifs. Les conditions de vie y seraient très pénibles (nuit de 14 jours avec des températures de -170°, jour de même durée avec des températures de +120°, poussière très corrosive, absence de protection contre les radiations ou les micrométéorites, gravité très faible gênant énormément les mouvements donc le travail et probablement nuisible pour la santé). Par ailleurs compte tenu de la proximité de la Terre, on peut très bien commander en temps réel les robots qu’on enverrait en surface lunaire, ce qui est impossible sur Mars distant de 3 à 22 minutes-lumière. La commande en temps réel change tout car on peut utiliser les yeux du robot comme nos yeux et ses pinces comme nos mains, en le dotant de commandes asservies à notre cerveau sans programmation lourde tendant vers une certaine intelligence artificielle (choix multiples en fonction de critères de recherche imposés permettant une certaine autonomie) malgré tout imparfaite.

Il serait beaucoup plus intéressant de se contenter d’aller sur la Lune avec des missions robotiques pour l’étudier sérieusement pour elle-même et pour améliorer notre connaissance de l’univers. Pour elle-même car il faudrait analyser le régolithe pour mieux comprendre notre environnement radiatif et son histoire, notamment en comparant celui de la face cachée à celui de la face visible (protégée par la Terre). Pour mieux comprendre l’Univers car en installant des capteurs astronomiques (télescopes optiques mais surtout antennes radio) sur la face cachée, à l’abri des émissions terrestres et bénéficiant de conditions de gravité meilleures que sur Terre et de qualité de nuit excellente (absence totale de pollution lumineuse ou atmosphérique) on pourrait donner une nouvelle puissance à nos moyens d’investigation (masse d’équipements plus importante que dans l’espace, durées d’exploitation plus longues).

Il est donc un peu triste que l’ESA se laisse embarquer pour de mauvais motifs dans la compétition mondiale pour la Lune. Ce n’est pas un jeu et la prendre comme telle peut desservir l’ensemble des projets de missions habitées, notamment pour Mars. En tournant son regard vers la Lune, l’ESA ne regarde pas le doigt mais elle ne cherche pas à voir la Lune pour ce qu’elle devrait être. Le seul aspect positif que je vois est que la compétition internationale se ranime et que, si elle se maintient suffisamment longtemps, l’émulation qu’elle suscite puisse apporter le progrès c’est-à-dire la construction de lanceurs super-lourds.

Image à la Une: Photo de la Terre prise de la Lune par la sonde japonaise Kaguya en Novembre 2007. Les Japonais tournent également autour de l’astre de nos nuits! En l’occurrence Kaguya était un orbiteur (pas de mission au sol). Il évoluait à 100 km d’altitude. Crédit JAXA/NHK (Japan Broadcasting Corporation). Le Soleil est évidemment sur la gauche et la moitié du globe terrestre sur la droite, dans l’obscurité.

Lire le communiqué de presse du 21 janvier d’ArianeGroup :

https://www.ariane.group/fr/actualites/arianegroup-va-etudier-mission-lunaire-lesa/

ArianeGroup est 50% Airbus, ancien EADS et 50% SAFRAN, ancien SNECMA. Dans ce projet, Arianespace filiale d’ArianeGroupe est associée à une petite entreprise allemande PT Scientists qui fournira l’atterrisseur et une petite société belge, Space Applications Services qui fournira le « segment sol » et les équipement de communication. 

1Le lanceur sera une version de la fusée Ariane 6 dont le premier vol est prévu en Juillet 2020. Dans sa version lourde, « 64 » (série 6 à 4 « boosters »), il doit pouvoir placer 21 tonnes en orbite basse terrestre (« LEO ») et 8,4 tonnes environ sur une orbite cis-lunaire, comme le Long-March 5 Chinois (CZ-5) également à l’essai (un vol réussi, un vol raté). A noter que le Falcon Heavy d’Elon Musk peut placer 64 tonnes en LEO.

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Index L’appel de Mars 25 01 19

Serons-nous demain encore d’humeur à partir pour Mars ?

J’ai mentionné à plusieurs reprises dans ce blog que si nous ne partons pas nous établir sur Mars aujourd’hui, peut-être ne voudrons nous même plus l’envisager demain. L’affaire des gilets-jaunes confirme pour moi cette crainte*. Cet article est une réponse à ceux qui disent que Mars brillera toujours dans notre ciel, qu’il n’y a pas d’urgence et que nous irons bien un jour. Rien n’est moins certain.

