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Objectif Mars: le scénario d’une conquête

Le Vif

La planète rouge marque la nouvelle frontière vers laquelle tendent tous les efforts. Cette soeur lointaine et très ancienne de la Terre n’a jamais paru si accessible. De l’envoi de robots aux premiers pas de l’homme, retour sur sa conquête.

On a marché sur Mars. On, c’est Bruno, un robot mobile très doué pour éviter les obstacles. Et les obstacles, il n’en manque pas sur ce sol qui ressemble à s’y méprendre à un désert aride, avec ses étendues de sable fin parsemées de multiples rochers. Un paysage de désolation. Lorsque Bruno, pour contourner un gros caillou, effectue avec ses six roues en aluminium une sorte de pas de deux à la manière des crabes, il se montre plus agile que n’importe quel crustacé, traçant sa route et crapahutant sur les dunes sans même se retourner une fois arrivé au sommet.

Un brin dédaigneux, tout de même, ce Bruno, avec sa tête de piaf posée en haut d’un mât télescopique et dotée de deux caméras en guise d’yeux globuleux. « Nous travaillons sur sa vitesse et son agilité pour le rendre plus autonome, ce qui constitue la clef des futurs véhicules tout-terrain [NDLR : les rovers] », explique Ralph Cordey, qui dirige le département science et exploration d’Astrium, filiale d’EADS.

Comprendre Mars pour anticiper l’évolution de la Terre

On a donc – virtuellement – marché sur Mars. Car, en réalité, Bruno a réalisé ses exploits sur le sol de… Stevenage, grosse bourgade britannique située à une soixantaine de kilomètres au nord de Londres, où l’on teste les prototypes des engins robotisés que l’Europe souhaite voir gambader sur la planète rouge en 2018. Dans un vaste local a été reconstitué le plus fidèlement possible l’environnement martien avec, sur les murs, une photo panoramique de plusieurs mètres de longueur. « Plus que jamais, Mars constitue la nouvelle frontière de la conquête spatiale, explique Francis Rocard, responsable des programmes d’exploration du système solaire au Centre national d’études spatiales (Cnes). D’abord pour les machines – sondes et robots -, ensuite pour l’homme. » Ce statut, la planète rouge l’a obtenu depuis que les scientifiques ont fait de Mars une lointaine soeur de la Terre, même si leurs deux destins restent très différents. Mieux comprendre Mars revient donc à s’interroger sur l’évolution possible de notre propre planète.

Mars est l’astre le plus étudié du système solaire, puisque 40 missions lui ont été consacrées, qui ont confirmé la suprématie américaine – des épopées Mariner et Viking aux petits robots Spirit et Opportunity (2003 et 2004). Opportunity fonctionne toujours, après avoir parcouru plus de 37 kilomètres – un record ! Depuis une décennie, il n’y a plus aucun doute quant à l’existence d’une ancienne activité aquatique à la surface de la planète rouge, et chaque découverte confirme que Mars a réuni toutes les conditions nécessaires à la vie.

Pour aller plus loin, les Américains ont fait atterrir une autre génération de MER (Mars Exploration Rover), baptisée Curiosity, qui fête cette semaine sa première année sur la surface martienne. « Cette mission est la plus technique, la plus scientifique et la plus coûteuse de l’histoire de la robotique spatiale », résume Sylvestre Maurice, planétologue à l’université Toulouse III- Paul-Sabatier (LRAP), astronome à l’observatoire Midi-Pyrénées (UPS) et responsable de ChemCam, l’un des instruments les plus importants de l’astromobile.

Curiosity: 2,5 milliards de dollars

Sur le plan technique, le chercheur se souvient avec émotion de l’atterrissage réussi de Curiosity, le 6 août 2012. La bête, qui pèse 1 tonne, embarque 80 kilos de matériels scientifiques, soit 10 fois plus que ses prédécesseurs (8 kilos chacun). En termes financiers, jamais aucune agence spatiale n’avait autant misé sur une mission non humaine (2,5 milliards de dollars). « Il nous a fallu un peu de temps pour apprivoiser Curiosity. Aujourd’hui, ses dix instruments fonctionnent parfaitement », poursuit Sylvestre Maurice. L’engin se dirige actuellement vers le mont Sharp, au centre du cratère d’impact Gale (155 kilomètres de diamètre), une montagne de près de 5 000 mètres qu’il devrait finir de parcourir dans une petite année.

