Les dimensions de l’Univers sont à la fois inhumaines et merveilleuses. Nous devons « faire-avec » et entreprendre

Pierre Brisson 74 commentaires

Les dimensions spatio-temporelles de l’Univers sont proprement inhumaines. Il faut parcourir 380.000 km pour atteindre la Lune et certains disent que c’est loin. Ça l’est effectivement pour ceux qui « font toute une histoire » d’un voyage dans l’ISS qui orbite autour de la Terre entre 400 et 450 km d’altitude. Mais cette distance Terre-Lune n’est rien par rapport à celle qui nous sépare de Mars qui évolue de 56 à 400 millions de Km sur une période de 26 mois. A cette distance, le temps « montre le bout de son nez » et l’immédiateté dans les relations qu’on peut avoir d’une planète à l’autre « en prend un coup » puisqu’il faut de 3 à 22 minutes pour que la lumière, donc tout signal porté par les ondes électromagnétiques, puisse franchir la distance qui les sépare.

Après cela on change une première fois de « braquet » ; on ne mesure plus en km mais en unités astronomiques, UA, qui valent chacune 150 millions km, soit la distance qui nous sépare du Soleil. Neptune, la plus éloignée des huit planètes de notre système, évolue à 30 UA du Soleil, donc entre 29 et 31 de la Terre ce qui est pratiquement pareil. On est « à la porte » de la Ceinture de Kuiper, anneau constitué principalement d’astéroïdes mais aussi de quelques planètes naines et qui s’étend de 30 à 55 UA. Viennent ensuite, jusqu’à 150.000 à 200.000 UA, les Nuage de Oort interne puis externe qui enveloppe notre système comme un cocon.

A nouveau les nombres deviennent si énormes qu’on change une deuxième fois de braquet en passant insensiblement de l’UA à l’année lumière. Ce faisant, le temps prend de plus en plus d’importance dans l’évaluation de la distance puisque l’année-lumière l’exprime aussi bien que l’étendue parcourue. Aux confins du système solaire nous sommes à quelques 2,3 années-lumière et encore « chez nous », alors que ce tout petit nombre représente, selon le terme utilisé pour le premier braquet, plus de 21.000 milliards de km.

Notre étoile actuellement voisine (tout change et elle ne le restera que quelques 3.3000 ans), Proxima-Centauri, évolue à quelques 4,25 années-lumière (269.400 UA) du Soleil ou de la Terre (ce qui est pratiquement pareil à cette distance). Et il faudrait 77.000 ans à la vitesse de Voyager-1 soit 16,6 km/s (3,5 UA par an) pour l’atteindre, 7.700 ans pour la Sonde Parker qui est l’objet le plus rapide (150 km/s) jamais construit par l’homme (du fait qu’il bénéficie de l’accélération gravitationnelle résultant de ses trajets entre le Soleil et Vénus) ou « seulement » 20 ans en voyageant à la vitesse fantastique (et relativiste) de 20% de la vitesse de la lumière (projet Breakthrough Starshot)…ce qui est actuellement exclu pour les masses importantes (Breakthrough Starshot n’envisage d’envoyer qu’une flotte de sondes de chacune 2 grammes, propulsées par une forêt de rayons laser ultrapuissants, 100 GW, pendant dix minutes).

Notre Soleil, étoile naine-jaune ordinaire, fonce à quelques 230 km/s autour du Centre galactique dont elle fera le tour en 250 millions d’années car nous sommes à quelques 28.000 années lumières de ce Centre, au milieu du rayon du disque dont le diamètre est de l’ordre de 100.000 années-lumière. 28.000 ans, à peu près une « Grande-année » zodiacale, cela fait beaucoup par rapport à l’histoire de l’homme puisque cette lumière émise par les étoiles du Centre galactique que nous percevons aujourd’hui, en est partie alors qu’Homo sapiens arrivé vers -40.000 ans en Europe venait, il y a 35.000 ans, de remplacer Homo Neanderthalensis sur son sol. Mais il n’utilisait ses outils de pierre que de façon encore très primitive puisque nous étions toujours dans le paléolithique et que le Mésolithique ne devait commencer que quelques 16.000 ans après. La durée de l’année galactique est encore plus impressionnante. Il y a 250 millions d’années, la Terre venait de sortir du Permien (ère Paléozoïque) et entrait dans le Trias (ère Mésozoïque) à l’aube de l’apparition des dinosaures, après que la vie ait subi une de ses plus sévères extinctions (96% des espèces ayant disparu).

Donc il ne faut pas rêver, avec une durée de vie active possible de moins de 100 ans, l’homme ne peut concevoir d’aller physiquement plus loin dans l’espace qu’une douzaine d’année lumière. Et s’il le fait, ce sera au prix d’une vitesse « relativiste » qui le coupera de la société dont il est issu car ceux qui partiraient, reviendraient sensiblement plus jeunes que lorsqu’ils seraient partis et ce, d’autant plus que leur vitesse serait élevée et la distance importante. A ces échelles en effet, le temps lui aussi n’est plus une donnée intangible puisqu’il est sensible à la vitesse et à la masse. Si nos progrès technologiques le permettent, il y aura peut-être des aventuriers intrépides qui accepteront la rupture totale et définitive avec leur passé mais ils seront sans doute peu nombreux (à moins d’être les derniers terriens à pouvoir quitter une Terre devenue inhabitable, thème de nombreux livres de science-fiction) et la distance qu’ils pourront parcourir sera de toute façon limitée par la capacité d’emport de masse de leur vaisseau (cette masse comprenant aussi bien leurs ressources utilisables pour leur support vie, que la source d’énergie alimentant leurs moteurs nucléaires ou la masse de ces moteurs et des boucliers protecteurs de radiations).

Et pourtant nous sommes encore « chez nous », dans « notre » galaxie. Si l’on en sort par la pensée ou par l’astronomie, on va encore changer de braquet et mesurer les distances en millions d’années-lumière. Il en faudra 2 pour parvenir à la Galaxie d’Andromède, la jumelle de notre Voie lactée, cœur avec elle de notre groupe local. Il en faudra environ 50,2 millions, ou 15,39 mégaparsec* (c’est-à-dire 15,39 fois 206265 UA), pour parvenir à la galaxie elliptique supergéante Messier 87, au centre de l’Amas de la Vierge, lui-même au centre du Superamas de la Vierge dont notre Groupe-local de galaxies fait partie.

*le mégaparsec, « Mpc » est égal au rayon d’un cercle dont l’arc soutenu par un angle au centre d’une seconde d’arc, mesure exactement une UA.

Et l’on peut continuer ainsi par sauts successifs, dans des lointains de plus en plus lointains et des passés de plus en plus anciens, passant des dizaines de millions d’années aux centaines de millions puis aux milliards et arrivant enfin, à 13,8* milliards d’années moins 380.000, à ce mur aujourd’hui infranchissable du Fond-diffus-cosmologique source de la Première-lumière qui est aussi la « Surface-de-dernière-diffusion » à l’intérieur de laquelle la pression et la chaleur de l’Univers étaient telles que, prisonniers du plasma primordial, les photons ne pouvaient qu’interagir avec les électrons (« diffusion Thomson »).

*devenus aujourd’hui 45 milliards du fait de l’expansion de l’Univers.

Mais si la force de la pensée, appuyée par l’observation peut nous conduire jusque-là, jamais nous ne verrons ces rives fabuleusement lointaines, jamais nous ne verrons non plus « aujourd’hui » les étoiles et les planètes qui du même âge que le Soleil ou la Terre, sont situées à des distances relativement proches mais dont l’image est déjà dans notre passé lointain du fait que leur lumière ne chemine qu’à la vitesse relativement faible au regard de l’échelle, de 300.000 km/s.

Alors ?

Vous le ressentez surement comme moi, dans cet environnement immense nous ne sommes relativement que d’infimes particules dont la durée de vie n’atteint pas celle d’un éphémère après éclosion et vous savez que nous ne sommes pratiquement jamais sortis du tout petit point d’espace où nous sommes nés. Mais nous sommes des particules conscientes, capables de « faire » et sensibles. Nous observons, nous calculons, nous constatons, nous comparons, nous progressons dans la connaissance, nous nous étonnons, nous admirons, nous nous racontons des histoires et nous rêvons. Grâce à ces propriétés et cette orientation psychologique, nous concevons, nous fabriquons et construisons, couche après couche, savoir sur savoir, nous progressons et notre emprise sur le monde s’élargit. Il ne s’agit toujours que de notre environnement proche (l’astronautique) ou de quelques lumières provenant du lointain et du passé (l’astronomie) mais nous allons toujours plus loin dans notre compréhension sinon dans notre maîtrise du monde et si nous nous retournons vers notre passé d’êtres humains, infime nombre d’années au regard de l’histoire de l’Univers ou de notre monde, nous pouvons être fiers de nos accomplissements, des traces de pas visibles derrière nous et de l’étendue parcourue, même si nous ne parvenons toujours pas à nous éloigner de la plage ou viennent s’écraser les vagues de l’Océan sans limites apparentes et les étoiles qui s’y reflètent et nous appellent de toute éternité.

Gardons la tête froide, n’ayons pas peur comme Pascal ou d’autres, de ce fait inhibés, et assumons nos responsabilités d’hommes vivants, sans désespérer : ménageons la viabilité de la Terre et faisons ce que nous pouvons faire au-delà, installons-nous sur Mars. Peut-être nos descendants iront-ils plus loin mais en allant sur cette planète toute proche, nous leur en donnerons intellectuellement la possibilité.

Illustration de titre :

Le « Hubble Ultra Deep Field 2014 » (« Champ Ultra Profond de Hubble 2014 ») ou « HUDF », est un composé de différentes photos prises entre 2003 et 2012 avec les caméras « Advanced Camera for Surveys » et « Wide Field Camera 3 » (dernier instrument fixé sur Hubble en 2009). Une mise à jour en a été faite en ultraviolet en 2014. Image Credit: NASA/ESA. La taille apparente du HUDF est celle d’un carré de 200 secondes d’arc (pour comparaison le diamètre apparent de Mars au plus proche de la Terre est de 13,9 secondes d’arcs). C’est un « trou » sans étoiles dans notre environnement (hémisphère Sud, Constellation du Fourneau) qui nous permet d’accéder aux galaxies lointaines sans en être empêchés par la barrière visuelle des étoiles ou galaxies proches. Les lumières les plus rouges ont été émises quelques 800 millions d’années après le Big-bang ; notre Soleil n’est né que plus de 9 milliards d’années après, il y a 4,6 milliards d’années!

Illustration ci-dessous, Cratère Gale, en route vers le Mont Sharp, à droite le Mont Rafael Navarro, photo Perseverance, crédit NASA. Mars, notre voisine, dont les paysages sont presque familiers, est notre seconde Terre. Elle nous attend.

En ce premier août, je souhaite à tous mes amis Suisses, une bonne Fête Nationale!

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Index L’appel de Mars 21 07 25

Mais qu’y a-t-il à l’intérieur de Mars ?

Pierre Brisson 3 commentaires

Le sismomètre SEIS de la sonde InSIGHT est opérationnel sur le sol de Mars depuis février 2019. Suffisamment de données ont été recueillies et analysées aujourd’hui* pour préciser nos connaissances de la planète tant en ce qui concerne son activité interne que sa structure. Ce que nous constatons n’est pas tout à fait ce que nous attendions. Nous en saurons bien entendu davantage après la fin de la mission étendue du 6 Novembre 2020 à la fin de 2022. C’est déjà un plaisir de lire ces premières publications.

*articles dans la revue américaine Science du 23 juillet (voir liens ci-dessous).

D’abord il faut dire qu’il est difficile d’étudier l’intérieur d’une planète avec un seul capteur. Sur Terre on dispose de sismomètres en de nombreux points de la surface ce qui permet de faire des triangulations rapides, précises et couvrant l’ensemble du volume du globe. Sur Mars, à partir de l’unique sismomètre SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure) de la sonde InSight (INterior exploration using Seismic Investigation, Geodesy and Heat Transport) de la NASA, il faut « ruser ». Les concepteurs ont voulu pallier cette difficulté sans toutefois pouvoir la surmonter totalement, en utilisant les ondes de surface de type Rayleigh (déformations verticales) ou Love (déformations longitudinales), en même temps que les ondes volumétriques (en profondeur) de type « P » (compression/extension) ou « S » (cisaillement). La coordination des différents renseignements obtenus permet énormément de déductions passionnantes.

Ensuite il faut admirer l’appareil qui a été déposé sur Mars. Il est d’une sensibilité extrême, de 0,1 à 1000 mouvements par seconde, on dit « VBB » (Very Broad Band), grâce à deux appareils complémentaires un pour les basses fréquences (< 1 Hz) et l’autre pour les hautes fréquences (> 1 Hz). La sensibilité a justifié qu’on protège les appareils avec une précaution extraordinaire pour limiter au maximum le « bruit » de l’environnement, y compris les effets du vent sur le site où s’est posé InSIGHT, sans y parvenir tout à fait autant qu’on l’aurait voulu.

L’intérêt accessoire mais non négligeable de la veille sismologique c’est qu’elle peut nous informer sur la fréquence et la masse des impacts météoritiques. C’est important pour les projets d’implantation de base habitée sur Mars. Compte tenu de la faible atmosphère de Mars, ces impacts ne constituent théoriquement pas un risque aussi faible que sur Terre car un petit astéroïde qui sera brûlé dans l’atmosphère de la Terre, descendra jusqu’au sol de Mars et les astéroïdes sont d’autant plus nombreux que la masse considérée est faible. Il y en a donc beaucoup plus qui parviennent jusqu’au sol de Mars que sur Terre.

Ce qu’on a appris

Sur les signaux d’abord. Il y a beaucoup de mouvements (plus de 1000 enregistrés sur deux ans), mais ils sont très faibles, tous moins de 4 sur l’échelle de Richter (d’où les possibles interférences de bruit) ; sur Terre on a assez souvent des séismes de 6 ou 7. Ils sont aussi surtout de haute fréquence (> 1 Hz) comme ceux d’un corps rigide. On pouvait le prévoir sur Mars mais pas à ce point car on ne se doutait pas d’autres particularités de la structure interne (voir plus loin) qui accentuent la faiblesse de l’élasticité. Ensuite ces séismes proviennent presque tous de craquements de l’écorce de la planète ; seuls une dizaine sont originaires du manteau avec des caractéristiques comparables à nos événements tectoniques, ce qui semble indiquer une faiblesse de la vie interne que l’on pouvait aussi prévoir. Ensuite la multiplicité des failles parcourant l’écorce crée des phénomènes de résonnances complexes qui brouillent les messages. Enfin le fait que nous ne disposions que d’un seul capteur, empêche de bien percevoir les ondes « S » occultées naturellement par le noyau qui, de plus, est plus volumineux que prévu.