*et aussi les prises de position de certains économistes écologiques extrémistes, par principe”anti-riches”, souvent très mal informés sur les sujets astronautiques (cf article du 13 janvier de Laurent Horvath dans son blog Géopolitique mondiale des énergies, hébergé par Le Temps. Voir la réponse de Pierre-André Haldi qui “remet les pendules à l’heure”).

Dans les années 1970, l’espace nous était ouvert et nous envisagions de nous poser sur Mars avant la fin du siècle. Nous disposions pour ce faire de la fusée Saturn V qui avait permis d’aller sur la Lune et qui aurait effectivement permis l’atterrissage en douceur des masses suffisantes sur Mars et nous pensions que nous pourrions relativement rapidement construire des fusées encore plus puissantes pour y transporter davantage de masse utile et de personnes.

Cependant, les Etats-Unis ayant incontestablement remporté la compétition engagée contre l’URSS, avec le succès de leurs programme Apollo, l’intérêt s’émoussa. C’est un phénomène assez surprenant et très regrettable car, à part la dernière mission qui avait permis de commencer à faire un peu de science (avec le géologue Harrison Schmitt), tout s’arrêta brusquement. On était en 1972. Lyndon Johnson avait lancé son pays dans Medicare et Medicaid et surtout la guerre au Viet Nam. Son successeur en janvier 1969, Richard Nixon était totalement indifférent (« did not give a damn ») à la recherche spatiale. On avait là, la preuve que la course à la Lune avait exprimé essentiellement la volonté de montrer qu’on était meilleur que l’autre. Nixon se comportait comme un gamin content d’avoir couru le plus vite. L’accomplissement était certes considérable et remarquable sur le plan technologique mais sur le fond, le progrès de la Connaissance, il restait très limité.

Ayant « gagné », les dirigeants américains se demandèrent alors que faire, dans quelle voie s’engager pour les vols habités et ils donnèrent à cette réponse un choix technologique plutôt qu’un choix d’objectif à atteindre. Il s’agissait de continuer à briller aux yeux des plus simples (ou des moins intéressés) des Américains, en inventant des technologies encore plus spectaculaires, plutôt que d’aller « quelque part » et d’approfondir la recherche lunaire. Le vol robotique, c’était la science, le vol habité, le spectacle. On n’envisageait pas de troisième voie, de vol robotique exhausté par la présence et l’action de l’homme.

Dans cet état d’esprit, rassurés mais en même temps effrayés de leur audace passée, les dirigeants américains firent deux choix catastrophiques car ils ne menaient nulle part (ce n’était pas leur objet) : la navette et la station spatiale internationale (« ISS »). La navette partait d’une bonne idée, créer un véhicule multiusage et récupérable pour abaisser les coûts des lancements. Mais la réalisation montra vite qu’on était sur une fausse piste car la « maintenance » s’avéra extrêmement coûteuse, l’isolation thermique par revêtement de tuiles de céramiques imposant notamment des contrôles et des remplacements fastidieux et très chers. Les vols commencèrent en 1981. Un premier accident mortel intervint en 1986, un second en 2003 et on continua quand même, en renâclant, jusqu’en 2011. A part le sauvetage puis la maintenance / modernisation du télescope Hubble en cinq missions de 1993 à 2009, que de vols inutiles sur les 135 réalisés ! Après que l’ISS fut lancée, en 1998, on ne pouvait plus très bien savoir si la navette volait pour desservir l’ISS ou si l’ISS avait été construite pour servir de but aux petites incursions de la navette dans l’espace (très) proche.

L’autre erreur fut en effet l’ISS. Comme Apollo ce programme fut décidé pour des raisons politiques. Ce n’était plus la compétition mais la coopération qui l’inspirait. Le résultat fut un énorme “machin” pour aller nulle part et qui était censé permettre d’entraîner des hommes à vivre dans l’espace. Il y avait sans doute quelques leçons à en tirer mais lorsque le mécano fut monté, on chercha à l’utiliser d’une manière ou d’une autre, sans beaucoup de logique pourvu que « tout le monde » puisse aller y faire un petit tour. Et puis l’objet ayant coûté si cher (environ 150 milliards d’euros) on rechigna à s’en débarrasser et on l’a toujours sur les bras (jusqu’en 2024, date du retrait annoncé de la NASA), ce qui coûte toujours très cher (3 à 4 milliards par an, à comparer au budget annuel de la NASA de 20 milliards par an). Je ne veux pas dire que l’ISS n’a servi à rien. Ce n’est pas le cas. L’expérience du montage d’éléments dans l’espace, de la maintenance, des tests des systèmes de support vie ont été utiles mais l’étude (principale) des effets (néfastes) de l’apesanteur ne nécessitait pas d’être aussi longue, la conclusion étant vite atteinte qu’il fallait procurer aux astronautes une gravité artificielle. On aurait pu aussi bien étudier tout cela au cours de vrais voyages Terre / Lune.