D’ici là, le rover laissera la vedette à d’autres machines. Le 18 novembre 2013, la Nasa (l’Agence spatiale américaine) doit en effet envoyer la sonde Maven, qui scrutera in situ l’évolution de l’atmosphère martienne. Par le passé, celle-ci fut plus dense, et donc propice à la présence d’eau liquide à la surface de la planète. Puis, vraisemblablement à la suite d’un changement climatique, une partie des gaz s’est échappée brutalement. Un mystère que les scientifiques aimeraient élucider.

Après le sol et l’atmosphère, les Etats-Unis exploreront les entrailles martiennes (croûte, manteau et noyau) en lançant l’atterrisseur InSight courant de 2016. Une fois posé, ce robot fixe déploiera une pléiade d’instruments, dont un sismomètre conçu par l’Institut de physique du globe de Paris (IPGP) avec le concours du Cnes, afin de comprendre pourquoi la soeur de la Terre ne connaît plus ni champ magnétique, ni volcanisme, ni tectonique des plaques depuis quelque quatre milliards d’années.

Un vol habité en 2030 ?

Mais la planète rouge n’est pas un terrain de jeux strictement américain. Les années 2016 et 2018 marqueront le retour de l’Europe, avec les deux missions ExoMars. La première vise à faire atterrir une plateforme sur le sol martien, véritable prouesse technologique que seuls les Etats-Unis ont accomplie jusqu’à présent. Pour cela, l’Agence spatiale européenne (ESA) s’est associée aux Russes de Roscosmos. Pas forcément rassurant, il est vrai, quand on sait que ces derniers ont systématiquement échoué jusqu’ici. « Mais le grand rendez-vous pour l’Europe aura lieu en 2018, lorsque le descendant de Bruno, qui s’entraîne toujours à Stevenage, sera expédié sur la planète rouge », s’enflamme Elie Allouis, ingénieur chargé de la prospective robotique chez Astrium. Sur son dos, l’engin portera une foreuse capable de perforer le sol à une profondeur de 1 à 2 mètres. « Jusqu’à aujourd’hui, nous n’avons pas encore trouvé de trace de vie sur Mars, explique Francis Rocard. En creusant, nous avons également l’espoir de déceler des organismes vivants. »

Sans doute pas sous une forme très évoluée et ne dépassant pas le stade de la bactérie. Mais si l’ESA est la première à découvrir une trace de vie sur Mars, elle marquera à tout jamais l’histoire de la conquête spatiale.

Bientôt un rapatriement d’échantillons martiens

Un trophée auquel la Nasa serait prête à renoncer? « Cette planète représente un tel challenge pour l’humanité que sa conquête ne peut plus se concevoir en termes de compétition entre grandes puissances, mais de collaboration », estime le directeur général de l’ESA, Jean-Jacques Dordain (voir l’interview page 28). Les Américains reprendront la main dès 2020 en envoyant MSL-2, le jumeau de l’actuel Curiosity, avec une ambition plus grande encore: réaliser le premier rapatriement d’échantillons martiens… selon un scénario de science-fiction. D’abord, un premier rover doté d’un bras robotique ramassera les roches, qu’il placera dans une boîte hermétique; un second récupérera le conteneur, qu’il ira ranger sur un véhicule spatial posé sur le sol martien. Celui-ci, à l’instar du fameux LEM des missions Apollo, redécollera pour aller s’arrimer à un satellite resté en orbite et dont la fonction consistera à ramener l’ensemble sur Terre…

Et l’homme dans tout cela ? Puisque Mars est la nouvelle frontière à atteindre, quand peut-on espérer y envoyer des spationautes? « Il n’existe pas vraiment de frein technologique à une telle épopée, estime Jean-François Clervoy, le cinquième Français à avoir tutoyé les étoiles [entre 1994 et 1999]. Tout est affaire de volonté politique. » Et de gros sous. Faisons les comptes. Montant de la facture pour la mission de rapatriement d’échantillons des années 2020: 1,5 milliard de dollars. Il en faudrait 298,5 de plus pour un vol habité vers Mars… Obama n’est pas Kennedy et ne peut s’engager à mettre sur la table 300 milliards de dollars, dans le contexte économique actuel.