Sur la structure de la planète ensuite. L’écorce n’est pas aussi épaisse qu’on le pensait (entre 20 et 39 km, en deux ou trois couches) mais elle est beaucoup (13 à 21 fois) plus riche en éléments radioactifs (thorium 232, potassium 40, Uranium 238) donc calorifères, que le manteau sous-jacent. Cela est déduit de l’épaisseur mais peut être aussi porteur d’informations sur la période du bombardement météoritique ayant suivi l’accrétion. Entre la croûte et le manteau, une très importante lithosphère, rigide du fait de l’absence de plaques tectoniques, s’étend sur quelques 400 km d’épaisseur, contribuant à bloquer les mouvements de la croûte au-dessus et à écraser l’asthénosphère en-dessous (région ductile sous la lithosphère, permettant son déplacement sur le manteau). Sous la lithosphère, le manteau est relativement peu épais et ses mouvements de convection, sont lents. L’épaisseur de la lithosphère, sa rigidité et la faiblesse des mouvements convectifs du manteau expliquent que le volcanisme a beaucoup de mal à s’exprimer et que lorsqu’il le fait, les laves soient très liquides. Par ailleurs l’absence de tectonique des plaques favorise la réutilisation des mêmes cheminements et donc la formation d’énormes volcans que d’ailleurs nous constatons. Le manteau enveloppe un noyau très gros et peu dense, sans doute parce que le fer et les sidérophiles qui le constituent, manquent de pureté, intégrant dans leur partie la plus haute une proportion notable de souffre. On l’atteint après seulement 1560 km de profondeur (noyau de 1869 km de diamètre), ce qui est dans les prévisions hautes faites avant, d’après la précession de la rotation de la planète sur son orbite. On l’estimait à une distance d’au moins 1700 km. Le rayon de la planète est de 3389 km; sur ce rayon, les 1869 km de rayon du noyau sont donc dans un rapport de 55%. Pour la Terre, ses 3485 km de rayon de noyau le sont dans un rapport de 45%. La faible densité du noyau et la faible épaisseur du manteau résultent en ce que la compression des roches n’a pu permettre la constitution d’une couche de bridgmanite comme sur Terre. La bridgmanite est une pérovskite silicatée qui « chez nous » est le principal minéral du manteau inférieur et constitue 38% de nos roches. La pression nécessaire pour l’obtenir s’élève à 20 gigapascals, niveau qui à l’évidence n’a pu être atteint à l’intérieur de Mars (dont la masse, rappelons le, ne fait que le 1/10ème de la masse de la Terre). La bridgmanite aurait permis une limite plus nette avec le noyau et facilité les mouvements de convection, donc le volcanisme ; son absence est donc un facteur négatif pour la vie de la planète. Comme évoqué ci-dessus, l’importance du volume du noyau constitue un écran plus important que prévu aux ondes sismiques S. De ce fait SEIS, malheureusement, obtient des informations moins précises sur les phénomènes qui se produisent dans la région du socle de Tharsis (là où le volcanisme a été le plus actif) qui est située dans la zone d’ombre du noyau.

Il apparaît que la magnétisation au niveau de la croûte de la planète a été quelques 10 fois supérieure à ce qu’on avait cru déduire des observations depuis les orbiteurs. Il est donc vraisemblable qu’au début de son existence, pendant son refroidissement et jusqu’à une évolution selon une pente beaucoup plus douce, le noyau ait créé par ses mouvements convectifs internes, un fort effet dynamo. Ce champ devait être aussi puissant que celui de la Terre aujourd’hui, et devait générer un champ magnétique global permettant d’entretenir autour de la planète l’équivalent de nos Ceintures de Van Allen. Cette configuration a bien entendu facilité le maintien d’une atmosphère relativement épaisse et donc de l’eau liquide. Mais très tôt, sans doute vers -4 milliards d’années, compte tenu de la faiblesse de la masse de la planète, de la densité du noyau et de son refroidissement rapide, l’effet dynamo s’est arrêté. A noter que l’on ne sait toujours pas si à l’intérieur du noyau externe, toujours liquide, il y a un noyau interne solide (« graine »).

Tout cela n’est pas vraiment surprenant. Mars n’est pas notre belle planète bleue et ne le sera jamais. Mais l’on voit sur Terre que la vie s’insinue comme l’eau liquide, partout où cela est possible. Mars reste ainsi, malgré ses limites, un support sur lequel grâce à nos technologies, la vie humaine doit être possible un jour, en dépit de ce que pensent et disent les sceptiques et les timorés qui reculent devant le défi. La vie, apportée par les hommes, se répandra à la surface de Mars même si la densité d’occupation restera probablement toujours faible. Ce sera notre premier pas vers les étoiles.

illustration de titre: l’intérieur de Mars, crédit SEIS (InSIGHT).

Notes:

Le sismomètre SEIS (30 kg de masse au total) a été conçu et réalisé par le CNES (Centre National de la Recherche Scientifique, l’agence spatiale française) avec des éléments d’Allemagne, de Suisse, du Royaume-Uni et des Etats-Unis. C’est le CNES qui a assuré la maîtrise d’œuvre de l’expérience et Philippe Laudet, de cette institution, qui en est le chef de projet. Le responsable scientifique (PI pour Principal Investigator) en est Philippe Lognonné (Université Paris-Diderot et Institut de Physique du Globe de Paris, « IPGP »).

la participation suisse est importante : (1) c’est l’Aerospace Electronics and Instruments Laboratory (AEIL) de l’institut de Géophysique de l’EPFZ qui a développé l’électronique d’acquisition des données et de commande du sismomètre ; (2) ce sont les spécialistes du Service sismologique suisse (SED) de cette même EPFZ qui analysent les données pour élaborer un catalogue de sismicité martienne.

Liens :

SEIS : https://www.seis-insight.eu/fr/public/sismologie-planetaire/les-ondes-sismiques

Références:

Sciences Magazine du 23 juillet 2021. Vol 373, n° 6553. sciencemag.org. 4 articles dont 3 de recherche et 1 de présentation générale:

Upper Mantle structure of Mars Insight seismic data, par Amir Khan et al.

Thickness and structure of the Martian crust from InSIGHT seismic data, par Brigitte Knapmeyer-Endrun et al.

Seismic detection of the Martian core, par Simon C. Stälher et al.

The interior of Mars revealed (in “perspectives”), par Sanne Cottaar et Paula Koelemeijer.

PS: excellent article de Philippe Lognonné (concepteur du sismographe SEIS), publié par le CNRS le 25/07/2021…et découvert le 12/08/2021! Regardez en particulier les illustrations qui vous feront bien comprendre la structure de la planète telle qu’on la connait aujourd’hui, ainsi que les limitations résultant de l’étude par un seul capteur, ce sismographe SEIS (qui est, malgrè ces limitations, un instrument d’une intelligence et d’une sensibilité extraordinaires):

“Anatomie martienne: après seuelement deux ans de surveillance sismique, la structure interne de la planète rouge révélée“.

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Index L’appel de Mars 21 07 25

Le droit aux voyages spatiaux est aujourd’hui passé dans le domaine public

Pierre Brisson 50 commentaires

Après un voyage de 12 minutes qui les a hissés jusqu’à 107 km d’altitude, Jeff Bezos et ses 3 compagnons sont revenus se poser sains et saufs sur la base de Van Horn à l’Ouest du Texas.

C’était un beau vol, bien dans l’esprit créatif, optimiste et entrainant des Américains « de toujours », comme je les aime. Cela console du spectacle lamentable des actions négatives, pessimistes et destructrices du mouvement woke et assimilés, d’autres Américains que je n’aime pas du tout. Il était très émouvant de voir ensemble les deux frères Bezos, Wally Funk qui toute sa vie avait rêvé d’aller dans l’espace et qui a été invitée in extremis à le faire, ainsi que le jeune Oliver Daemen,18 ans auquel son père, Joes, PDG et fondateur du hedgefund Somerset Capitol Partners, a offert le voyage.

Cet événement m’est sympathique à plusieurs titres. D’abord les deux frères Bezos ont eu le courage de faire partie du premier vol habité de la fusée (voulue et financée par l’ainé, Jeff). C’est l’attitude responsable de personnes qui assument les risques qu’elles proposent à d’autres de prendre. Ensuite le cadeau fait par Jeff Bezos à cette femme, Wally, qui aurait mérité cent fois d’être une véritable astronaute si les années 1970 n’avaient été si machistes aux Etats-Unis, est un bel hommage réparateur. Encore le cadeau d’un père à son fils qui est passionné par l’espace depuis qu’il est « tout petit » (même s’il n’est toujours pas très vieux !) est un magnifique geste d’amour paternel. Enfin prendre ensemble à bord la personne la plus âgée et la personne la plus jeune qui aient jamais volé et dont la somme des années atteint 100 ans, soit en km l’altitude qu’il fallait franchir, est un très beau symbole pour le départ d’une nouvelle aventure.

Car ce petit vol de rien du tout (un peu mieux que celui de Richard Branson tout de même), un tout petit saut de puce jusqu’à la porte de l’espace, est bel et bien le début d’une grande aventure, celle du vrai tourisme spatial. Il ne s’agit plus désormais d’avoir « quelque chose à faire » dans l’espace, au titre de spécialiste, scientifique ou ingénieur, pour avoir la possibilité de le faire, mais simplement d’en avoir envie et de pouvoir se le payer ou se le faire payer. Certes quelques rares touristes sont déjà allés dans l’espace à titre privé puisqu’on en compte 7 qui ont séjourné dans l’ISS à côté de quelques personnalités comme Bill Nelson le nouvel administrateur de la NASA. Mais ces touristes étaient admis par exception dans un milieu qui a priori n’était pas conçu pour eux, comme d’autres civils peuvent être admis par exception à séjourner sur un navire militaire. Ce qui est nouveau aujourd’hui c’est qu’un vrai tourisme s’annonce en dehors des cadres institutionnels, une affaire privée comme une autre.

On ne pourra plus arrêter ce mouvement porté par l’opinion. Il y a des centaines de candidats sur liste d’attente, aussi bien chez Virgin Galactic que chez Blue Origin. Bientôt (je suis confiant !) une fusée plus puissante, la New Glenn, lancera sur orbite (et non plus sous-orbite) des « civils » clients de Blue Origin. Dès septembre de cette année, Elon Musk, qui a techniquement de l’avance sur ses concurrents car il dispose déjà du lanceur Falcon et de la capsule Dragon, offrira un « tour du monde en 90 minutes » à quatre clients. Ensuite « nous » irons plus loin. Comme l’a dit Jeff lors de la conférence de presse après vol, « Next stop on the Moon, Wally » ou encore « Big things start small ». Le droit à l’espace pour tous est aujourd’hui confirmé et cela permet d’anticiper que le tourisme pourra être une source essentielle pour atteindre la profitabilité des bases sur la Lune et sur Mars. De ce fait les implantations humaines sur ces astres pourront mener à bien pour des coûts raisonnables toutes sortes de missions scientifiques d’intérêt général.

A l’attention des grincheux écolos qui liraient ce blog, je signale que le lanceur New Shepard brûle de l’hydrogène dans l’oxygène et rejette donc…de l’eau (a priori propre !).

Illustration de titre : capture d’écran de l’atterrissage de New Shepard Crew Capsule.

A noter qu’au cours de ce vol la capsule a été propulsé activement jusqu’à 190000 pieds (57,91 km), zéro g a été atteint à 231400 pieds (70,53 km) et l’altitude maximum atteinte a été de 351210 pieds (107 km).

Lien : https://www.blueorigin.com/

Pour plus de détails sur la limite de Kerman et le tourisme spatial voir mon article précédent (du samedi 17 juillet):

Le tourisme spatial c’est la réduction du coût de l’accès à l’espace, y compris pour l’exploration

Le tourisme spatial c’est la réduction du coût de l’accès à l’espace, y compris pour l’exploration

Pierre Brisson 75 commentaires

Le tourisme spatial est sorti de la science-fiction pour devenir une possibilité tangible. Comme on pouvait s’y attendre, ce sont les grands capitalistes anglo-saxons qui sont en train de l’offrir au public. Précisément les deux en lice sont Jeff Bezos avec Blue Origin et Richard Branson avec Virgin Galactic mais Elon Musk est derrière, on ne peut pas dire dans l’ombre car Elon aime la lumière. Il travaille et développe l’outil qui risque bientôt d’écraser ses concurrents. Notons tout de suite qu’il « joue » dans une autre catégorie. Ce tourisme spatial, au-delà de l’anecdote, et quel que soit celui qui l’offre ou ses modalités, est porteur d’un puissant soutien à l’industrie, donc à l’exploration spatiale, donc à la sortie de l’homme de son cocon terrestre.

Mais attention, actuellement le tourisme spatial est encore un grand mot pour désigner une toute petite chose. Il s’agit pour les deux sociétés en première ligne, de monter des passagers en altitude jusqu’à dépasser la « ligne de Karman », définie assez approximativement par le physicien magyar-américain Theodor von Karman (décédé en 1963) pour signaler le passage entre la région où l’atmosphère permet un contrôle aérodynamique des aéronefs et celle où sa raréfaction ne le permet plus. La limite entre les deux reste floue encore aujourd’hui ! Von Karman lui-même a hésité entre 83,6 km (1ère proposition) et 100 km (2nde proposition) pour des raisons purement mnémotechniques). Aux Etats Unis l’US Air Force l’a fixée à 50 miles (80,45 km) alors que la NASA a adopté les 100 km…jusqu’en 2005 pour redescendre à 50 miles pour s’aligner sur l’USAF. La Fédération Aéronautique Internationale, elle, a retenu et maintenu la recommandation de Karman pour les 100 km. A noter que cette ligne ne signifie pas grand-chose à notre époque car une autre limite est certainement beaucoup plus significative, celle à partir de laquelle les satellites peuvent parcourir une orbite complète sans propulsion (car en-dessous ils sont freinés par l’atmosphère résiduelle de la Terre). Cette altitude est de 150 km. Pour compléter les éléments de comparaison, je rappellerais que les avions de ligne volent entre 11 et 13 km d’altitude où ils profitent pleinement de la portance atmosphérique à la vitesse à laquelle ils se déplacent (légèrement en dessous de la vitesse du son). La Station Spatiale Internationale (ISS) évolue aux environs de 400 km et la lune orbite autour de la Terre à 380.000 km.

Le saut de puce que vient d’effectuer Richard Branson le dimanche 11 juillet au-dessus de la ligne des 50 miles (il est monté à 53,55 miles, soit 86,19 km) n’est donc qu’une microscopique pénétration dans l’espace et cela même peut lui être contesté (comme n’a pas manqué de le faire son rival Jeff Bezos) puisqu’il est resté bien en dessous des 100 km. Jeff Bezos, lui, veut atteindre 105 km ce mardi 20 juillet.