Le temps passe et comme les retombées sont peu visibles, le public se lasse alors que c’est lui (sauf intervention d’une entreprise privée), en tant que citoyens et électeurs, qui apporte le financement. La perspective de l’arrêt de l’ISS aurait pu faire penser qu’enfin, on allait repartir pour une phase d’expansion. Malheureusement l’administration du Président Trump vient de décider le Lunar Orbital Platform-Gateway, encore un « machin » qui ne conduit nulle part. Au lieu de tourner autour de la Terre, le LOP-G va décrire une ellipse autour du couple Terre / Lune. Les passagers seront exposés à plus de radiations et seront toujours en situation d’apesanteur. Les « expériences » qui seront menées à bord seront rigoureusement les mêmes que celles menées dans l’ISS. Mais pourquoi ne pas avoir décidé de revenir enfin se poser sur la Lune ?! Là au moins il y aurait eu autre chose à faire qu’à tourner en rond dans l’espace. Cette demi-mesure est incompréhensible et ne sera probablement pas comprise. Il n’y a rien dans ce projet pour soulever l’enthousiasme des populations. Le danger étant que les électeurs et « taxpayers » considèrent en majorité qu’il y aurait d’autres dépenses à faire et que cela affecte l’ensemble des vols habités. Nombreux sont ceux qui l’expriment déjà.

Je pensais à cette situation en écoutant les nouvelles de France en ces mois de Décembre  et Janvier et je me disais que présenter au public français un programme d’exploration de Mars par vols habités serait impensable dans cette conjoncture morose. Evidemment cela n’aurait aucun effet pour le monde puisque ce pays n’a pas les moyens de l’entreprendre. Mais qu’en serait-il aux Etats-Unis ? On peut très bien imaginer que les conditions économiques et sociales se retournent après la surchauffe économique provoquée par l’argent facile de l’administration Trump, que l’Etat fédéral soit obligé de concentrer son action sur l’allègement des problèmes sociaux qui pourraient surgir d’une récession et que par ailleurs et compte tenu de la détérioration générale, Elon Musk fasse faillite. Dans une situation comme la grande dépression des années 1930, un programme public de vols habités vers Mars serait-il audible après quelques années de boucles autour de la Lune ? J’en doute fort. Le public assimilerait ces programmes spatiaux à la dépense qu’ils auraient représentée plus qu’aux résultats peu spectaculaires qu’ils auraient rapportés. Après peu de temps, les merveilleuses machines que sont les BFR et autres SLS deviendraient obsolètes, le savoir-faire des gens qui les ont portées tomberaient dans l’oubli comme cela est arrivé pour la Saturn V et Mars redeviendrait un point dans le ciel nocturne qui n’intéresserait plus que les rêveurs comme moi !

Donc si aujourd’hui nous pouvons aller sur Mars, il faut y aller. Une fois sur place, il serait beaucoup plus difficile d’y renoncer surtout si une activité économique rentable parvient à s’avérer possible (sans couvrir évidemment au début tous les coûts). Je souhaite à Elon Musk une excellente santé, beaucoup de succès dans ses affaires et que la prospérité économique américaine actuelle lui laisse le temps d’aller au bout de son projet !

Sinon, peut-être un jour, ce seront les Chinois mais pour eux le chemin est encore long et donc pour nous l’incertitude plus grande.

Image à la Une: Mars vue depuis l’environnement terrestre par le télescope Hubble, en 2001. Crédit NASA/SIPA.

L’exploration spatiale par vols habités peut-elle bénéficier d’un aiguillon chinois ?

Le jeudi 3 janvier le quatrième avatar de la Déesse de la Lune (« Chang’e-4 ») a « accouché » sur la face cachée de son astre d’un second Lapin-de-jade (« Yutu-2 ») 4. Nous n’en sommes qu’au balbutiement du programme d’exploration spatiale de la Chine mais cet événement mérite l’attention.

Pour progresser dans « sa » conquête spatiale, la Chine a choisi les petits pas, d’autres diraient la sagesse. Contrairement à la stratégie d’exploration spatiale américaine, la stratégie chinoise est très focalisée et très progressive. L’objectif est aujourd’hui d’aller sur la Lune par des moyens robotiques puis par vols habités ; les vols pour Mars suivront (pour être plus exact, on en parle mais on ne fait rien, sauf des maquettes).