Donc, le sol martien ne sera pas foulé demain par un « marsboot » américain. Et, selon les spécialistes, sans doute pas avant l’horizon 2030-2040. Car, aujourd’hui, la conquête spatiale par l’homme lui-même patine, comme le prouve l’abandon de Constellation, ce projet phare de la Nasa qui prévoyait de marcher à nouveau sur la Lune en ce début de xxie siècle. « Il s’agissait d’une erreur, une sorte de programme Apollo sous stéroïdes pour installer une base sur notre petit satellite », explique Alain Dupas, physicien et ancien chargé d’études prospectives au Cnes, aujourd’hui chercheur associé à l’université de Washington.

L’exploration spatiale confiée à des sociétés privées

Depuis, Obama a fait d’autres choix. D’abord, décharger la Nasa de la gestion de l’orbite basse, puisque le président américain estime que ce n’est plus à elle d’en assurer la desserte, mais à l’industrie privée. Une idée révolutionnaire qui n’a pas fini de faire du bruit dans le milieu aérospatial. Des sociétés, nouvelles sur le marché, se voient donc confier l’élaboration d’une fusée moyenne pouvant aller jusqu’à la desserte de la Station spatiale européenne (ISS). Le pionnier de cette révolution s’appelle Elon Musk, patron de SpaceX, à qui l’agence américaine a signé un chèque de 1,6 milliard de dollars pour 12 lancements en direction de l’ISS.

« Musk est un concurrent sérieux pour Ariane, parce qu’il a du talent et qu’il est soutenu par des contrats gouvernementaux », estime Alain Charmeau, patron de la branche transport spatial d’Astrium. SpaceX applique au domaine spatial les méthodes développées dans la Silicon Valley et compte quelque 3 000 employés, dont une majorité d’ingénieurs « tous jeunes, hypermotivés et qui font souffler un vent nouveau, comparé aux grandes agences lourdes et sclérosées », renchérit le spationaute Patrick Baudry.

Un nouveau lanceur pour 2017

Autre objectif de Musk: développer un lanceur à partir de technologies éprouvées et avec des moteurs simples mais performants, puis tout construire sur place, dans son usine proche de Los Angeles. Résultat? Une réussite fulgurante, qui lui a permis de concevoir un engin en un temps record, et à un prix inférieur d’un tiers à tout ce qui se faisait jusque-là ! « Il a signé avec la Nasa, il y a cinq ans. Depuis, il a créé une fusée (Falcon 9), une capsule (Dragon), et a même réussi, à la fin de 2012, à s’arrimer à l’ISS », résume Alain Dupas. Vent en poupe, le jeune et déjà milliardaire entrepreneur a inspiré au grand écran le personnage de Tony Stark dans les différents opus d’Iron Man; c’est aussi un proche de Barack Obama.

De son côté, ce dernier n’a eu de cesse de rassurer la Nasa en lui donnant une nouvelle feuille de route, confirmée lors de la présentation du budget 2013 : réaffirmer la prééminence technologique de l’agence américaine en lui confiant le développement d’un lanceur lourd (SLS, pour Space Launch System) et d’une capsule spatiale (CEV, pour Crew Exploration Vehicule) baptisée « Orion » dont l’objectif est de permettre aux Etats-Unis de remplacer la navette mise au rancart en juillet 2011. Le premier, prévu pour 2017, pourra déposer en orbite de 70 à 130 tonnes, tandis que la seconde, héritière de la capsule Apollo, devra être mise en service dès 2014. « L’Europe participe au projet puisque nous fournirons le module de service. C’est rare de travailler avec la première puissance spatiale sur des programmes aussi importants », s’enthousiasme Alain Charmeau. Avec un but final non dissimulé: mettre en place les technologies pour aller sur Mars!