Les vecteurs sont différents selon les compagnies. Pour Blue Origin et pour SpaceX (pour le moment) c’est une capsule, « New Shepard Crew Capsule » (« NSCC ») pour le premier, « Dragon » pour le second ; elles sont propulsées dans l’espace par un lanceur et le retour se fait sous parachute(s). Pour Virgin Galactic, c’est l’avion-fusée, « SpaceShip Two », rebaptisé pour l’occasion « VSS Unity », qui part, déjà « en l’air », à partir d’un avion gros porteur à double fuselage « White Knight Two » qui le lâche à une altitude « normale » (environ 15.000 mètres), avant qu’il accélère à la verticale pour atteindre son plafond d’où il redescend en planant.

Avec l’avion-fusée VSS Unity, il n’y a aucune chance de pouvoir atteindre l’orbite minimale de 150 km. Ce qui n’est pas le cas de la NSCC de Blue Origin ni bien sûr de la capsule Dragon de SpaceX propulsée par le lanceur Falcon 9. Pour la NSCC il suffirait de « booster » un peu les moteurs de la fusée New Shepard (sans oublier d’incliner sa trajectoire vers l’orbite) et cela viendra. Pour SpaceX, cela fait longtemps que la société a une capacité de lancement bien supérieure au minimum nécessaire, puisque ses Falcon et Dragon desservent l’ISS. Les passagers du VSS Unity (il parait que 600 se sont près-inscrits) ou du NSCC ne pourront donc profiter que d’une expérience très brève puisque le séjour à 50 miles pas plus que le séjour à 105 km ne sont « tenables ». Ce n’est, à première vue, que « faire un petit tour et puis s’en aller » comme on le chante aux enfants.

Alors quel est l’intérêt ? Personnellement, pour moi, aucun, mais certains grands enfants aimeront « jouer à l’astronaute » (aux Etats-Unis on peut même recevoir un « diplôme » reconnaissant cette pseudo-qualité !), ressentir le grand frisson de l’accélération pour monter en orbite, en étant soumis à une accélération allant jusqu’à 3g, flotter en apesanteur (un peu plus de 4 minutes, peut-être 6, car après avoir atteint la vitesse requise, juste avant la « ligne », la propulsion s’arrête, donc l’accélération aussi, et le vaisseau continue un peu sur sa lancée avant de redescendre et de recommencer à accélérer puisqu’il est attiré par la masse de la Terre), admirer le ciel noir incrusté de ses étoiles aussi bien qu’on peut les voir en allant beaucoup plus loin dans le véritable espace, admirer la courbure de la Terre, peut-être avoir le sentiment de faire partie des « happy-fews » qui peuvent se payer le voyage et passer « un bon moment » ensemble.

Pour les passagers de SpaceX, l’aventure sera différente car la capsule sera véritablement mise sur orbite, à 500 km d’altitude, et y volera pendant une orbite entière. Ils auront donc le temps d’admirer la Terre ; ce sera « le tour du monde en 90 minutes ». Le premier vol, « Inspiration4 » est prévu pour le 15 septembre. Mais, au-delà, SpaceX a des projets beaucoup plus ambitieux, comme vous le verrez ci-dessous.

Le prix de ces vols est forcément très élevé puisqu’il y a eu de lourds investissements et que c’est un loisir nouveau dans des avions/vaisseaux qui sont encore des prototypes. Très peu de places sont offertes, 6 maximum par vol. On ne sait pas jusqu’où le marché va se développer et on a très peu de capacité d’emport. Les primes d’assurances passagers doivent être très élevées et l’amortissement doit commencer aussi tôt que possible. Le prix annoncé par Richard Branson aux passagers qui se sont préinscrits est de 250.000 dollars. Avec ce montant il ne couvre pas ses frais, ce n’est que l’ouverture d’un marché. On annonce 28 millions de dollars pour le premier passager payant de Blue Origin (montant résultant d’une enchère). C’est beaucoup, moins qu’un séjour dans l’ISS qui coûte environ 50 millions mais la prestation est quand même très inférieure, ne serait-ce que dans la durée. A noter que ce premier revenu sera largement affecté à inciter/encourager les jeunes à s’orienter vers une carrière dans les “STEM” (voir en fin d’article).

Si la demande répond à l’offre, il y aura économies d’échelle (les mêmes lanceurs et vaisseaux servant plusieurs fois et le nombre de vols augmentant), ce qui permettra aux sociétés de réduire leur coût par passager puis, du moins elles l’espèrent, dégager une marge (Virgin Galactic) ou baisser leur prix unitaire (Blue Origin et SpaceX) ce qui leur donnera accès à un segment de marché plus important. Car il faut avoir des clients. La réponse du marché à la proposition de Virgin Galactic sera une bonne indication pour Jeff Bezos et dans une certaine mesure pour SpaceX puisque 200.000 dollars est l’objectif visé pour un vol vers Mars. Les partisans des vols spatiaux au long cours ne doivent donc pas se moquer de ces petits sauts de puce pour juste sortir la tête hors de l’atmosphère. En effet ceux-ci peuvent être vus comme un produit d’appel pour ceux-là, un « teasing », pour vendre plus. Et puis, si « ça marche », ils pourront apporter de l’argent aux sociétés qui veulent offrir ces destinations plus lointaines.

Elon Musk a une approche différente de Richard Branson et Jeff Bezos. Même s’il a l’intention de faire faire quelques vols orbitaux avec passagers civils à sa capsule, il ne cherche pas, à ce stade, à exploiter le « goût pour l’espace » du public en acceptant de perdre de l’argent. Ses prix resteront très élevés (55 millions par passager pour le vol Inspiration4 de Septembre financé par le milliardaire et pilote Jared Isaacman). Il peut se le permettre car ses prétendus concurrents ne le sont en fait pas vraiment. En même temps il raisonne économiquement et il sait que ce ne sont pas les seuls voyages vers Mars qui vont permettre au Starship d’atteindre son point mort puis la rentabilité. On ne peut partir pour Mars que tous les 26 mois. Même si pendant la fenêtre de tirs qui dure un mois, on envoie alors une dizaine de vaisseaux, cela ne fait pas beaucoup. Pour résoudre ce problème, dès que le Starship fonctionnera il le proposera pour toute une gamme de services. Donc il laissera « tomber » les capsules Dragon (si l’on peut dire) pour le Starship. Il a déjà un contrat pour desservir la Lune à partir de la station spatiale orbitale relai « Lunar Gateway » dans le cadre du programme Artemis. Il veut exploiter dès que possible des lignes de transport planétaires longues distances telles que Londres-Sydney ou New-York-Singapour (en une heure maximum !). Son projet est que le Starship deviennent un mode de transport universel, c’est le seul moyen de faire baisser les coûts d’un voyage vers Mars autant qu’il le souhaite. Et on peut concevoir que sur le plan du tourisme, il desserve des hôtels de l’espace, orbitant très loin au-dessus de la Terre, tels qu’en a conçus Robert Bigelow (propriétaire de la chaine d’hôtels Budget Suites of America et fondateur de Bigelow Aerospace). Ces hôtels seraient constitués de modules ayant une capacité de 1000 à 3000 mètres cubes. On peut même penser (rêver ?) à de gros satellites comme le double tore géant de 2001 Odyssée de l’Espace de plus de 100 mètres de rayon, présentant évidemment l’avantage du volume et du confort. Ce serait un magnifique centre de loisirs (et je m’y rendrais volontiers) !

Le tourisme spatial est donc indissociable de l’aventure économique dans laquelle se sont lancés les poids lourds du capitalisme américain. Il va servir psychologiquement et financièrement la diffusion de l’humanité dans l’espace bien au-delà de l’orbite terrestre. Et ceux qui condamnent les excentricités coûteuses de personnes ultra-riches ont tort, mais probablement ne considèrent-ils pas non plus d’un bon œil la suite de l’aventure humaine loin de la Terre. Ce qu’ils ne voient pas c’est que si la recherche de l’intérêt économique n’est pas la pratique d’une morale, en fin de compte elle peut être profitable à tous. Elle peut l’être non seulement pour ceux qui veulent « aller plus loin » ; elle le sera aussi pour les ingénieurs et les ouvriers qui ont construit les premiers vaisseaux et qui vont développer des flottes ; elle le sera pour l’Etat qui va pouvoir prélever des taxes (je suis certain qu’il y pensera sans qu’on le lui souffle) ; elle le sera pour l’évolution des technologies car c’est en faisant fonctionner les nouvelles machines qu’on voit leurs faiblesses et qu’on peut les améliorer. Enfin, il ne faut pas oublier que pour l’instant, tout dollar dépensé pour l’espace et un revenu pour des Terriens sur Terre. Lorsque des hommes s’installeront durablement en dehors de la Terre, sur Mars, ce ne sera plus tout à fait pareil mais ces hommes constitueront alors un nouveau centre de création, de production et de consommation de produits dont beaucoup seront toujours…terrestres.

NB : Les « premiers » vols touristiques de ce mois de juillet ne sont pas réellement les premiers car il y a déjà eu quelques séjours touristiques, une dizaine, organisés par les Russes, à commencer par celui de Denis Tito en 2001 pour aller passer une semaine dans l’ISS. Mais on voit bien que ces séjours ne sont pas du même ordre, de même que ne le seront toujours pas les tours du monde en 90 minutes d’Inspiration4.

Illustration de titre : intérieur de la capsule de Blue Origin (New Shepard Crew Capsule), crédit Blue Origin

Illustration ci-dessous: intérieur du VSS Unity. crédit Virgin Galactic:

Liens :

https://www.blueorigin.com/

https://www.virgingalactic.com/

https://www.spacex.com/human-spaceflight/earth/index.html

https://fr.wikipedia.org/wiki/Ligne_de_K%C3%A1rm%C3%A1n

lien vers le reportage de CNBC : https://www.cbsnews.com/news/richard-branson-virgin-galactic-space-launch/

A noter une très importante nouvelle pour la famille des Mars Society.

Blue Origin a décidé, ce 14 juillet, d’utiliser 19 des 28 millions provenant de la vente aux enchères de son premier siège touriste, au profit de 19 “charitable organizations”. L’objet est d’encourager les jeunes générations à poursuivre une carrière en Sciences, Technologie, Engineering, Mathématique (“STEM”), orientée “life in Space”.

La Mars Society américaine figure parmi les bénéficiaires. Elle va donc pouvoir disposer, comme les autres, d’un million de dollars pour mener cette action.

Le renforcement de l’association américaine ne peut être que très bénéfique pour notre cause de l’homme sur Mars. Merci donc “un million de fois” à Jeff Bezos!

lien vers la déclaration de Blue Origin: https://www.blueorigin.com/news-archive/club-for-the-future-selects-19-charities

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Index L’appel de Mars 21 06 25

Les cavernes, une richesse pour Mars, un retour vers notre passé et la perspective d’un recommencement possible

Pierre Brisson 12 commentaires

Des sites d’étude passionnants et des abris naturels essentiels s’offrent aux premiers hommes qui partiront pour Mars, ses cavernes. C’est peut-être là qu’on trouvera les plus intéressants des indices exobiologiques que l’on cherche et en tout cas les abris les plus efficaces et les plus faciles à utiliser par les premiers hommes. Pour les deux, elles présentent en effet l’avantage d’être bien protégées des radiations et de pouvoir abriter plus d’eau concentrée sous forme de glace, qu’en surface. Les cavités souterraines présentent de plus, pour ce qui est des habitats, la possibilité d’être beaucoup plus volumineuses que sur Terre.

En 2009, pour la 40ème « Lunar & Planetary Science Conference », Nathalie Cabrol a dirigé une étude sur la « Détection des cavernes et la géologie génératrice de cavernes sur Mars ». Cette étude est la base de toute réflexion sur le sujet.

Deux types principaux de cavernes sont possibles : les tunnels de lave et les cavités creusées par des écoulements d’eau dans des sols boueux, impliquant éventuellement un volcanisme de boue. La différence essentielle entre ces types est évidemment la consistance de la roche « hôte », les milieux volcaniques offrant des parois beaucoup plus résistantes que les roches sédimentaires. Une autre différence est la localisation. Les tunnels de lave se trouvant davantage sur les flancs des volcans, en altitude (socle de Tharsis), dans un environnement d’atmosphère plus ténue (ce n’est pas indifférent pour l’occupation humaine). Enfin l’action de l’eau dans les sols boueux semble a priori plus favorable à l’évolution biotique et à la conservation des traces. En dehors de ces trois types, on trouve des gouffres résultant de failles tectoniques. A noter qu’étant donnée l’histoire très particulière du calcaire sur Terre, liée à une certaine forme de vie, il n’y a pas de formation purement karstique sur Mars. Cependant la géologie est souvent complexe et il existe des tunnels et cavernes qui résultent de la conjonction de différents facteurs. Je veux parler de Hebrus Vallis et Hephaestus Fossae. Ce sont évidemment les plus intéressants.

Avant de les décrire, il convient de définir différents phénomènes.

Les tunnels de lave sont formés par des coulées sur les flancs des cônes volcaniques, visqueuses avec un taux de liquidité plus ou moins prononcé (plus dans le cas de Mars, comme dans les îles hawaïennes). Le flux prend la forme de coulées, plus chaude à l’intérieur et moins sur les bords exposés à l’environnement plus froid. Cette différence définit des murs, un sol et une voûte. Lorsque la coulée cesse d’être alimentée par l’éruption, pourvu qu’elle puisse se déverser « quelque part », elle se vide et laisse une cavité en forme de galerie.

Les zones de boue sont le résultat de flux cataclysmiques provenant des hauteurs environnantes. Suffisamment liquides, elles s’étalent en nappes. Elles stagnent ensuite dans les zones d’altitudes basses où elles ont été accueillies (cuvettes) si elles ne peuvent être dissoutes et dissipées dans une étendue d’eau suffisante pour leur masse (Chryse planitia et sud d’Acidalia planitia à l’embouchure de Valles Marineris). L’accumulation des boues si elle est suffisamment épaisse produit un gradient de températures qui favorise l’évacuation des couches souterraines plus chaudes vers la surface où elles s’écoulent par des cheminées de pseudo-volcans (« volcans de boue »), d’autant plus que l’intérieur de la planète est chaud, donc que la croute est mince par rapport au magma du manteau.

Le pergélisol est le sol gelé riche en eau (les boues ci-dessus) qui résulte des températures particulièrement froides, circumpolaires sur Terre et omniprésentes en surface de Mars.

Il s’est produit dans les régions voisines de Hebrus Vallis et Hephaestus Fossae, centrées sur 15°N, entre le volcan Elysium Mons (24°N, au Nord-Est) et les hautes-terres du Sud (plus ou moins à l’équateur), un phénomène complexe qui associe le volcanisme magmatique, ayant des effets dans le pergélisol, avec le volcanisme de boue, et qui a créé des tunnels et cavernes étendus qui pourraient s’avérer extrêmement intéressants et utiles.