En déroulant son « Lunar Exploration Program », la Chine (via la « China National Space Administration », « CNSA »)  avance de manière satisfaisante dans le cadre de la première phase de son plan stratégique d’exploration (ou d’expansion) spatiale et le succès de l’atterrissage de Chang’e-4 nous force à prendre au sérieux ses capacités technologiques et ses ambitions politiques, intimement mêlées. Chang’e-1 lancée le 24 Octobre 2007, consistait à placer un satellite autour de la Lune ; ce qui fut fait. Chang’e-2 lancée le 1er Octobre 2010 devait vérifier les technologies nécessaires à un atterrissage en douceur et repérer le site choisi pour la mission suivante ; ce qui fut fait. Chang’e-3 lancée le 1er décembre 2013 devait tester l’atterrissage en douceur et libérer un rover en surface (le premier Lapin-de-jade) ; ce qui fut fait, bien qu’il faille noter un « bémol » pour cette étape : l’arrêt définitif du rover après seulement trois jours de fonctionnement et un parcours de 100 mètres alors qu’il était prévu pour fonctionner pendant trois mois et parcourir 10 km.

En ce début d’année 2019, Chang’e-4 confirme la capacité des ingénieurs chinois à mener à bien un atterrissage en douceur puisque comme l’a montré la première vidéo de la mission, Yutu-2 est bien descendu de la plateforme de la sonde et a bien roulé sur le sol lunaire. Nous attendons maintenant la suite pour savoir si sa mission de 3 mois minimum peut être menée à bien. Il reste à voir si la commande à distance marche et si le rover fonctionne et peut résister aux conditions environnementales lunaires mieux que son prédécesseur. En effet ces conditions sont extrêmement dures (beaucoup plus que sur Mars), la poussière étant extrêmement agressive pour toutes les jointures ou roulements, les contrastes de températures étant très élevés, -170°C la nuit, plus de 120°C le jour, les nuits étant très longues, égales à 14 de nos jours (outre deux panneaux solaires, le rover est équipé d’un générateur thermoélectrique à radioisotopes, « RTG », pour pouvoir alimenter le rover en chaleur et en électricité pendant la nuit lunaire de 14 jours). C’est ces difficultés qu’il faut maintenant surmonter.

A noter que par ailleurs la mission a permis de maîtriser une « complication » (comme on dirait en horlogerie), celle résultant de la localisation de l’atterrissage, sur la face cachée de la Lune (le cratère Von Karman dans le Bassin d’Aitken). Pour disposer de cette maîtrise, le contrôle des robots (instruments et rover) est effectué depuis la Terre via un satellite relais, “Queqiao”, le bien nommé 1, positionné à cet effet, depuis mai 2018, autour du point de Lagrange Terre/lune EM-L2 (orbite de Lissajous 2), point d’équilibre gravitationnel qui se situe entre 65.000 et 80.000 km au-delà de la Lune (la Lune elle-même orbitant la Terre à 385.000 km en moyenne). Ce type de relais ne représente rien d’extraordinaire puisque les Américains l’utilisent aussi pour les missions martiennes dans le cadre desquelles les sondes au sol reçoivent des instructions ou transmettent des données vers la Terre en passant par les orbiteurs toujours en opération autour de Mars (on ne voit évidemment pas directement depuis la Terre les rovers opérant sur Mars tout comme on ne voit pas Yutu-2 sur la face cachée de la Lune). Disons seulement que ce relais est pour la Chine une bonne préparation aux missions plus lointaines. Sur le même sujet des télécommunications, il faut noter que la difficulté est moindre qu’en situation martienne puisque la distance-lumière est presque la même sur la Lune que si le robot n’avait pas quitté le sol terrestre (au maximum 1,5 secondes pour un trajet dans un seul sens et 3 secondes pour un aller-retour à la vitesse de la lumière) ce qui veut dire que même sur la face cachée de la Lune, le rover chinois peut être commandé presque en temps réel depuis la Terre, ce qui a des implications tout à fait différentes du « time-gap » de 3 à 22 minutes en un seul sens, incompressible, auquel sont soumises les opérations martiennes.