Inventer un moteur nucléothermique ou nucléoélectrique

« Les Américains décideront du tempo pour y aller puisqu’ils consacrent aujourd’hui encore une bonne partie de leur budget aux vols habités », explique Francis Rocard. Les ingénieurs de la Nasa réfléchissent depuis un bon quart de siècle à la façon d’y envoyer des hommes. D’ici à 2030, un seul paramètre pourrait changer la donne: celui de la propulsion. « Sauf à inventer un moteur nucléothermique ou nucléoélectrique qui nous permettrait de faire le trajet aller de 300 à 400 millions de kilomètres de façon moins coûteuse et plus efficace, nous devrions utiliser la propulsion chimique classique », estime Christophe Bonnal, expert à la direction des lanceurs du Cnes.

Dans ce cas, le scénario de la mission Mars semble écrit dans ses grandes lignes : les experts plaident pour un voyage direct, sans arrêt intermédiaire. La première phase consiste à envoyer préalablement et de façon automatique les infrastructures vitales sur la planète rouge – habitat, nourriture, structures gonflables (moins lourdes à emporter), laboratoires, rovers, centrale d’énergie, et surtout le véhicule de retour. L’ensemble est d’abord placé sur orbite terrestre par quatre ou cinq fusées – le fameux SLS (ou son successeur) – puis assemblé dans l’espace comme un Meccano, à l’instar de l’ISS, avant d’être lancé au plus profond du firmament.

Un voyage de trois cent cinquante jours

Trois cent cinquante jours plus tard, l’imposant convoi arrive au-dessus de Mars, une partie y atterrissant et l’autre (le vaisseau de retour) attendant en orbite. « L’idée consiste à produire au sol les ergols nécessaires au trajet de retour et d’alléger ainsi la facture finale de 25 % », explique Patrick Baudry.

Une fois cette première phase accomplie dans sa totalité, il faudra attendre vingt-six mois supplémentaires, du fait de l’alignement des planètes – Mars se situe entre 56 et 400 millions de kilomètres de la Terre selon que les orbites respectives de ces deux planètes les rapprochent ou les éloignent -, pour envoyer à son tour l’équipage humain. Celui-ci sera composé de six personnes, chacune spécialisée dans un domaine. Il comptera un chirurgien-médecin, un géologue, un biologiste, un mécanicien, un électricien-électronicien et un commandant.

Inquiétude à propos des radiations solaires

« En ce qui concerne la composition exacte de cet équipage, rien n’est arrêté », reconnaît Bernard Comet, de l’Institut de médecine et de physiologie spatiales (Medes-IMPS), à Toulouse. Qui s’interroge: « Combien doit-il y avoir de femmes ? Quelles règles de vie adopter pour des gens qui vont coexister dans des espaces confinés durant près de trente mois? Doit-il y avoir un ou deux leaders? Et quid des relations sexuelles? » D’un point de vue physiologique, les longs séjours d’êtres humains à l’intérieur de la station spatiale permettent d’être bien mieux renseignés. Notamment en ce qui concerne la microgravité et ses effets sur le corps, comme par exemple l’ostéoporose, qui se combat par la prise de substituts en calcium et avec des séances quotidiennes de sport (vélo, tapis roulant, musculation).

Mais la principale inquiétude concerne l’effet des radiations solaires. Selon les récentes données fournies par le robot Curiosity, les spationautes devraient recevoir une dose totale de 0,66 sievert durant leur voyage, un chiffre acceptable puisque au-dessous du seuil de 1 sievert fixé par les agences spatiales. « La véritable interrogation porte sur les éruptions solaires brutales, qui peuvent griller un équipage en moins de deux », estime Bernard Comet. Solution envisagée: construire dans le vaisseau un abri blindé où iraient se réfugier les spationaute durant ces périodes, qui peuvent aller jusqu’à quarante-huit heures.