Dans le creux situé entre les deux élévations, la couche superficielle du sol formée par les alluvions qui en proviennent, était gelée (pergélisol), avec en profondeur, dans un environnement plus chaud, car plus proche du sous-sol volcanique, un aquifère. Avec le temps, 1) la pression de l’eau chauffée produisit des fractures dans le pergélisol, ce qui conduisit à du volcanisme de boue ; 2) l’aquifère s’assécha ainsi que les passages d’eau qui s’étaient formés dans les fractures du pergélisol ; 3) une intrusion de magma souterrain (« dike ») provoqua une fonte sévère du pergélisol qui s’écoula dans des vallées de débâcle ; 4) les flux furent captés par les cavernes asséchées qui les évacuèrent par les failles précédemment formées. Il en résulte aujourd’hui des réseaux de débâcle asséchés aux tracés particuliers. Les parcours de leurs vallées montrent des ruptures de débit (largeur et profondeur des vallées) extrêmement marquées et subites, signalant la présence de gouffres sous-jacents. On déduit aussi, à la vue des alignements de puits d’effondrement y donnant accès, le parcours de longs cheminements souterrains.

Sous le sol de ces deux sites voisins il y a donc en prolongement de vallées sèches dans un environnement où l’eau a séjourné longtemps, des cavernes profondes et/ou très allongées comme des tunnels, formant réseaux, les unes étant accessibles par les autres avec des accès intermittents en surface.

Réseaux de Hebrus Vallis à droite et Hesperaeus Fossae à gauche (“panel c” de l’illustration en fin d’article), les lignes jaunes indiquent les chenaux parcourant le sous-sol proche, in Infiltration of Martian outflow channel floodwaters into lowland cavernous systems (voir ref. ci-dessous)

Regardons maintenant ces cavités de plus près, quelle que soit leur origine, théoriquement puisqu’aucune n’a encore été explorée.

Pour des roches de même nature, la porosité du sol martien est très nettement inférieure à celle du sol terrestre en raison d’une gravité beaucoup plus faible (1 à 5% à 3 ou 4 km sur Terre, même pourcentage à -10 km sur Mars). En conséquence on peut espérer trouver des cavernes sur Mars jusqu’à -5 km contre -2 km sur Terre (les profondeurs peuvent être supérieures si les cavernes sont emplies d’eau (comme sous notre calotte Antarctique, à – 4 km). Et les volumes de ces cavernes pourraient être 4 fois plus importants (1,63) que sur Terre avec des plafonds d’une portée de 60% supérieure (la largeur stable possible d’une caverne augmente selon l’inverse de la racine carrée de l’accélération gravitationnelle). Petit problème, si l’on choisit d’habiter dans une caverne, il faut que l’accès n’en soit pas trop difficile. On peut difficilement imaginer qu’il faille prendre un ascenseur (ou un escalier !) à chaque fois qu’on voudrait sortir !

Les températures du sol martien sont très froides car la planète s’est refroidie très vite en raison d’une masse beaucoup plus petite que celle de la Terre (1/10ème). La croute est donc aujourd’hui beaucoup plus épaisse que celle de la Terre (pour Mars, 10 à 100 km, maximum sous Tharsis ; pour la Terre, 6 sous les Océans, 30 sous les continents, 70 sous les grandes chaines de montagnes) et le gradient des températures a une pente très « raide » (15 K par km, au début) ce qui fait qu’il faut plusieurs km à partir de la température de la surface du sol (215 K en moyenne) pour arriver à un point ou l’eau peut être liquide (en fonction aussi de la pression qui augmente). La température maximum pour la vie, estimée à 120°C, est atteinte sur Terre à -3 ou 4 km. Sur Mars elle se situerait plutôt vers -30 km (mais bien sûr cela varie en fonction de l’épaisseur de de la croûte puisque le manteau sous-jacent est beaucoup plus chaud que la croûte). A partir de la surface à l’équateur, l’eau pourrait être liquide vers – 4,7 km si elle est très saumâtre et vers – 8 km pour de l’eau douce. Quand on remonte vers la surface la température se refroidit.  Et au niveau où l’on trouve des cavernes (la plupart étant probablement quand même à moins des 5 km ci-dessus mentionnés) la différence avec la température de surface sera très réduite. La seule chose remarquable est que le sol étant thermiquement beaucoup plus inerte que l’atmosphère, il ne connait pas l’amplitude des variations journalière ou saisonnière de la surface. On estime donc qu’en moyenne, à quelques deux mètres de leur ouverture, les cavernes non éclairées auraient la température moyenne de surface (215 K précités). Le point de givrage de l’eau est, lui, autour de 200 K (rappelons que 273,15K = 0°C).

Dans ces conditions, une caractéristique jusqu’à présent non étudiée et qui vient de l’être sur le plan théorique (décembre 2020 par Norbert Schörghofer), est celle de la glace d’eau dans ces cavernes. Il semble que les parois de très nombreuses cavernes martiennes puissent être recouvertes de glace du fait d’une sursaturation en humidité (même si l’atmosphère comprend très peu de vapeur d’eau, celle-ci se condense en glace avec le froid). Compte tenu du mouvement de l’atmosphère, il y aurait déchargement de glace d’eau au contact des parois plus froides. Par sublimation inverse, les cristaux de glace recouvriraient les parois (plutôt le haut et le plafond que le bas). Le processus serait très lent (pour ordre d’idée, 1 cm d’épaisseur après une période de 2000 ans) puisque la quantité d’eau est faible mais ces cavernes sont très anciennes (plusieurs millions d’années) et donc la couche de glace pourrait être assez épaisse. A noter qu’il ne devrait y avoir ni stalagmite, ni stalactite puisque l’eau ne peut être sous forme liquide (pas de « goutte à goutte » !) mais que le sol pourrait être jonché de plaques de glace détachées de la voute (du fait de leur poids). Imaginez les recherches planétologiques et exobiologiques que l’on pourrait faire dans cet environnement et (après étude !) l’utilisation que pourrait faire un établissement humain de la glace (étant donné que les volumes pourraient être très limités puisqu’il y aurait un recyclage intensif de l’eau utilisée) !

Ainsi les premiers hommes sur Mars auraient toutes les raisons pour s’établir dans les cavernes, comme leurs prédécesseurs très lointains lorsqu’ils voulurent se protéger des animaux et des rigueurs du climat terrestre. Retournement de situation qui donne à penser et à espérer puisque nous pouvons anticiper un développement aussi prodigieux pour nos descendant que celui qui s’est étendu depuis nos ancêtres jusqu’à nous.

Illustration de titre : Gouffre « Jeanne », photo HiRISE (2007), High Resolution Imaging Science Experiment, caméra embarquée à bord de l’orbiteur MRO. Le gouffre est situé au Nord-Est d’Arsia Mons, un des volcans dominant le socle de Tharsis. Crédit NASA.

Illustration ci-dessous: vues des lits asséchés des écoulements d’eau dans la région d’Hebrus Vallis. On voit nettement les ruptures de débit impliquant des gouffres et des prolongations souterraines des écoulements (outre, bien sûr, les lits à découvert, creusés dans la boue), in Infiltration of Martian outflow channel floodwaters into lowland cavernous systems (voir ref. ci-dessous)

Illustration ci-dessous: une caverne intéressante dont la photo a été prise par la caméra HiRISE (NASA) à bord de l’orbiteur MRO. Elle est située près du volcan Arsia Mons. Comme vous le voyez on accède à la partie souterraine par une pente douce qui pourrait être accessible aux véhicules. Il conviendrait évidemment d’explorer l’intérieur de la caverne avant d’entreprendre de s’y installer. NB: cette photo est reprise dans l’étude ci-après : G.E. Cushing – Candidate cave entrances on Mars. Journal of Cave and Karst Studies, v. 74, no. 1, p. 33–47. DOI: 10.4311/
2010EX0167R

Références, liens :

https://mars.nasa.gov/resources/21879/hebrus-valles/

Lava tubes on Earth, Moon and Mars: A review on their size and morphology revealed by comparative planetology par Francesco Sauro, Riccardo Pozzobon, Matteo Massironi, Pierluigi De Berardinis, Tommaso Santagata, Jo De Waele.  Earth-Science Reviews, 2020; 103288 DOI: 10.1016/j.earscirev.2020.103288

Geological evidence of planet-wide groundwater system on Mars, par F. Salese et al. 2019 : https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2018JE005802

Detection of cave and cave bearing geology on Mars. Nathalie Cabrol et al. 2009: Cabrol 2009 1040.pdf

Modern geothermal gradients on Mars and implications for subsurface liquids. N. Hoffman, Earth Sciences, La Trobe University, Melbourne 3086, 2001 : https://www.lpi.usra.edu/meetings/geomars2001/pdf/7044.pdf

Infiltration of Martian outflow channel floodwaters into lowland cavernous systems J. Alexis, P. Rodriguez et al. https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2012GL053225

Ice caves on Mars, Hoarfrost and microclimates. Norbert Schörghofer, 9 decembre 2020 : https://www.researchgate.net/publication/347951956_Ice_caves_on_Mars_Hoarfrost_and_microclimates

Evidence for pervasive mud volcanism in Acidalia Planitia, Mars, Dorothy Oehler, 2010: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0019103510001405

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Index L’appel de Mars 21 06 25

 

Après le succès du SN15, Elon Musk veut passer très vite aux tests de mise en orbite du Starship

Pierre Brisson 20 commentaires

Elon Musk est un homme pressé (et nous aussi). Il veut aller sur Mars (et nous aussi) et il ne perd pas de temps. Le test d’altitude SN15 a été un succès et sans attendre il prépare maintenant les tests de mise en orbite de son Starship. Cela implique outre les SN (Serial Number), prototypes pour le vaisseau, les BN (Booster Number) qui sont des prototypes du lanceur (« booster ») SuperHeavy. Il a demandé un accord de la FAA (Federal Aviation Administration) pour utiliser sa base de Boca Chica, nommée désormais « Starbase » *, pour des lancements à partir du 1er juillet de cette année 2021 et a déposé le 13 mai dernier un dossier exposant son programme auprès de la FCC (Federal Communications Commission) pour avoir le droit d’utiliser un système de télécommunication pour équiper son SN pendant ce premier vol longue distance (« experimental orbital demo and recovery test of the Starship test vehicle »).

* Boca Chica se trouve à l’extrême Sud du Texas, sur le bord du Golfe du Mexique et à la frontière de l’état du Mexique.

Voyons d’abord d’où il part.

Comme chacun s’en souviendra, le 6 mai de cette année, le SN15 a atterri, sans exploser, après avoir fait des essais en altitude (ce n’était que le cinquième) : ascension jusqu’à 10 km à l’aide de ses trois moteurs raptors atmosphérique, vol à l’horizontal avec manœuvres utilisant les plans canard (petits ailerons mobiles à l’avant) et les ailerons, extinction puis réignition des moteurs, atterrissage. Il y a eu un petit incendie après l’atterrissage à la base du SN (vidange d’un moteur ?) mais il a été rapidement maitrisé. Autre imperfection dans le vol, le fait que le SN soit revenu au sol avec seulement deux moteurs en fonction, le troisième ne s’étant pas rallumé.

La suite.

Apparemment la défaillance du troisième moteur n’a pas été considérée comme un problème méritant un nouvel essai car non seulement le SN15 a été retiré de l’aire de lancement et relégué au « rocket-jardin » (espace d’exposition) le 14 mai mais il a été décidé que l’on passait à l’étape suivante (« phase 3 »), c’est-à-dire la mise en orbite (à au moins 250 km d’altitude) suivi d’un petit vol orbital. La société a demandé une autorisation à la FAA (Federal Aviation Administration) pour pouvoir le faire dès ce mois de juillet*. Il pourrait toutefois y avoir un vol d’altitude préparatoire qui utiliserait le SN16 et qui serait un test de vitesse hypersonique que la structure des SN n’a pas encore approché. Le SN16 a été retiré du pas de tir pour être préparé à ce nouvel objectif (il aurait été utilisé comme le SN15 pour un vol d’altitude si ce dernier avait échoué). Quant au SN17 qui devait être la répétition des SN précédents au cas où ils auraient échoué, il a été conduit dans l’espace où les structures non utilisées ou qui ne sont plus utilisables, sont démantelées, exprimant ainsi clairement l’intention de SpaceX de ne pas s’éterniser sur les vols en altitude basse.

*à ce jour la FAA n’a pas encore donné son autorisation car certains écologistes extrémistes américains sont intervenus auprès d’elle après avoir exprimé leurs craintes pour la population des ocelots qui habitent la région de Boca Chica. Ils n’avaient apparemment pas été particulièrement dérangés par les lancements précédents de SpaceX (il est vrai effectués avec des poussées moins fortes) mais cette intervention est bien dans les habitudes des écologistes extrémistes, américains aussi bien qu’européens, de mettre des bâtons dans les roues de tout projet ayant un impact sur l’environnement et considéré par eux comme inutiles ! Dans ce domaine, il y a toujours un déséquilibre avantages / inconvénients à considérer mais le démarrage du programme Starship devrait être « sanctuarisé » (et la suite également puisque c’est la survie de l’humanité qui peut être en question).

Parallèlement le Starship est préparé pour la mise en orbite. Cette fois, le SN (ce sera le numéro 20) sera placé au-dessus d’un BN (ce sera le numéro 2, nouveau nom du « 3 ») puisqu’il faut un lanceur pour donner au vaisseau la vitesse requise. La vitesse de satellisation (minimum pour la Terre, 7,9 km/s soit 28440 km/h) n’est en effet acquise qu’au prix d’une double impulsion. La première se fera au niveau du lanceur pendant seulement 169 secondes, et une fois les ergols du BN presque totalement épuisés (il faut en garder un peu pour le retour sur Terre !), le SN prendra le relai, avec ses trois moteurs raptor adaptés au vide (qui s’ajouteront aux trois moteurs atmosphériques), pendant 591 secondes. Mais, 2 secondes après l’arrêt de ses moteurs, la masse du lanceur (340 tonnes à vide, avec enveloppe, réservoirs et moteurs), aura été détachée du vaisseau et sera repartie se poser sur Terre (en fait, en principe, sur une barge à 32 km au large des côtes, 495 secondes après le lancement). Car bien entendu le lanceur doit être réutilisable en application du grand principe innovateur de SpaceX de récupération/réutilisation (pour le coup parfaitement écologique).

Déjà, sur le site de Boca Chica, les équipes de TP et les ingénieurs s’affairent. L’ensemble du Starship atteindra la hauteur impressionnante de 120 mètres (50 mètres de SN plus 70 mètres de BN). La tour de lancement, encore plus haute, (450 pieds soit 137 mètres) et les réservoirs d’approvisionnement en ergols, Méthane, Oxygène et Azote (ce sont des coques de SN, munies chacune d’un seul réservoir au lieu de deux et elles sont enveloppées d’une isolation) sont construits en même temps en toute hâte (la tour a reçu son 5ème module, sur 8, à mi-juin). Tour et réservoirs d’approvisionnement font partie de ce que SpaceX appelle le GSE (Ground Support Equipment). Il est prévu que « plus tard » la même tour de lancement soit équipée d’une sorte de pince géante, pour saisir les lanceurs à leur retour sur Terre. En même temps les ingénieurs et ouvriers rehaussent le socle de la table de lancement du pas de tirs (plus haut que pour les Falcons) et produisent une nouvelle table (elle-même plus large).