Si l’on regarde la charge scientifique utile, on peut constater que Chang’e-4 et Yutu-2 ne sont pas dépourvus d’intérêt. Ce ne sont pas seulement des appareils de démonstration ou de communication politique. Le rover dispose d’une masse d’instruments scientifiques de 20 kg ce qui est important par rapport à sa masse de 140 kg (Curiosity 75 kg pour 950 kg). Comme son prédécesseur Chang’e-3, Chang’e-4 dispose, à bord du rover, d’une caméra panoramique « PCAM » ; d’un radar d’exploration du sous-sol immédiat, « LPR » (pour Ground Penetrating Radar) ; d’un spectromètre imageur, « VIS/NIR » (pour Visible and Near-Infrared Imaging Spectrometer) pour l’étude géologique. La plateforme d’atterrissage comporte comme celle de Chang’e-3, une caméra d’approche, « LCAM » (Landing Camera) et une caméra topographique (TCAM). Les nouveaux instruments, propres à Chang’e-4, sont un spectromètre à basses fréquences (LFS) pour l’étude du plasma lunaire (environnement des particules électromagnétiques au-dessus de la surface) et trois autres, conçus et mis au point avec des étrangers ce qui est une première pour une mission chinoise: sur l’atterrisseur,  le « LND » (Lunar Lander Neutrons and Dosimetry), avec l’Allemagne pour étudier les radiations, notamment leur force de pénétration 3; sur le rover, l’ASAN (Advanced Small Analyzer for Neutrals) pour étudier la structure du sous-sol, avec la Suède et sur le satellite relais Queqiao, le « NCLE » (Low-Frequency Explorer) avec les Pays-Bas pour l’étude du fond radio basse fréquence dans l’environnement d’EM-L2. Par ailleurs Chang’e-4 porte une expérience biologique (3 Kg). Des œufs de vers à soie vont évoluer avec des plantes (graines de pommes de terre, tomate et d’une plante à fleurs). Dans un environnement de type terrestre, sauf la gravité (et la lumière?), les vers vont émettre du gaz carbonique qui va être consommé par les plantes qui vont rejeter de l’oxygène qui sera consommé par les vers (constatera-t-on les conséquences de la longueur des nuits ?). Chang’e-4 a donc une mission scientifique réelle, pour mieux connaître l’environnement lunaire, celui d’EM-L2, pour préparer les futures mission habitées et peut-être aussi l’action de Chang’e-5 qui doit rapporter des échantillons sur Terre en 2019.

Maintenant rien n’est encore gagné. Pour le moment Chang’e-4 n’a pas fait mieux que Chang’e-3 et l’absence d’information depuis l’atterrissage me semble un peu inquiétant.

Tout ceci pour dire qu’il n’est pas encore avéré que la technologie chinoise puisse être une menace pour la suprématie américaine dans l’espace, ni pour l’exploration robotique ni a fortiori pour l’exploration par vols habités. Pour l’exploration robotique à part les deux incursions sur la Lune de Chang’e, 3 et 4, il n’y a eu aucune mission chinoise. Donc ce pays a fait moins bien que le Japon qui est passé maître dans l’exploration des astéroïdes (ce qui sur le plan astronautique est autrement plus compliqué que se poser sur la Lune, face cachée ou non) avec un lanceur de même puissance (H-IIA) que le meilleur lanceur chinois opérationnel. Sur le plan des vols habités, on en est toujours aux prémices (l’embryon de Station Spatiale « Tiangong-2 »). Pour mener à bien ces vols habités, surtout pour la Lune et a fortiori pour Mars il faut pouvoir placer en orbite basse terrestre (LEO) une centaine de tonnes et « Long-March 5 » (« Chang-Zheng » ou « CZ-5 ») qui est le lanceur chinois le plus puissant à ce jour ne peut encore placer, avec difficulté (deux essais dont un seul, le premier, réussi) que 23 tonnes (comme le Falcon 9, Ariane V ME ou le Proton Russe mais moins que le Delta IV Heavy américain (29 tonnes) ou le Falcon Heavy (64 tonnes). Le lanceur de Chang’e-4 a été un CZ-3B qui a une capacité d’emport de 11,2 tonnes en LEO. On parle du CZ-9, de la catégorie de Saturn-V ou du SLS (130 tonnes), mais pour le moment ce n’est qu’un concept (beaucoup moins avancé dans la réalité que le BFR d’Elon Musk).

Tout ceci pour dire aussi qu’il est encore un peu tôt pour considérer que la Chine puisse être un aiguillon pour forcer les Etats-Unis 5 à reprendre une politique d’exploration spatiale par vols habités plus vigoureuse que celle d’aujourd’hui ! Outre la capacité de lancement, quid notamment de la maîtrise de la viabilité d’un habitat dans l’espace ? Les ambitions spatiales de la Chine ne sont pas négligeables mais ses capacités, indubitables, restent encore limitées et malheureusement insuffisantes pour accélérer l’exploration habitée de Mars par l’humanité, entreprise qui ne reste à la portée que des Américains. Pour l’exploration spatiale, la Chine reste un tigre de papier.