A supposer que le voyage aller ne « grille » personne, l’embarcation devrait approcher de la planète rouge au bout de cent quatre-vingts jours de trajet puis se placer en orbite. Pour cela, elle doit réduire sa vitesse progressivement (jusqu’à 2,4 kilomètres/seconde), soit au moyen des moteurs, soit par la technique de l’aérocapture, qui consiste à utiliser l’atmosphère pour freiner. Là, l’engin retrouve le premier vaisseau interplanétaire déjà arrivé sur place, rempli de carburant et paré au voyage retour.

Paléoclimat, météorologie, géothermie, volcanisme…

« A peine ce rendez-vous réussi, les spationautes se prépareront au moment le plus périlleux de leur aventure : atterrir », estime Alain Souchier, président de l’association Planète Mars. Installés dans le module de descente, ils mettront sept minutes pour toucher le sol. Sept minutes d’angoisse qui paraîtront une éternité ! A ce moment, la capsule utilise d’abord son bouclier thermique jusqu’à ce qu’elle atteigne une vitesse subsonique, puis des parachutes pour freiner brutalement avant d’allumer les rétrofusées et d’assurer un « amarsissage » en douceur.

Sur Terre, le centre de contrôle ne saura rien du déroulement des opérations: il faut en effet entre trois et vingt-deux minutes pour que l’information parvienne jusqu’à nous… Dans ce laps de temps, les spationautes auront probablement déjà revêtu leur combinaison pour poser, pour la première fois, le pied sur Mars.

Pour eux débute alors une mission au sol de cinq cents jours qui légitime véritablement les sommes faramineuses dépensées. Sur place, ils peuvent espérer abattre un travail 100 fois supérieur à celui d’un robot. Et, en un an et demi, ils pourraient effectuer une cinquantaine d’excursions hebdomadaires et couvrir au total quelque 3 000 kilomètres.

« C’est la perspective du séjour au sol que l’on maîtrise le mieux »

« En matière de géologie, rappelle Sylvestre Maurice, les missions Apollo ont montré que les meilleures roches (380 kilos) ramenées sur Terre avaient été soigneusement choisies par le seul géologue de l’équipe, Harrison Schmitt. » Dans toute cette aventure, c’est bien la perspective du séjour au sol que l’on maîtrise le mieux, grâce aux entraînements réguliers pour vivre sur la planète rouge.

Ces simulations ont lieu dans différents déserts (au Maroc, aux Etats-Unis, au Canada) et sont organisées par des fondus de l’exploration spatiale (comme la Mars Society) ; les grandes agences s’y associent parfois. « On y apprend à vivre dans un espace confiné, à adapter les expériences et les technologies pour gérer au mieux la phase d’exploration », explique Alain Souchier. Sur Mars, les sujets d’étude ne manqueront pas pour les spationautes : rôle de l’eau, paléoclimat, météorologie, environnement passé et présent, géothermie, volcanisme, ressources, météorologie, etc. Pour se déplacer, ils utiliseront, comme sur la Lune, un ou plusieurs rovers.

Une des Jeep pourrait être préssurisées

Selon les ingénieurs de la Nasa, l’une de ces Jeep, qui reste à inventer, pourrait être pressurisée afin de pouvoir s’éloigner vraiment de la base principale. Celle-ci doit aussi compter des laboratoires, un centre d’opérations, des ateliers, des espaces de stockage et des zones de vie – salles de réunion, lieux de détente, chambres, sanitaires. Un peu de confort ne sera pas de trop pour un si long séjour.

Le jour du départ, les spationautes prendront place à bord du véhicule de retour, appelé MAV (Mars Ascent Vehicule), dont le carburant aura donc aussi été produit sur la surface martienne. Muni de fusées, il les arrachera du sol pour les ramener en orbite haute, où s’effectuera en automatique l’arrimage au vaisseau de retour. Comme à l’aller, il leur faudra faire preuve de patience avant de rejoindre la banlieue terrestre, où une capsule de type Orion assurera leur descente. Un périple de mille quatre-vingt-dix jours pour explorer un nouveau monde, découvrir de nouvelles formes de vie et, au mépris du danger, avancer vers l’inconnu. Le propre de l’homme, en somme.

Bruno D. Cot

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