Il faut dire que le test portera avant tout sur le BN. Il doit faire fonctionner en même temps ses 29 moteurs raptor, ce qui n’a jamais été fait et comporte une probabilité de disfonctionnement élevée (cas où le fonctionnement d’un des moteurs perturbe celui de ses voisins). Cependant il faut noter que SpaceX a déjà fait voler le lanceur de son Falcon Heavy avec trois batteries de 9 moteurs (trois vols, avec succès depuis février 2018, 7 vols prévus jusqu’en 2024). C’était des moteurs Merlin, moins puissants que le Raptor et il n’étaient pas ensemble dans le même propulseur mais dans trois séries côtes à côtes. Une seule simulation sera faite au sol pour la poussée simultanée des moteurs (en l’occurrence 9) sur autant de pistons, avec une section de BN arrimée, le BN2.1. Il est prêt à être mis à feu.

Si la mise en orbite réussit, le SN partira vers l’Est au-dessus du Golfe du Mexique et se posera autant que possible en douceur (pour des raisons de sécurité), après seulement 90 minutes de vol, à 100 km à l’Ouest de Kauai, la plus occidentale des iles Hawaïennes. Le vol bénéficiera du concours des autorités américaines (FCC, US Air Force, NASA et FAA). L’atterrissage se fera avec utilisation des moteurs pour rétropropulsion ce qui implique que ce ne sera pas une rentrée incontrôlée dans l’atmosphère mais déjà une préparation à l’atterrissage pour récupération. Il n’est pas prévu que ce premier SN orbital soit récupéré mais il y aura suffisamment de capteurs à bord pour savoir « tout ce qu’il faut » sur son comportement pendant tout le test.

Il faut dire que la NASA compte beaucoup sur la faisabilité de ce Starship puisqu’il est devenu contractuellement un des éléments de son programme « Artemis » de retour sur la Lune (segment entre l’orbiteur lunaire, le « Lunar Gateway », et la surface de la Lune). A noter que le Starship lunaire, nommé « HLS » (Human Landing System), n’aura ni bouclier thermique ni dispositif d’utilisation du flux d’air (ailerons et plans canards) puisqu’il ne sera utilisable que dans l’espace sans atmosphère (c’est plus simple !). Comme on le sait, le choix de SpaceX par la NASA a été contesté par ses rivaux mais le HLS présente tellement d’avantages de performances et de coût, qu’il sera très probablement confirmé.

Par son caractère entier et passionné, Elon Musk me fait de plus en plus penser aux héros du livre « De la Terre à la Lune » de Jules Verne. Nous vivons aujourd’hui ce que la science-fiction nous faisait entrevoir hier (1865). Le tir du « projectile » de Michel Ardan a été un plein succès (dans l’imagination de Jules Verne) puisqu’il a tourné autour de la Lune ! La différence entre romanciers et ingénieurs c’est que ces derniers doivent être beaucoup plus précis que les premiers car eux doivent faire voler de vrais vaisseaux spatiaux. A noter que le « projectile » était en aluminium et non en acier, que le départ se faisait à Cap Canaveral et qu’Elon Musk est tout à la fois, Michel Ardan et Impey Barbicane, capitaliste et ingénieur. Par ailleurs l’ingénieure en chef d’Elon Musk est une femme, Gwynne Shotwell et elle est aussi une « businesswoman » puisqu’elle est directrice de SpaceX. Comme quoi les temps ont changé !

illustration de titre: Le Starship s’élançant vers l’orbite terrestre. Crédit SpaceX (vue d’artiste!).

Liens :

https://www.youtube.com/watch?v=fBa3V3WkMs0

https://www.youtube.com/watch?v=hL1aqlXJJSs

https://spacenews.com/spacex-outlines-first-orbital-starship-test-flight/

https://www.faa.gov/space/stakeholder_engagement/spacex_starship/

https://www.faa.gov/space/stakeholder_engagement/spacex_starship/media/SpaceX_Starship_Super_Heavy_Boca_Chica_Scoping_Summary_Report.pdf

https://interestingengineering.com/elon-musk-spacex-starship-sn16-hypersonic-flight

https://www.cnbc.com/2021/05/13/spacex-first-orbital-starship-rocket-flight-plan-revealed.html

Article de mon « collègue » Eric Bottlaender sur Clubic (15/06/2021) qui m’a alerté sur le sujet:

https://www.clubic.com/spacex/actualite-374829-starship-apres-les-sauts-spacex-se-prepare-pour-l-orbite.html

Eric est ingénieur ENSISA (Ecole Nationale Supérieure d’Ingénieurs de Sud Alsace), spécialisé en mécatronique, robotique et automation. Il a notamment travaillé comme ingénieur R&D chez ISL (Institut franco-allemand de recherche de Saint-Louis), chez Global Sensing Technologies (Dijon) puis chez Xamen technologies (Pau). Co-auteur d’un livre avec Pierre-François Mouriaux, journaliste à Air & Cosmos (« de Gagarine à Thomas Pesquet), il se présente comme « space writer » (et il est aussi « en recherche d’emploi »). Voir son site : https://twitter.com/Bottlaeric?ref_src=twsrc%5Egoogle%7Ctwcamp%5Eserp%7Ctwgr%5Eauthor

Illustration ci-dessous: le BN2 sur le point d’être tracté en dehors de son hangar d’assemblage. Notez bien qu’il fait 70 mètres de hauteur!). Photo, crédit SpaceX.

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Index L’appel de Mars 21 06 25

Le BioPod d’Interstellar Lab peut nourrir plus d’êtres humains avec un impact moindre sur l’environnement

Pierre Brisson 26 commentaires

Je passe aujourd’hui la parole à Barbara Belvisi fondatrice et CEO d’Interstellar lab, une entreprise américano-française qui veut préparer l’implantation de l’homme sur Mars dans le domaine du support vie, par la recherche et l’expérimentation sur Terre. Une première réalisation, le BioPod, créé par toute une équipe de spécialistes, doit permettre à l’homme de se nourrir avec un maximum d’efficacité et un maximum d’économie. Cela peut aussi servir sur Terre. Cela veut dire encore que la solution à nos problèmes environnementaux n’est pas la décroissance mais une croissance intelligente, respectueuse et consciente de son impact sur l’environnement. 

BioPod fermé. Crédit Interstellar Lab. Admirez la pureté et l’élégance du volume et des lignes (conçu avec Dassault Systèmes).

Traduction du texte publié le 14 mai 2021 par Interstellar-lab sur son site Internet sous le titre « Interstellar Lab’s BioPod reduces climate impacts of farming & preserves biodiversity in critical ecosystems » (des précisions obtenues par l’interview de Barbara Belvisi suivent cette traduction):

Un quart des émissions de gaz à effet de serre provient de l’utilisation de méthodes agricoles traditionnelles inefficaces. Le changement climatique lui-même conduit à une détérioration du rendement des cultures et même à une diminution de leurs qualités nutritionnelles, obligeant les agriculteurs à se tourner vers une utilisation accrue des engrais, ce qui est une cause de pollution, et pour compenser, à accentuer la déforestation.

Ce cercle vicieux non seulement augmente le taux de réchauffement climatique mais il entraîne aussi la destruction d’habitat d’innombrables espèces animales et de plantes menacées d’extinction, y compris de plantes aromatiques comme la vanille et autres utilisées dans les parfums et les cosmétiques. Il est angoissant de constater que dans la liste-rouge de l’UICN* la destruction de l’environnement est considérée comme la principale menace pour 85% des espèces menacées. Le monde a besoin de toute urgence d’une solution qui puisse casser ce cycle et résoudre le plus grand nombre possible de ces problèmes.

* L’Union internationale pour la conservation de la nature

Le BioPod est la solution d’agriculture durable proposée par Interstellar-Lab

Interstellar Lab veut accélérer la transition vers des solutions de régénération environnementale sur Terre en créant des systèmes intégrés hautement efficaces, de production alimentaire et de recyclage de l’eau et des déchets.

C’est avec cet objectif en vue que nous avons conçu le BioPod, un système de serre à la pointe de la technologie, utilisant l’aéroponie. Le BioPod est composé d’un dôme porté par la pression atmosphérique interne, avec des systèmes automatisés de traitement de l’atmosphère, de l’eau, de l’éclairage et du dosage des nutriments. Sa fonction est de faire pousser des plantes en utilisant le moins possible d’eau, de nutriments et d’espace. Le climat intérieur du BioPod est entièrement contrôlé et protégé des contaminants extérieurs tels que les insectes nuisibles ou la pollution, ce qui permet de produire des aliments de la plus haute qualité dans n’importe quel environnement.

L’agriculture conventionnelle a des effets secondaires importants sur l’environnement : l’utilisation élevée et inefficace de l’eau, la consommation de grandes quantités d’engrais, la dégradation des sols et le besoin de vastes étendues de terres sur lesquelles faire pousser les cultures.

Le BioPod réduit efficacement la consommation d’eau, de plus de 98%

Les deux tiers de l’eau douce mondiale actuellement disponible sont utilisés dans l’agriculture et les estimations pour 2050 prévoient une augmentation de 15% de sa consommation. Le mois dernier, nous avons lancé un outil de précision pour la planification de l’agriculture que nous appelons Crop Selector1. Pour l’analyse qui suit, nous l’avons utilisé pour recommander un plan d’agriculture qui réponde aux besoins nutritionnels d’une personne pour une année. En nous référant aux données d’un article de recherche fondateur, sur l’impact climatique de l’agriculture2, nous avons constaté que l’agriculture conventionnelle avait besoin de 337.000 litres d’eau pour obtenir les produits recommandés.

Grâce à notre système en boucle fermée équipé d’une tour d’aéroponie, un BioPod produit les mêmes cultures dans les mêmes quantités pour une fraction seulement de cette quantité d’eau : 5.040 litres. Pour atteindre ce résultat, nous nous assurons que chaque goutte d’eau est utilisée par nos plantes et que rien n’est gaspillé. Nous recyclons même l’humidité de l’air et la renvoyons aux racines de ces plantes. En outre, BioPod contient des unités de désinfection par UV, un système d’ajustement de pH et des réservoirs de nutriments pour assurer la qualité de l’eau.

De plus, le BioPod peut réduire l’impact des cultures en croissance sur la rareté de l’eau. Dans les régions sèches où l’eau est limitée, comme les déserts, notre serre à haut rendement peut avoir un effet multiplicateur positif qui profite aux aquifères et aux écosystèmes locaux.

Le BioPod traite les impacts environnementaux des méthodes agricoles traditionnelles

Bien que le BioPod n’occupe qu’un espace de 54 mètres carrés, il peut produire en un an autant de produits qu’une ferme conventionnelle de près de 260 hectares. Une étude de la NASA3 sur les systèmes aéroponiques les a comparés à la culture hydroponique et aux alternatives agricoles traditionnelles. Elle a conclu qu’un système d’aéroponie standard réduit le coût de la main-d’œuvre, l’utilisation d’engrais de 60%, l’utilisation de pesticides et d’herbicides de 100%, consomme 98% moins d’eau et maximise jusqu’à 75% le rendement des plantes.

En combinant des technologies d’agriculture sous serre éprouvées telles que les systèmes de dosage de nutriments et l’éclairage LED avec des innovations en aéroponie de gestion intelligente des cultures, des systèmes de contrôle climatique et des matériaux isolants infusés d’aérogel, le BioPod est en mesure d’atteindre une efficacité et un rendement de récoltes sans précédent.

On peut installer 99 BioPods sur un terrain de football et cultiver l’équivalent de 260 hectares de terres agricoles. C’est près de 5 Manhattans!

Normalement, la terre est soustraite de l’écosystème naturel et transformée afin de produire de la nourriture pour les hommes. Ce procédé génère l’équivalent de 250 kg de CO2 par an et par personne, pour un régime végétalien. En revanche, en n’occupant que 54 m2, un BioPod redonne de la terre à l’écosystème naturel et produit la même nourriture tout en réduisant jusqu’à 98,4% les émissions de CO2. Ce faisant, un seul BioPod peut réduire considérablement la pression d’expansion exercée sur les habitats naturels entourant les fermes, en diminuant la quantité de terres et d’engrais nécessaires pour faire pousser les cultures. Ce changement n’a pas d’externalité négative. BioPod travaille pour aider à préserver la biodiversité sur Terre.

Le BioPod est un outil efficace pour cultiver et protéger les espèces végétales menacées

Selon une étude récente de Nielsen Massey, environ 80% de la vanille mondiale est produite à Madagascar, un endroit aux conditions climatiques parfaites pour la culture de la fleur du vanillier. Cependant, les plantes sont constamment exposées aux catastrophes naturelles ou causées par l’homme. En 2017, près d’un tiers de la récolte de l’île a été endommagée par la tempête tropicale Enawo. Le changement climatique, les troubles sociaux politiques internes et une agriculture inefficace mettent en jeu l’avenir de la culture de la vanille.

De nombreuses régions du monde se réchauffent et les scientifiques pensent que la sélection transgénique pourrait conduire à des améliorations de la résistance à la chaleur pour certaines cultures, mais d’autres, comme celle des pommes de terre, risquent de connaître une baisse de la production en raison de la hausse des températures. Le déploiement de BioPods dans de telles régions pourrait être un moyen de garantir qu’une partie des cultures soit à l’abri d’un changement climatique.

BioPod peut également être utilisé pour préserver les plantes en dehors de leurs habitats naturels. En conséquence, nous travaillons activement avec les banques de gènes et les jardins botaniques pour protéger la biodiversité agricole et les espèces sauvages apparentées aux espèces cultivées.

Notre mission

Chez Interstellar Lab, nous relevons les défis immédiats qui se posent ici sur Terre : le changement climatique, la protection de la biodiversité, l’agriculture durable et la gestion responsable des ressources.

Le développement du BioPod n’est que la première étape d’une mission plus large que nous voulons assumer pour aider les hommes à vivre en harmonie avec tout environnement dans lequel ils choisiront de vivre, à la fois ici sur Terre et dans d’autres mondes de notre voisinage solaire.

Titre original de Barbara Belvisi : « Interstellar Lab’s BioPod reduces climate impacts of farming & preserves biodiversity in critical ecosystems » (Le BioPod d’Interstellar Lab peut réduire les impacts climatiques de l’agriculture et préserver la biodiversité dans les écosystèmes critiques).