1 “Le pont des pies”. Dans  un conte chinois, les pies forment un pont avec leurs ailes la septième nuit du septième mois du calendrier lunaire, pour permettre à Zhi Nu, la septième fille de la déesse du ciel, de traverser et de rencontrer son mari bien-aimé, séparé d’elle par la Voie Lactée

2  Orbite de Lissajous : https://fr.wikipedia.org/wiki/Orbite_de_Lissajous

3 Au-delà des neutrons, protons, atomes, molécules et radiations, la face cachée de la Lune devrait recevoir beaucoup plus de micrométéorites que sa face visible depuis la Terre puisqu’elle n’est pas protégée par cette dernière. Je me demande si l’étude de l’abondance de ces micrométéorites a été prévue par Chang’e-4. Peut-être devrait-on analyser le régolite (qui résulte des impacts innombrables) de cette face cachée et le comparer à celui recouvrant la face visible? A noter que l’atmosphère martienne quoique faible donne une certaine protection contre ces micrométéorites (les plus petites ou les moins énergétiques), évidemment supérieure à la Lune.

4 Pour filer encore plus loin la métaphore en se conformant à la mythologie chinoise, on pourrait rappeler que pour arriver sur la Lune, la déesse Chang’e a consommé la totalité du diméthylhydrazine/tétroxyde de diazote (UDMH/N2O4) contenu dans les deux premiers étages du lanceur CZ-3B, accompagné d’un cocktail d’hydrogène et d’oxygène liquides contenu dans le 3ème étage au sommet de ce même lanceur, ce qu’en d’autre temps on appelait l’« élixir d’immortalité ». Cet élixir avait été obtenu par son mari, l’archer Houyi, aujourd’hui SASEI (le Shanghai Aerospace System Engineering Institute, concepteur et développeur du vaisseau), de la déesse du jardin de longue vie, Xiwangmu, également nommée CAST-du-CASC (China Academy of Space Technology of the China Aerospace Science & Technology Corporation). SASEI avait fait sa demande, persuasive, auprès de Xiwangmu, sur ordre de la CNSA (China National Space Agency), l’un des multiples bras de la Grande-déesse SASTIND (State Administration of Science, Technology and Industry for National Defence).

5 Vous remarquerez que je ne parle pas de l’Europe ou plutôt de l’ESA pour être plus précis. L’ESA a incontestablement des capacités astronautiques supérieures à la Chine et sans doute au Japon mais elle n’a que très peu d’intérêt pour l’exploration par vols habités en dépit des récentes déclarations de son président Jan Wörner en faveur un “village lunaire”. Elle n’est malheureusement pas “dans la course”.

Image à la Une : le rover Yutu-2 après qu’il ait parcouru quelques mètres sur le sol lunaire. Crédit CNSA.

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Index L’appel de Mars 07 01 19

Ultima Thulé

Ce 1er Janvier, à 06h33 du matin, après 13 années de voyage, la sonde New Horizons de la NASA a survolé un petit corps de la Ceinture de Kuiper, surnommé Ultima Thulé, à une distance de 3500 km et à une vitesse de 14,4 km/s (51.000 km/h). On en a découvert 10 heures après, la première image.

Le nom de Thulé donné par le géographe grec Pythéas à une île mythique perdue dans le Nord de l’Océan Atlantique, à six jours de navigation de l’île de Bretagne, évoque le froid, le lointain, l’inconnu. Ultima Thulé, superlatif créé au Moyen-Age, évoque donc un lieu encore plus froid, plus lointain, plus mythique. Le concept s’applique fort bien à ce rocher glacé identifié le 26 juin 2014 par le télescope Hubble et situé aujourd’hui à 43,28 UA (UA = Unité Astronomique = 150 millions de km) du Soleil (soit 6,84 milliards de km), contre 32,91 UA pour Pluton lors du survol (1,55 milliards de km de différence). On est au centre de cette Ceinture de Kuiper, composée de millions de petits corps glacés (KBO pour Kuiper Belt Objects) orbitant autour du Soleil (100.000, sans doute, de plus d’un km) et qui s’étend de 30 à 50 UA, mais ces petits corps sont quand même séparés par de grandes distances tant la bande dans laquelle ils circulent autour du Soleil est immense (plus de 40 milliards de km, parcourus en une année de 298 de nos ans terrestres par Ultima Thulé) et New Horizons n’en a croisé aucun depuis qu’elle a traversé le système de Pluton et a pénétré dans la Ceinture il y a trois ans et demi. Mais l’espace n’est évidemment pas vide et dans la région d’Ultima Thulé, la voûte céleste, parsemée d’autant d’étoiles que le ciel terrestre mais sans aucune pollution lumineuse, le Soleil n’apparaissant que comme la plus grosse d’entre elles, doit offrir un spectacle absolument magnifique.

NB : le « bestiaire » des objets transneptuniens est complexe. Pluton est situé dans la Ceinture de Kuiper (elle évolue entre 29,7 et 49.4 UA). Au-delà, on trouve les nuages de Oort, intérieur (entre 100 et 3.000 UA) et extérieur (entre 20.000 et 100.000 UA) ; la plus proche étoile, Proxima Centauri, se trouve à 270.000 UA (soit 4,24 années-lumière) ; navigant entre la « Ceinture » et les « Nuages », on a connaissance de quelques « objets-épars » dont les planètes naines Sedna, Eris (plus massive que Jupiter), Makemake, Haumea et, on espère découvrir peut-être, encore plus loin, l’hypothétique Planète-Neuf (périhélie 200 à 350 UA, aphélie 500 à 1200 UA).

Un objet lancé vers le ciel par Pythéas lorsqu’il avait une trentaine d’années (vers -350 avant J.C) et qui aurait acquis la vitesse actuelle de New Horizons, aurait parcouru quelques 7000 UA et aurait donc franchi le Nuage de Oort intérieur mais se trouverait encore très loin du Nuage de Oort extérieur. En explorant la Ceinture, on est donc aux limites de ce que permet la science astronautique actuelle.

L’objectif principal de New Horizons, lancée le 19 janvier 2006, était le survol de Pluton, qui a effectivement eu lieu le 14 juillet 2015. L’objectif secondaire pour « la suite » se posait dès le début puisqu’on savait qu’on allait traverser la Ceinture de Kuiper, mais il a fallu convenir au printemps 2014 qu’on ne parvenait pas à détecter quelque objet que ce soit susceptible d’être atteint dans la trajectoire de New Horizons ou à peu près dans celle-ci, compte tenu des disponibilités restantes en hydrazine pour l’infléchir. Aucun grand télescope terrestre (Keck ou Subaru, sollicités) ne voyait quoi que ce soit. Il est vrai que la magnitude apparente de ces astres est très faible puisqu’ils sont petits, se déplacent relativement lentement, ne génèrent aucune lumière et en réfléchissent très peu du Soleil très lointain. La magnitude limite perceptible par l’œil nu est de 6, celle perceptible par une paire de jumelle de 10, celle de Pluton de 13,7, celle perceptible par le télescope Hubble de 31. Les responsables de New Horizons demandèrent donc l’aide à ce dernier au printemps 2014. Hubble trouva effectivement très vite, dès juillet de la même année, deux possibilités intéressantes, PT1 (Possible Target 1) d’une magnitude de 26,8 et PT3 à peu près de même luminosité, et ce fut PT1 (2014 MU69 d’après sa date de découverte) qui allait devenir « Ultima Thulé », car il était plus proche que PT3 de la trajectoire et New Horizons et l’atteindre nécessitait une moindre correction (donc moins d’hydrazine).

Ultima Thulé intrigue, comme tout objet appartenant à un famille inconnue. Sur la première image, encore floue (voir titre), il apparaît de petite taille, une trentaine de km de bout en bout et d’une largeur maximum de 16 km, peut-être de faible cohésion, et d’une très faible luminosité (« rougeoyant »). Les objets de Kuiper (« transneptuniens ») auxquels on pense depuis 1930 (Frédérick Léonard), n’ont été théorisés qu’en 1980 (Julio Fernandez) et 1988 (Martin Duncan, Tom Quinn et surtout Scott Tremaine). La première découverte au télescope de l’un d’entre eux date de 1992. Il sont composés essentiellement de matière gelée (eau, azote, dioxyde de carbone, méthane et monoxyde de carbone) enrobant de la matière rocheuse (ce qui caractérise aussi Pluton). Ultima Thulé intéresse évidemment en raison de cette nouveauté et aussi parce qu’il est le témoin d’une époque de notre système solaire très ancienne où les éléments constitutifs de ce système étaient encore très peu transformés par le phénomène de concentration de masse sous effet de la force de gravité. En effet ces petits corps n’ont que très peu subi l’influence du Soleil, très lointain, et seulement indirectement, l’influence de Neptune lorsque celle-ci a été éjectée de sa position initiale entre elle-même et Saturne, ce qui les a repoussés encore plus loin du Soleil. Ultima Thulé est parmi eux un corps tout à fait représentatif, normal ou banal à tous points de vue, décrivant une orbite à peu près circulaire en quelques 298 ans (Pluton 288) soit à une vitesse moyenne de 4,45 km/s (à comparer aux 30 km/s de la Terre ou au 24 en moyenne de la Planète Mars).