J’ajoute ci-après quelques précisions après des échanges que j’ai eu avec Barbara Belvisi :

1) Pierre Brisson (PB) : Comment tient la structure du Supernova BioPod (gonflage de l’enveloppe ou pressurisation du volume intérieur) ?

Barbara Belvisi (BB) : C’est une structure gonflable qui s’autoporte grâce à une surpression à l’intérieur du dôme.  La membrane est elle-aussi gonflée d’air ce qui crée des coussins d’air qui renforcent l’isolation thermique. 

2) PB : Le toit est-il mobile pour recouvrir une partie variable de la surface intérieure ?

BB : Sur cette première version du BioPod, la membrane n’est pas mobile une fois installée. Mais lors de sa fabrication nous pouvons ajuster la partie translucide et la partie transparente en fonction des objectifs de captation de lumière du soleil.

3) PB : Les plantes poussent-elles dans des bacs ?

BB : Les plantes poussent soit dans des systèmes d’aéroponie à haute pression soit dans des bacs composés de substrats non-organiques avec un système d’irrigation goutte-à-goutte et de brumisation ultrafine.

4) PB : La composition atmosphérique en gaz carbonique est-elle contrôlée et éventuellement un peu forcée et jusqu’à quel niveau ? Cela dépend-il des cultures ?

BB : l’atmosphère à l’intérieur du BioPod est totalement contrôlée : les niveaux de CO2 sont boostés jusqu’à 2000 ppm en fonction des besoins des plantes et de leur cycle de croissance. Tout est entièrement automatisée : dès que nos algorithmes de prédiction nous indiquent qu’il faut monter les niveaux de CO2, le CO2 « scrubber » s’active et vient aspirer le CO2 de l’atmosphère ambiant à l’extérieur du BioPod, pour l’envoyer à l’intérieur. Pour l’oxygène, nous avons un générateur qui vient le capturer à l’intérieur pour le renvoyer vers l’extérieur. Nous n’utilisons aucun réservoir, toutes les ressources d’air sont in-situ.

5) PB : Un éclairage variable selon les longueurs d’onde est-il prévu (plus de rouge ou plus de bleu)?

BB : oui, nous utilisons un système de LED avec variateur d’ondes qui évoluent en fonction des besoins des plantes dans la journée. Nous recréons les conditions lumineuses d’une journée idéale pour la plante, en fonction de ses besoins : typiquement avec des lumières plus bleues le matin et le soir.

6) PB : Utilisez-vous des mélanges de cultures (la présence de certaines espèces étant favorisée par la croissance d’autres espèces) ?

BB : oui, il est possible d’avoir des BioPod mono-cultures et multi-cultures. Dans les BioPods multi-cultures, les plantes sont sélectionnées par nos algorithmes qui analysent les conditions climatiques (température, humidité, lumière) et organisent le calendrier et la mise en place des plantes en fonction de leurs affinités.

7) PB : Le volume est-il utilisé autant que la surface (étagement des bacs de culture) ?

BB : tout à fait, nous pouvons multiplier la surface de culture jusqu’à 6 fois grâce a un étagement ou à des systèmes de croissance verticaux.

8) La cueillette est-elle robotisée ?

BB : non pas encore. Les technologies ne sont pas encore prêtes pour des systèmes en multi-cultures. De plus, pour les missions spatiales, cette activité est fortement conseillée pour permettre aux hommes de passer du temps proche de la nature.

9) PB : Pourquoi ne pas avoir prévu de bacs pour la culture des spirulines ?

BB : pour l’instant nous nous concentrons sur la culture des légumes, fruits, fleurs et plantes médicinales. La spiruline viendra dans un second temps.

10) PB : Le BioPod semble totalement clos, y compris au sol. Cela est-il fait pour éviter les fuites de substances des cultures vers la profondeur du sol ? Pour mieux contrôler l’intérieur ?

BB : le BioPod est totalement clos et scellé : pas d’échange gazeux ou d’eau avec l’extérieur. L’objectif est d’être en environnement totalement fermé pour mieux contrôler l’atmosphère, obtenir de meilleure performance et limiter les contaminations par les pathogènes. L’entrée du BioPod se fait par « airlock » avec sas de décontamination.

11) PB : Enfin quand on fait le calcul des surfaces cultivées selon les familles de culture (champignons, herbes, serres tropicales, aéroponie), on n’obtient pas la surface interne du BioPod. Il manque 1000m2. Pourquoi ?

BB : Nos algorithmes calculent le nombre de plants dont nous avons besoin pour couvrir des besoins nutritionnels spécifiques. Puis, en fonction de l’espace dont la plante a besoin et des prévisions de sa croissance, nous rapportons cela à l’espace de croissance disponible dans les systèmes d’aéroponie ou les bacs de serres a substrat. Il en découle ensuite le nombre de BioPod nécessaire pour atteindre les objectifs nutritionnels journaliers.

12) : Quand et où allez vous présenter un BioPod aux Terriens que nous sommes?

BB : La réalisation du Désert des Mojaves (Californie) a été décalée pour la fin de l’année 2021 ou le début de 2022 mais nous construirons un prototype à côté de Paris cet automne. Il sera réalisé en partenariat avec Soliquid, un spécialiste de l’impression 3D dont le cofondateur Jim Rhoné est devenu CPO (Chief Product Officer) d’Interstellar Lab. A noter que le design du BioPod a été obtenu en utilisant les moyens technologiques de Dassault Systems 3DExperience.

BioPod vu de côté. Crédit Interstellar Lab. Vous remarquerez que le module est totalement clos. La couverture par le toit est ajustable pour laisser rentrer “juste ce qu’il faut” de lumière “naturelle”.

Liens :

1) https://www.interstellarlab.com/

2) https://crop-selector.interstellarlab.earth/

3) https://science.sciencemag.org/content/360/6392/987

4) https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/17429145.2018.1472308

5) https://www.maddyness.com/2021/06/17/interstellar-lab-soliquid-biopod-agriculture/

6) https://www.frenchweb.fr/interstellar-lab-et-soliquid-unissent-leurs-forces-pour-construire-des-habitats-futuristes-sur-terre-et-dans-lespace/424448

7) mon premier article sur Interstellar Lab : https://blogs.letemps.ch/pierre-brisson/2019/12/07/pour-rendre-possible-la-vie-sur-mars-interstellar-lab-va-nous-apprendre-a-mieux-vivre-sur-terre/

BioPod vu de dessus. Crédit Interstellar Lab. Bien entendu le toit est ajustable au cultivar et aux besoins variables de lumière solaire.

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Index L’appel de Mars 21 06 25

Le climat de la planète Mars est soumis comme le nôtre à des cycles astronomiques longs mais les siens sont exubérants

Pierre Brisson 19 commentaires

Le scientifique serbe Milutin Milankovitch a mis en évidence dans la première moitié du XXème siècle (publications majeures en 1930* et 1941*) les corrélations entre les cycles climatiques longs de la Terre et les cycles astronomiques eux-mêmes longs qui affectent la planète du fait des caractéristiques de sa masse en rotation, de sa relation de gravité avec le Soleil, notre étoile et, dans une moindre mesure, de sa relation de gravité avec les planètes voisines. On a pu extrapoler que ces cycles existent aussi pour les autres planètes, soumises évidemment à la force de gravité de leur étoile et éventuellement d’autres astres, où ils induisent des évolutions planétologiques et climatiques comparables à celles qui nous concernent sur Terre. C’est le cas pour Mars. C’est pour cela que si Milankovitch a été considéré d’abord comme un des plus éminents spécialistes des « sciences de la Terre », il est également un des pères de la planétologie.

Il a identifié trois paramètres dont l’évolution détermine “ses” cycles :

Le premier est celui de l’inclinaison de l’axe de rotation de la planète par rapport au plan de l’écliptique, son « obliquité ». Il détermine l’intensité des variations saisonnières. Il ne s’agit pas ici du changement d’axe (« dérive vraie des pôles » ou « true polar wander ») qui consiste à un réalignement du plus grand axe d’inertie de la planète avec son axe de rotation du fait du changement de répartition des masses au sein du volume planétaire (par exemple sur Mars, à la suite de la formation du socle de Tharsis). Le changement d’obliquité est une simple inclinaison n’entrainant pas de changement dans la localisation géographique des pôles.

Le deuxième est celui de l’excentricité de l’orbite c’est-à-dire l’élongation de son ellipse, donc la variation de la distance du périhélie au Soleil par rapport à celle de l’aphélie au Soleil. Il a un effet sur la durée relative des saisons et sur les températures. A noter que la distance parcourue sur l’ellipse par la planète, reste inchangée et que c’est seulement le grand axe de l’ellipse qui est modifié. La variation de ce paramètre ne peut être dû qu’aux variations de l’influence gravitaire des planètes voisines.

Le troisième est celui de la précession climatique, c’est-à-dire de l’avance continue du point vernal (ou autre repère) sur l’orbite, du fait que la planète n’est pas homogène en quantité de matière selon la hauteur de son axe de rotation où s’exerce orthogonalement la force de gravité (le noyau est évidemment beaucoup plus dense que le manteau et la masse a tendance à tendre vers l’équateur du fait de la rotation). La force de gravité solaire, augmentée de celle de la Lune, ne s’appliquant pas à la même quantité de matière (plus à l’équateur, sur le « bourrelet équatorial », et beaucoup moins au pôles), un effet de couple est généré qui tend à entrainer l’excès de masse présent à l’équateur vers le plan de l’écliptique. Cet effet ne conduit toutefois pas à une inclinaison « définitive » puisque la masse est en rotation (de l’Ouest vers l’Est), mais à la définition par l’axe des pôles, avec le temps, d’un cône dans l’espace, par rapport à l’axe perpendiculaire au plan de l’écliptique. Le déplacement de l’axe des pôles vers l’Ouest (contraire à celui de la rotation « normale » des planètes), a pour effet d’avancer chaque année un peu (quelques 50 secondes pour la Terre) la succession des saisons.

L‘excentricité de l’orbite terrestre varie de 0,005 (donc quasi circulaire) à 0,058, sur 413.000 ans (actuellement 0,017) ; une autre influence qui s’exerce selon une périodicité de 9 millions d’années, décelée récemment, pourrait être due à l’influence gravitationnelle de Mars. Les planètes ont donc bien une influence les unes sur les autres, pourvu qu’elles ne soient pas trop éloignées (mais, attention, cette constatation des scientifiques, qui ressort de la seule gravité, est loin des divagations des astrologues).

L’obliquité de la Terre varie de 22,1° à 24,5° sur 41.000 ans (actuellement 23,44°).

La précession des équinoxes dessine son cône sur une période de 25.760 ans et le point vernal va se retrouver au même endroit en termes de longitude solaire à l’issue de cette période, après être passé par tous les signes du zodiaque. C’est ce que les anciens (Hipparque de 147 à 127 avant JC) appelaient « La Grande année » ou « année platonique » (parce que Platon – 428 à 348 – a, le premier, spéculé sur sa durée) et si on a envisagé sa possibilité depuis très longtemps, c’est parce que c’était sans doute le seul cycle à pouvoir être déduit de l’observation de la voûte étoilée à l’oeil nu.

Le déroulement des cycles a une influence sur le climat et leurs interactions sur des échelles de temps différentes complexifient cette évolution.

En fait pour la Terre, les conséquences sont marquées mais elles ne sont pas catastrophiques (ou moins que pour d’autres) puisque notre planète est située (actuellement) dans le milieu de la zone d’habitabilité de notre système solaire (plage de températures où l’eau peut être liquide). Lorsque l’obliquité augmente au maximum (vers 24,5°), les différences saisonnières sont plus fortes (nous nous en éloignons mais en sommes encore proches). Lorsque l’excentricité augmente, l’irradiance varie davantage sur l’année et les saisons deviennent de plus en plus inégales en durée et selon l’hémisphère. Là aussi, pas de problème pour la Terre actuellement. Mais à son minimum (0,005), dans 27.000 ans, nous connaîtrons probablement une nouvelle glaciation (moindre insolation des pôles) avant de repartir vers une période plus chaude. Par ailleurs, si, du fait de la précession climatique, le passage au périhélie se fait aux solstices, les saisons seront accentuées, les étés seront plus chauds dans l’hémisphère Nord et les hivers plus froids dans l’hémisphère Sud.

C’est la combinaison de tous ces facteurs qui déterminent le climat selon des variations presque infinies à l’intérieur de tendances lourdes puisque les durées de cycles sont différentes. Bien entendu ces variations ne prennent pas en compte l’évolution de la composition de l’atmosphère ou l’évolution de la nucléosynthèse du Soleil, autres facteurs qui résultent de l’activité de la biosphère ou de celle de la planète (volcanisme, dérive des continents) ou encore du Soleil lui-même (nucléosynthèse à partir d’une ressource épuisable, l’hydrogène) mais qui, elles, ne sont pas cycliques. Comme on le sait bien maintenant, l’Univers est en évolution et notre petit coin de paradis, de l’état duquel nous sommes en partie responsable, n’est pas dans une bulle protégée vis à vis du temps qui passe !

Mars est comme la Terre, soumise à ces cycles, sur le long-terme (même s’il faut distinguer le long-terme et le très-long-terme, au-delà de plusieurs dizaines de millions d’années). La différence est que pour elle, tout est « exagéré ». Cela tient bien sûr à sa situation plus éloignée du Soleil mais également à la proximité, plus grande, de Jupiter. Cette dernière ne l’a pas seulement privée de « matière première » dans sa période d’accrétion, elle continue aujourd’hui à la bousculer gentiment et continument. Cela tient encore à l’absence d’astre stabilisateur de son obliquité, comme pour nous la Lune. Phobos et Deimos ne sont que des rochers (ou plus précisèment des astéroïdes captifs) dont la masse est absolument insuffisante pour contrebalancer les déstabilisations d’obliquité (la masse du plus gros, Phobos, deux fois celle de Deimos, n’est que de 1/50 millionième de celle de la Lune). Comme Mars se trouve à la limite de la zone habitable de notre système et que sa masse ne lui permet pas de garder une atmosphère substantielle sur le long terme, les variations cycliques ont pour elle des conséquences beaucoup plus graves lorsqu’elles la font sortir à un moment ou l’autre de cette zone.

La variation de son obliquité va en effet de 14,9° à 35,5° sur 124.000 ans (actuellement 25,19°) mais sur une période très-longue (au-delà de quelques 40 millions d’années), les fluctuations ont été beaucoup plus amples (jusqu’à 60°) et certains les ont même qualifiées de chaotiques. Son excentricité moyenne se situe à 0,066 mais le domaine de fluctuations est très important, de presque circulaire, 0,002, à 0,103 sur 100.000 ans (actuellement 0,0933 soit 207 millions de km pour le périhélie, à 249 millions de km pour l’aphélie). Sa précession climatique s’allonge, elle, sur une périodicité de 170.000 ans.