Le passage a été rapide mais New Horizons (478 kg) est bien équipé. Les photos prises de Pluton le prouve et pourtant la distance était trois fois plus grande (10.000 km contre 3.500 km). Du fait de cette proximité on devrait obtenir plus de précision dans les détails (70 mètres par pixel au lieu de 183 pour Pluton). Les équipements (30 kg) comprennent une caméra opérant dans le visible et l’infrarouge ; un spectromètre imageur ultraviolet; une caméra avec téléobjectif (LORRI pour Long Range Reconnaissance Imager) ; deux spectromètres pour analyse chimique. Les données captées sont stockées et débloquées périodiquement mais l’envoi vers la Terre est difficile (antenne parabolique à grand gain de 210 cm de diamètre avec un faisceau d’émission radio de 0,3°, complétée par une antenne moyen gain avec un faisceau de 14°). Le débit ne peut être que de 2 kb/s. Il a fallu neuf mois pour transmettre les données recueillies sur Pluton. Dans les quelques secondes où cela était possible compte tenu de la vitesse de survol, quelques 900 clichés d’Ultima Thulé ont été pris (en tout, environ 7 gigabits de données) et il faudra également très longtemps (on parle de 20 mois) pour les décharger tous et recomposer les images mais in fine on devrait avoir quelque chose d’assez précis (et non seulement visuellement mais aussi en termes de composition chimique et physique).

A cette distance pas question d’utiliser l’énergie du soleil. L’énergie de la sonde provient donc d’un générateur thermoélectrique à radio-isotopes (RTG) produisant de l’électricité à partir de la chaleur résultant de la désintégration radioactive de 10,9 kg de dioxyde de plutonium 238 (238PuO2). Elle donne une puissance étonnamment basse de 200 W, qui suffit cependant au chauffage de la sonde (par ailleurs très bien isolée thermiquement) et au fonctionnement des instruments (28 W seulement !). A cela s’ajoute 77 kg d’hydrazine pour le contrôle de l’orientation et les corrections de trajectoire par 16 petits propulseurs (le tout compris dans les 478 kg). Sur ces 16 propulseurs, 4, chacun d’une poussée de 4,4 Newtons sont utilisables pour les corrections de trajectoires et 12, chacun d’une poussée de 0,8 Newton, pour modifier le pointage de la sonde (nécessaire pour la prise de photos ou la collecte de données puis pour leur transmission à la Terre).

La mission New Horizons n’a coûté que 700 millions de dollars. C’est la première du programme New Frontiers (moins de 1 milliards de dollars, pour les missions d’exploration du système solaire de coût intermédiaire), comme ensuite Juno (pour Jupiter) et OSIRIS-REX (pour l’astéroïde géocroiseur Benou). Son P.I. (responsable scientifique) est Alan Stern, membre du SwRI (Southwest Research Institute) et de l’APL (Applied Physics Laboratory) de l’Université John Hopkins (Maryland). Le projet a été sélectionné par la NASA en Novembre 2001.

Après Ultima Thule, New Horizons continuera évidemment son chemin, à la condition (probable) de ne pas heurter un obstacle et en transmettant probablement jusqu’en 2035 (épuisement probable du carburant et/ou du combustible nucléaire). La mission a déjà fait l’objet d’une première extension jusqu’en 2021 (à l’intérieur de laquelle nous nous trouvons).

https://www.space.com/42860-new-horizons-beyond-pluto-ultima-thule.html?utm_source=notification

https://www.nasa.gov/mission_pages/newhorizons/main/index.html

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

http://pluto.jhuapl.edu/Mission/Where-is-New-Horizons.php#Current-Position

Image à la Une: Première image d’Ultima Thulé reçue de la sonde New Horizons et transmise par la NASA au public le 1er janvier 2019. Elle doit être affinée avec les données qui vont être reçues au cours des prochains jours (faible débit de l’émetteur). L’illustration à droite indique le sens de rotation de l’objet. Crédit NASA/JHUAPL/SwRI/. Illustration explicative de James Tuttle Keane.

Image ci-dessous: orbite d’Ultima Thulé, crédit NASA.

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