Lorsque l’obliquité s’accroit vers 35°, le gaz carbonique gelé aux pôles dans des calottes (actuellement surtout au Sud, plus froid en raison de l’excentricité), fond, l’atmosphère s’épaissit et des dépôts de glace d’eau se forment aux latitudes moyennes. C’est à cela que nous devons les inlandsis présents encore aujourd’hui un peu partout à la surface de Mars. L’excentricité lorsqu’elle est réduite empêche les étés boréals chauds et renforce la sécheresse. Tout cela concourt à une histoire climatique complexe avec un éventail très ouvert de conditions successives. Au-delà de la sécheresse générale et des périodes de densification de l’atmosphère causées par les épisodes volcaniques, cela explique la réapparition d’étendues d’eau liquide en surface au cours d’une histoire encore récente (quelques millions d’années), et de glace d’eau persistant aujourd’hui sous une protection légère de régolithe. La calotte polaire Nord actuelle ne daterait que de quelques 5 millions d’années.

Les Terriens ont de la chance (mais c’est peut-être pour cela qu’il y a des Terriens) car notre grande stabilité d’obliquité est très ancienne et elle va durer (et Mars ne perturbe que très peu notre excentricité). Certes la Lune s’éloigne (actuellement 3,82 cm par an) car elle est avec nous en orbite super-synchrone. Mais elle ne va pas disparaître de notre regard (même si dans 600 millions d’années ses éclipses ne pourront plus cacher le Soleil). Notre système deviendra stable lorsque par effet de marée réciproque, nos jours et ceux de la Lune seront devenus de même durée, 40 de nos jours actuels (durée qui sera aussi celle du mois lunaire). Nous serons alors en orbite « synchrone », comme, par exemple, Charon et Pluton dont la relation est asymptotiquement devenue stable, une « planète-double ». Ceci dit, en fin de compte, dans quelques 5 milliards d’années, nous serons rattrapés par l’évolution catastrophique du Soleil en fin de vie, lorsqu’il aura épuisé l’hydrogène de son cœur et qu’il sera obligé d’aller le chercher toujours plus haut dans ses couches supérieures. A ce moment, rouge et boursouflé mais toujours très chaud, il viendra nous absorber dans sa chaleur et tout ce qui n’aura pas été brûlé lors des milliards d’années précédents, sera définitivement détruit (ou presque car on a observé récemment les traces chimiques de croûtes de planètes telluriques, à la surface de naines blanches, vestiges d’étoiles de type solaire).

Pour terminer sur une comparaison que je trouve parlante, pour moi l’histoire géologique de la Terre pourrait se raconter sur une musique de Mozart, d’une très grande richesse (“beaucoup de notes”) mais merveilleusement équilibrée, celle de Mars, sur une musique de Vivaldi, baroque et exubérante.

Illustration de titre : les cycles de Milankovitch sur Mars au cours des derniers 10 millions d’années. La ligne noire est celle des variations de l’obliquité, la ligne rouge celle des variations de l’excentricité: « Elles mettent en évidence les périodes possibles d’habitabilité pendant lesquelles l’été boréal (Ls 90 – 180) coïncidait avec le périhélie, l’obliquité était au-dessus de 35° et l’excentricité au-dessus de 0,08, ou au-dessus de 0,1. Les nombres au-dessus des flèches indiquent la durée de la période si les conditions se sont reproduites continument pendant plus de 1000 ans (échelle minimum de Laskar, graphe établi en 2004) ».

NB : J’ai écrit cet article en partant d’une suggestion de Christophe de Reyff, Dr ès sciences, retraité de l’OFEN (Office Fédéral de l’Energie) où il a été l’un des responsables de la recherche, pendant plus de 20 ans. Mes fidèles lecteurs le connaissent bien pour ses contributions nombreuses et pertinentes à ce blog, dont je le remercie.

Liens :

https://planet-terre.ens-lyon.fr/ressource/milankovitch-2005.xml

https://www.climate-policy-watcher.org/surface-temperature/milankovic-cycles-on-mars.html

https://planet-terre.ens-lyon.fr/ressource/conference-levrard.xml

https://space.stackexchange.com/questions/48918/do-we-know-the-likely-conditions-on-mars-when-its-orbital-eccentricity-was-very

https://science.sciencemag.org/content/352/6289/1075

https://www-k12.atmos.washington.edu/k12/resources/mars_data-information/temperature_overview.html

https://www.climate-policy-watcher.org/surface-temperature/milankovic-cycles-on-mars.html

https://www2.physics.ox.ac.uk/sites/default/files/2011-06-15/milankovic_on_mars2013_pdf_93344.pdf

https://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A9orie_astronomique_des_pal%C3%A9oclimats

https://fr.wikipedia.org/wiki/Param%C3%A8tres_de_Milankovi%C4%87

Références * :

(1) Milutin Milanković, Mathematische Klimalehre und Astronomische Theorie der Klimaschwankungen, Handbuch der Klimalogie Band 1, Teil A Borntrager Berlin, 1930

(2) Milutin Milanković, Kanon der Erdbestrahlungen und seine Anwendung auf das Eiszeitenproblem, Belgrade, 1941.

Pour (re)trouver dans ce blog un autre article sur un sujet qui vous intéresse, cliquez sur :

Index L’appel de Mars 21 06 18

Un mauvais coup a été porté à la probabilité d’une Planète-9 mais ce n’est pas grave !

Pierre Brisson 30 commentaires

La Planète-9 est cette planète hypothétique située aux confins du système solaire dont certains astronomes ont déduit l’existence par les orbites d’autres corps lointains. Sa probabilité est remise aujourd’hui en cause. Quoi qu’il en soit, elle reste passionnante car la réponse à sa recherche sera très utile à notre compréhension du système solaire.

Une étude de K.J. Napier et al. (Dept. de Physique de l’Université du Michigan, Ann Arbor) avec de très nombreux co-auteurs et en cours de publication (version préparatoire datée de Février 2021), contredit l’étude de Konstantin Batygin et Mike Brown (CalTech) de 2016. Selon celle-ci la concentration des périhélies des « ETNO », objets transneptuniens extrêmes (planètes naines situées au-delà de 30 UA, Unités Astronomiques*) d’un seul côté du Soleil, serait équilibrée par l’existence « de l’autre côté », d’une « Planète-9 » d’une masse égale à 5 à 10 fois la Terre ou, alternativement, d’un petit trou noir (« primordial ») capturé par le Soleil.

*une UA est égale à la distance Terre-Soleil, soit 150 millions de km, Neptune, la planète la plus lointaine, dans notre Système, se trouve à 30 UA du Soleil.

Cette étude m’intéresse à plusieurs titres. Elle concerne la probabilité de trouver dans notre système solaire une nouvelle planète de taille au moins égale à celle de la Terre, ce qui serait tout à fait exceptionnel mais porteur de sens, même si on ne la trouve pas parce qu’elle n’existe pas. Elle concerne la probabilité d’une autre planète à la surface solide en surface de laquelle un atterrisseur et peut-être un homme pourrait se poser (lorsqu’on aura développé des moteurs nucléaires pouvant procurer une poussée continue pendant le temps nécessaire). Enfin elle illustre bien la démarche scientifique ainsi que la manière dont progresse la science.

Nous connaissons bien notre système jusqu’à Neptune et au-delà jusqu’au couple Pluton-Charon (qui évolue entre 29 et 49 UA), premiers des TNO (Trans Neptunian Objects). C’est à partir de l’orbite de Pluton que l’on pénètre dans la ceinture de Kuiper, monde nouveau des KBO (Kuiper Belt Objects) dont le premier fut identifié en 1992. Après plusieurs autres observations, on commence « à y voir plus clair », c’est-à-dire qu’on peut dresser aujourd’hui une cartographie de la Ceinture de Kuiper en y distinguant plusieurs régions, « Ceinture-classique » avec « astres-chauds » et « astres-froids » ; « Ceinture des astres épars » ; « Objets-détachés » ou ETNO, ces derniers étant présumés s’être formés en dehors de l’influence de Neptune parce qu’ils ne s’approchent pas à plus de 10 UA de l’orbite de cette dernière et donc à plus de 40 UA du Soleil (les plus connus sont Sedna et les Sednoïdes). C’est dans ces confins que je voudrais que vous veniez aujourd’hui avec moi.

Batygin et Brown ont remarqué et fait réaliser à tous dans leur étude de 2016 que les gros KBO (des « planètes naines » comme Pluton ou Sedna) recensés à l’époque avaient tous leur périhélie d’un seul côté du Soleil. Ils en ont déduit qu’une masse les équilibraient « de l’autre côté ». Et compte tenu de la configuration des orbites de ces gros KBO, cette masse devait évoluer entre 200 et 1200 UA, c’est-à-dire en position moyenne à l’intérieur de la Ceinture de Kuiper (le Nuage de Oort intérieur commence vers 2000 UA) et elle devait être suffisamment importante pour avoir cet effet gravitationnel sur les autres. L’évaluation de ce « suffisamment » a beaucoup varié (en fonction de l’évolution de l’estimation de la masse de l’autre côté), d’un peu moins d’une masse terrestre à une dizaine de masses terrestres. En fonction de ces évaluations et compte tenu de leur situation dans un milieu très froid, on pouvait imaginer une surface solide si l’astre n’était pas trop gros (type Pluton) mais il n’en aurait pas été de même pour une « superterre » dont la masse aurait dépassé quelques 5 masses terrestres. A partir de ce seuil en effet la chaleur interne conservée de l’accrétion, accrue par la pression et accumulée par la désintégration radioactive des éléments les plus instables (comme le thorium 232), maintiendrait une certaine chaleur en surface et donc sans doute une atmosphère.

La Planète-9, si elle existait, ne serait pas facile à observer même si on savait à peu près où devait se trouver son orbite, puisque par définition une planète n’émet pas de lumière mais en réfléchit et à ces distances du Soleil elle en réfléchit très peu. Elle pourrait certes émettre quelques rayonnements infrarouges, surtout si elle est massive, mais, étant si lointaine elle ne peut se déplacer que très lentement, peut-être une orbite parcourue (« révolution » ou « année ») entre 10.000 et 20.000 ans, et elle ne se distinguerait que très difficilement des astres plus lointains et apparemment fixes. Une alternative, évidente aujourd’hui (après Michel Mayor), serait de la rechercher par la méthode des transits en vérifiant qu’elle n’a aucune incidence sur la vitesse radiale de l’étoile de référence, comme on recherche les planètes orphelines en-dehors de notre système solaire. Mais cela reviendrait presque à chercher une aiguille dans une botte de foin, la différence étant toutefois qu’il y a sans doute beaucoup plus de planètes orphelines dans l’espace que d’aiguilles dans la botte de foin. Après plusieurs années de recherche infructueuse, certains se demandent même si l’explication de cette difficulté ne serait pas que la Planète-9 était plutôt un trou noir primordial, évidemment minuscule. En effet, la densité d’un tel trou noir aurait fait que sa taille n’aurait pas été supérieure à celle d’un petit astéroïde et qu’on aurait pu la déceler que par l’action qu’elle aurait pu avoir sur son voisinage, pourvu qu’elle en ait un assez proche et massif pour que les conséquences de cette action aient pu être perçues.

On en était à ce stade mais on ne s’y est finalement pas arrêté car d’autres planètes naines ont été découvertes dans la région (il n’y en avait que 6 lors de l’étude de 2016 et il y en a 14 aujourd’hui) et parce que, surtout, les auteurs de l’étude cités en début d’article ont fait remarquer qu’il y avait un biais dans l’identification des KBO et que leur unilatéralisme n’était probablement qu’apparent.

Alors il n’existe peut-être pas plus de Planète-9 que de planète Vulcain (supposée à une certaine époque évoluer à l’intérieur de l’orbite de Mercure). Mais ce n’est pas certain non plus. Cette étude n’est en effet pas la preuve de la non existence d’une planète-9. Elle repose encore sur trop peu d’observations et elle utilise un simulateur pour généraliser les résultats, dont on peut discuter les paramètres même s’ils recoupent bien les observations réelles, effectuées.

Les conséquences sont simplement que s’il existe une planète 9, elle sera plus difficile à trouver qu’on le pensait puisqu’on ne peut plus se référer à la force de gravité conjuguée des ETNO identifiés par Batygin et Brown. On verra avec la suite des découvertes de KBO comment affiner la recherche qui conduira peut-être à confirmer que cette planète n’existe pas mais qu’il y a sans doute d’autres planètes-naines du type Eris ou Pluton. Nous en saurons certainement plus avec la réalisation de deux projets :  le « Deep Ecliptic Exploration Project » (DEEP) annoncé en 2019, qui utilise la « Dark Energy Camera » (DECam) du télescope Blanco de 4 m de l’Observatoire Inter Americain au Cerro Tololo (Chili) et, à partir de 2021, le nouveau télescope LSST de l’Observatoire Vera Rubin (Cerro Pachon, Chili).

Cette évolution est un exemple intéressant du cheminement de la Science. On peut déduire de bonne foi une théorie erronée d’une observation et corriger cette erreur par d’autres observations. Il faut alors accepter de s’être trompé ou de ne pas avoir « tout vu » et en tirer à nouveau des conséquences. Cela est plus intéressant que de persister dans l’erreur.

Si en fin de compte il n’y a pas de Planète-9 cela peut résulter de plusieurs causes. Peut-être au-delà d’une certaine distance du Soleil (ou, bien sûr, d’une étoile), les vitesses sont-elles trop faibles et les occasions de « rencontres » trop limitées pour que de grosses concentrations de matière puissent s’effectuer. Peut-être la plupart des planètes-naines de la famille ETNO n’existent que parce que le bord interne de la Ceinture de Kuiper a été « chamboulé » par le retour de Jupiter et de Saturne au-delà de leur zone d’accrétion originelle à la fin du Grand-Tack (rebroussement) qui a projeté Neptune au-delà d’Uranus dans cette zone, facilitant ainsi les concentrations de matière.

Ou bien, a contrario mais dans la même ligne de raisonnement, si on trouve un jour une Planète-9, elle pourrait être une planète non pas formée in situ mais provenant de la zone la plus active de formation du système solaire, juste après Saturne. Dans le scénario du « Grand-Tack » (grand rebroussement, théorie d’Alessandro Morbidelli) en effet, non seulement Neptune aurait été rejeté par Saturne au-delà d’Uranus et cette dernière aurait acquis du fait de la perturbation une rotation anormale (inclinée à 98% sur son plan de révolution) mais la planète qui se serait trouvée entre Saturne et Uranus, une 5ème géante gazeuse, aurait été éjectée plus violemment que Neptune, « quelque part ailleurs ». Ce « quelque part » serait soit en dehors du système solaire, soit encore à l’intérieur, donc soit dans la Ceinture de Kuiper soit dans les Nuages de Oort…Mais ceci n’est qu’une spéculation. Et il serait sans doute logique qu’une grosse planète, genre super-terre ou géante gazeuse, ne puisse avoir été formée dans la Ceinture de Kuiper ou dans le Nuage de Oort puisque logiquement ces régions lointaines disposent de beaucoup moins de matière que vers le centre (ou, autrement dit, que la densité de matière dans le disque protoplanétaire est moins élevée à la périphérie qu’au centre).

La conclusion est qu’il faut continuer à observer, à chercher, à raisonner et on trouvera encore des choses merveilleuses « près de chez nous » (dans la Ceinture de Kuiper, nous sommes quand même encore dans notre système solaire). J’imagine dans un lointain futur, un vaisseau spatial mu par un moteur nucléaire arrivant en vue de la 5ème géante tapie dans l’ombre des confins de notre Système après un très long voyage et envoyant des sondes à sa surface ou plutôt dans les nuages de sa haute atmosphère afin de l’analyser, et, enfin, de découvrir son origine.

Références :

1) No Evidence for Orbital Clustering in the Extreme Trans-Neptunian Objects (2102.05601.pdf) astro.ph arXiv.org (Cornell University).

2) https://phys.org/news/2021-02-evidence-planet-diminishing-clustering.html

3) https://en.wikipedia.org/wiki/Planet_Nine

Illustration de titre: la Planète 9. Credit: Pixabay/CC0 Public Domain

La gravité artificielle pour les longs voyages spatiaux n’est pas une lubie inutile et irréaliste

Pierre Brisson 44 commentaires

Après les radiations, le problème le plus redoutable qui se pose à ceux qui veulent aller physiquement sur Mars est celui de l’apesanteur pendant le voyage, surtout pour les deux ou trois premières fois puisqu’il ne pourra pas y avoir de « comité d’accueil » à l’arrivée. Ce n’est cependant pas une raison suffisante pour se décourager puisque nous pouvons imaginer des solutions réalistes.

Notez bien que je ne vais pas développer le problème de la pesanteur réduite sur Mars (gravité 0,38 g) puisque je considère que la masse de la combinaison spatiale et de ses annexes (quelques 100 kg) sera heureusement supportable de ce fait (un corps humain de 70 kg avec son équipement de 100 kg ne pèsera que 65 kg). Je ne veux pas non plus développer l’interrogation qu’on peut avoir sur les conséquences de la force, non adaptée aux conditions de pesanteur locale, avec laquelle le cœur projettera le sang vers le cerveau. Mais j’ai bien conscience que cette force sera quelque peu excessive par rapport aux besoins. On ne pourra en estimer les conséquences que sur le long terme (sans doute à l’issue de la première mission, impliquant un séjour sur Mars de 18 mois).

Ce qui m’intéresse ici c’est le voyage proprement dit et ses conséquences lors du retour à la gravité, sur Mars (plus que sur Terre) pendant les toute premières missions.

Les méfaits de l’apesanteur sont connus : fonte des masses musculaire et osseuse ; mauvaise adéquation de la force des flux sanguins aux besoins des différentes parties du corps (mentionnée ci-dessus et dommageable en particulier pour le nerf optique) ; perte du sens de l’équilibre ; risque et présence dans l’atmosphère non seulement d’objets de toutes tailles non attachés mais aussi de poussières et de petits débris (on évite plus facilement les gros!).

La solution évidente, pour les premières missions, sera la mise à disposition des astronautes, d’exosquelettes lorsqu’ils se poseront sur Mars. Cela pourrait compenser la faiblesse musculaire et osseuse ainsi que la perte du sens de l’équilibre pendant les quelques jours nécessaires à la reprise du contrôle de son corps. D’où la nécessité de travailler sur des exosquelettes légers, peu volumineux et dont il sera facile de s’équiper même à l’intérieur du vaisseau spatial juste après l’atterrissage et avant la descente sur le sol de la planète.

D’autres dispositions seront à prendre pendant le vol lui-même.

On pense d’abord à l’exercice physique. Il faudra veiller à entretenir continument sa force musculaire, bien qu’elle soit devenue inutile sur le moment. Des appareils de musculation existent dans la Station Spatiale Internationale pour faciliter cet exercice et le problème qu’il pose n’est pas tellement la place mais surtout le temps qu’il prend. On évalue à deux heures par jour, minimum, celui qui convient pour pouvoir récupérer le plein usage de son corps dans un délai raisonnable après le retour en gravité.

La seconde solution, plus difficile à mettre en œuvre, est celle de la gravité artificielle. Robert Zubrin l’a proposée dès le début des années 1990. Le principe est le même, le recours à la force centrifuge, mais le contexte technologique a changé et la réflexion a avancé. La solution préconisée à l’époque par Robert Zubrin, consistait à mettre en rotation le couple formé par le vaisseau-habitat avec le dernier étage du lanceur, reliés entre eux par un filin (la mise en rotation intervenant après l’injection interplanétaire). Demain, si tout va bien, nous aurons le Starship. Cela ouvre des perspectives.

La première de ces perspectives serait « simplement » la mise en rotation de deux starships. On peut d’abord envisager qu’ils soient réunis par le nez ou par la base. Par le nez serait particulièrement délicat car cette partie du vaisseau est très exposée au flux du plasma ultra-chaud lors de la rentrée dans l’atmosphère et doit être le plus possible exempte de prise à leur agression (pression et chaleur). On peut alternativement envisager qu’ils soient réunis par la base. Il est prévu actuellement qu’ils le soient pour la recharge en ergols en orbite de parking terrestre. On peut envisager que le « docking » se fasse en douceur en utilisant une rétropropulsion de faible puissance par des jets situés à l’extrémité des ailerons, en sauvegardant les retrorockets latérales permettant les corrections d’attitude. A partir de là (contact et accrochage) les deux vaisseaux pourraient s’éloigner quelque peu l’un de l’autre, chacun des trois ailerons dévidant un câble ou mieux étirant une tige relativement rigide stockée, enroulée, à l’intérieur. Etant donné que le plancher de la partie habitable de chaque vaisseau se trouverait à 30 mètres de sa base, on aurait au minimum un axe de 60 mètres de longueur. Une rotation « lente » de deux tours par minute, permettrait une gravité* relativement faible mais suffisante pour restituer au moins le sens de la verticalité sans créer de distorsion sensible entre la tête et les pieds et sans générer de force de Coriolis1 trop gênante.

*La formule est : F = (0,0011)W2R

où « F » est la force de gravité en « g » terrestres ; « W » est la vitesse de rotation en nombre de tours par minutes ; « R » est la longueur du bras de rotation (en mètres).

Avec les 60 mètres (bras de rotation de 30 mètres), on aurait une gravité de 0,13g. Ce n’est pas beaucoup (la gravité sur la Lune est de 0,16g et elle est sur Mars de 0,38g). Si on parvenait à distancier les deux Starships par des tiges de 15 mètres, on aurait une gravité de 0,2g, ce qui serait préférable.

Deux autres propositions2, que je trouve très intéressantes car elles vont plus loin (et semble a priori plus sures que la liaison par tiges rigides), ont été faites par le CG (« Computer Graphic ») designer de SpaceXvision, Roger Bootsma (Vienne, Autriche) et par Mike DeRosa (alias « Smallstars »). A noter que les deux ne sont pas ingénieurs mais les idées naissent souvent dans des esprits fertiles qui ne sont pas forcément ceux qui vont les développer et les préciser.

La proposition de Roger Bootsma, suppose de retravailler la coque du Starship. Comme vous le voyez sur les illustrations de titre et ci-dessous, l’habitat (le haut du Starship) se sépare en deux parties (“split”) qui, après l’injection interplanétaire, s’éloignent progressivement de l’axe central, aux bouts d’une structure métallique rigide qui se déploie de façon télescopique. L’ensemble est mis en rotation autour de l’axe, créant ainsi une gravité artificielle dans les deux parties séparées et la structure métallique qui les relie à l’axe peut servir de moyen de communication entre elles, y compris physique.

Proposition de Roger Bootsma. Les deux parties de l’habitat viennent de se séparer et la structure télescopique qui les tient à l’axe se déploie lentement.

La proposition de Mike DeRosa, « GLS » (« Gravity link Starship », 16/09/19), me semble moins difficile à réaliser que le « split de l’habitat » et donc sans doute encore plus réaliste, car rien ne s’opposera à ce qu’on puisse l’appliquer dès que le Starship volera. Elle repose sur un vol de concert de 3 vaisseaux dont deux seront habités et le troisième servira de hub aux deux autres. Le vaisseau-hub est chargé au départ de la Terre d’une double charpente métallique déployable chacune sur 100 mètres, à partir de l’axe du vaisseau. Ces deux bras sont l’équivalent de la structure du concept de Roger Bootsma. Aux extrémités de chacun des bras, une fourche d’un écartement de 9 mètres sert à enserrer un vaisseau par son diamètre. Juste après l’injection interplanétaire et après que les 3 starships se soient rapprochés, la charpente est déployée robotiquement de part et d’autre du Starship-hub. Chacun des deux vaisseaux-habitat vient se loger dans la fourche du bras de la charpente qui est d’abord ouverte puis refermée sur lui à hauteur de leur sas (rappelons que SpaceX prévoit ce genre de fourche pour saisir les lanceurs de Falcon 9 puis de Starship lors de leur retour sur Terre, juste avant qu’ils touchent le sol). Une fois les starships-habitats enserrés dans leur fourche, la formation des trois vaisseaux est mise en rotation. Pour ce faire, l’un des deux vaisseaux-habitats effectue d’abord une rotation à l’intérieur de sa fourche pour se positionner, toujours en parallèle, le nez pointé vers la direction opposée à son homologue. Une fois les deux starships ainsi positionnés, ils impulsent, par chacun de leur système de rétropropulsion, une faible rotation à l’ensemble. Une fois la rotation impulsée, chacun des deux vaisseaux-habitat tourne son nez naturellement, sous l’effet de la force centrifuge, vers le vaisseau-hub puisque le sas où est placé la fixation de la charpente déployée est situé au-dessus du centre de gravité des vaisseaux, et la rotation crée à l’intérieur des vaisseaux-habitat une gravité artificielle. Cette gravité est d’autant plus importante qu’on s’éloigne du centre de gravité commun (c’est-à-dire du vaisseau-hub). Une rotation de trois tours par minute sur un bras de rotation de 100 mètres permettrait d’atteindre 1g au niveau du sas. Cette vitesse de rotation est une limite supérieure, d’autant que, plus la vitesse de rotation est élevée plus on peut ressentir la force de Coriolis et plus le différentiel de gravité entre la tête et les pieds devient perceptible. On choisira sans doute pas plus de 2 tours/minute pour aller vers Mars (0,44g dans le sas, 0,53g dans le poste de pilotage) et, partant de 0,38g en revenant de Mars, on reviendra progressivement vers ces 2 tours/minute en les dépassant vers 3, sans les atteindre nécessairement, pour les deux derniers mois. A l’approche de Mars et, au retour, de la Terre, les vaisseaux se remettront en parallèle, les deux vaisseaux-habitats en sens contraire, et ils donneront une série de micro-impulsions pour annuler la rotation. Les deux vaisseaux habitats se remettront dans la même direction ; la charpente sera repliée et réinsérée à l’intérieur du sas du vaisseau-hub et chacun à l’intérieur des trois vaisseaux, se préparera à la rentrée dans l’atmosphère.

Proposition de Mike DaRosa. Après déploiement de la charpente télescopique, les deux vaisseaux-habitat orientés en sens contraire, impulsent une rotation à l’ensemble.

Voici donc une solution simple et élégante qui ne semble pas impossible à mettre en œuvre. Le vol de trois vaisseaux de concerts permet de donner une certaine sécurité à la mission (redondance). Pendant le voyage, les hommes de chacun des vaisseaux pourraient se retrouver dans le vaisseau-hub, dont le volume serait évidemment en apesanteur mais qui procurerait un peu plus d’espace « habitable » et un lieu pour manipuler et travailler des équipements massifs. En alternative, dans le cadre de ce concept, on peut envisager que seuls les deux vaisseaux-habitat descendent sur le sol de Mars tandis que le vaisseau-hub reste en orbite. On économiserait ainsi les ergols nécessaires pour descendre sur Mars et en remonter pour un des vaisseaux mais il faudrait (1) envisager l’entretien du vaisseau en orbite pendant les 18 mois du séjour sur Mars et (2) sans doute réapprovisionner ce vaisseau avec un supplément d’ergols pour le retour de la flottille sur Terre (le calcul reste à faire !).

Proposition de Mike DaRosa. Une fois la rotation impulsée, elle induit naturellement le positionnement des vaisseaux-habitat perpendiculairement au vaisseau-hub, permettant que la force de gravité s’exerce vers les planchers des vaisseaux-habitats.

J’ai donné ces deux exemples pour montrer que contrairement à ce que pensent les pessimistes, recréer une gravité artificielle n’est pas une fantaisie irréalisable qui ressort uniquement de la science-fiction. Par ailleurs, même si, après les premiers vols, lorsqu’il y aura une base permanente sur Mars, les passagers d’un long voyage pourront être accueillis et « soignés » pour récupérer leur sens de l’équilibre ainsi que leur masse musculaire et osseuse, il serait quand même préférable d’éviter d’être obligé à cette rééducation. La gravité artificielle reste donc plus que souhaitable aussi bien pour après-demain que pour demain. Vous verrez, on la mettra au point d’une manière ou d’une autre et lorsque l’homme parviendra sur Mars, en pleine forme, il pourra immédiatement agir.

*NB1 : La force de Coriolis a des effets d’autant plus marqués que la vitesse de rotation est élevée et que le bras de rotation est court. C’est pour cela qu’il vaut mieux ne pas dépasser deux tours par minute et essayer d’atteindre une longueur de bras de rotation de 100 mètres. Par ailleurs, le différentiel de gravité entre la tête et les pieds est d’autant plus faible que le bras de rotation est long (simple rapport entre 1,80 mètre et la longueur de ce bras).

**NB2 : Une autre proposition de restitution d’une certaine gravité a été faite par Pierre-André Haldi le 4 avril 2017 sur ce blog, « un nouveau concept de système de transport modulaire pour aller sur Mars » : https://blogs.letemps.ch/pierre-brisson/2017/04/04/un-nouveau-concept-modulaire-de-systeme-de-transport-spatial-a-destination-de-mars/

Les illustrations sont des captures d’écran avec autorisation de Roger Bootsma. Je ne suis pas parvenu à joindre Mike DeRosa (« Smallstars »). L’illustration de titre montre le starship envisagé par Roger Bootsma avec son dispositif rotatif déployé et en fonction.

Références / liens :

https://www.facebook.com/watch/?v=300527688332434

https://spacexvision.com/home/blog/

https://www.universetoday.com/143368/real-artificial-gravity-for-spacexs-starship/

https://www.facebook.com/SpaceXvision/

Force de Coriolis : https://fr.wikipedia.org/wiki/Force_de_Coriolis