Chroniques martiennes

La préparation des missions habitées vers Mars commence en 2003


Dimanche 19 décembre 1999  
Débarquement humain sur Mars (Crédit photo : droits réservés)

Le principal objectif des futures missions martiennes prévues pour 2003 et 2005 va consister à collecter des échantillons martiens pour les renvoyer sur Terre en vue de les analyser. Aussi grandiose que soit cet objectif, ce n'est pas le seul. Les scientifiques attendent également beaucoup d'un ensemble d'instruments dont les résultats seront inestimables pour l'envoi de missions habitées vers la planète rouge.

Mars garde encore pour elle de nombreux mystères, et les dangers auxquels seront exposés les futurs astronautes qui auront la chance d'y poser le pied ne sont pas les moindres. De nombreuses questions cruciales devront trouver des réponses avant que l'on ne puisse sérieusement envisager des projets de missions habitées.

L'atterrisseur de la mission Mars Surveyor 2001 devrait déjà emporter avec lui des appareils capables d'étudier les dangers des rayonnements qui atteignent la surface martienne (expérience MARIE) ainsi que l'éventuelle toxicité de la poussière et du sol (expérience MECA). Suite à la perte de Mars Polar Lander, il est cependant possible que cette mission soit retardée ou même annulée.

Malgré tout, la NASA vient d'annoncer qu'un second ensemble d'instruments aux buts similaires sera également présent sur l'atterrisseur de la mission programmée pour 2003. Comme pour Mars Surveyor 2001, c'est le centre HEDS (Human Exploration and Development of Space) de la NASA qui prendra en charge la conception et le développement de cette charge scientifique secondaire. Le coût total du projet sera d'environ 32 millions de dollars. La charge scientifique est encore à l'étude et elle ne sera finalisée qu'au milieu du mois de janvier 2000. Deux instruments au moins pourraient subir d'importantes modifications (MITCH et PROMISE).

MANES : Qui a peur des neutrons martiens ?

Mars est une planète hostile, et sa surface est vraisemblablement soumise à un flux important de radiations, qui pourraient provoquer des maladies, augmenter fortement les risques de cancers et de mutations et aller jusqu'à induire des malformations chez les nouveaux nés qui ne manqueront pas de naître un jour sur Mars. Une mission habitée de type Mars Direct s'étend sur plusieurs années, et les astronautes seront donc exposés sur une longue période au bombardement des particules hautement énergétiques des rayons cosmiques. Sur Terre, la magnétosphère et une atmosphère épaisse jouent le rôle de barrière de protection. Au contraire de notre planète, Mars ne possède aucune magnétosphère (suite à la disparition de son champ magnétique) et son atmosphère est bien trop ténue pour filtrer les particules des rayons cosmiques. Celles ci frappent donc en toute impunité la surface martienne (notons cependant que l'atmosphère à une densité suffisante pour stopper les particules émises pendant les éruptions solaires).

Parmi les particules les plus dangereuses se trouvent les neutrons. Sur Terre, des neutrons de faible énergie sont produits par l'interaction des rayons cosmiques avec les atomes de l'atmosphère. Les neutrons émis au cours de ses interactions ainsi que d'autres particules parviennent à rejoindre la surface, mais leur énergie est tellement faible qu'ils sont facilement arrêtés. Ils ne pénètrent généralement pas plus loin que les couches supérieures de l'épiderme.

Sur Mars, les rayons cosmiques traversent sans problème l'atmosphère ténue. Lorsqu'ils arrivent en surface, ils peuvent donner naissance à des neutrons très énergétiques s'ils rentrent en collision avec des matériaux comme l'aluminium (le métal de prédilection pour assembler une base martienne). Même le choc avec les atomes de la basse atmosphère peut donner naissance à des particules assez véloces pour constituer un danger. Ces neutrons de haute énergie peuvent pénétrer profondément dans le corps humain et toucher des organes sensibles comme la rate ou le foie. Le risque de cancer ou de mutations devient élevé, et certaines cellules peuvent subir des dommages irréversibles. Avant d'envoyer des individus gambader sur Mars, il est indispensable d'en apprendre plus sur les radiations neutroniques et sur les risques qu'elles font peser sur l'organisme humain. L'expérimentation MANES (Martian Neutron Energy Spectrometer) permettra d'appréhender les dangers causés par l'interaction des rayons cosmiques avec l'atmosphère martienne et les matériaux constitutifs des vaisseaux et des habitations. Cette expérience devrait coûter dans les 3 millions de dollars.

MOD : A la recherche d'une vie martienne

Même si tout semble à première vue stérile, il est fort possible que la vie ait pu apparaître sur Mars il y a des milliards d'années et que des organismes y survivent encore aujourd'hui. Des formes de vie martiennes, bactéries, virus ou molécules de type prion pourraient bien représenter un danger pour les explorateurs. Même si le risque d'une contamination est trop souvent exagéré par une presse en manque de sensation, il ne peut être négligé. Il est donc particulièrement important de savoir si la vie a pu naître sur Mars et s'il existe encore des écosystèmes martiens en activité. Si c'est le cas, il faudra prendre des mesures appropriées, non seulement pour protéger l'homme d'une éventuelle infection biologique, mais également pour empêcher l'invasion et l'annihilation de ces écosystèmes par des organismes importés de la Terre. La découverte d'une vie sur Mars consisterait sans aucun doute l'un des évènements les plus importants de toute l'histoire de l'humanité et la préservation de ces "oasis" de vie aura une priorité maximale. Le problème de la contamination se pose également pour la mission de retour d'échantillons. Il faut à la fois lutter contre une contamination des échantillons par des organismes terrestres présents accidentellement sur les instruments (au moment du prélèvement sur Mars, mais aussi et surtout lors de l'analyse dans les laboratoires terrestres), et empêcher une contamination de l'environnement terrestre par d'éventuelles formes de vie martiennes contenues dans les échantillons.

L'une des méthodes pour détecter d'éventuelles formes de vie à la surface d'une planète consiste à rechercher la présence de matière organique. Une recherche de ce type a déjà été menée sur Mars par les atterrisseurs des sondes Viking grâce à un GC-MS (un chromatographe phase gazeuse couplé à un spectromètre de masse), mais elle n'a rien donné (pour en savoir plus sur cet instrument, voir sa description et les résultats de la recherche). L'absence totale de matière organique à la surface de Mars était surprenante. Même le sol lunaire contient des petites quantités de composés organiques, qui sont apportés par l'averse incessante de météorites qui frappent le sol sélène. Pour expliquer le résultat négatif de l'expérience Viking, il a fallu envisager une destruction de la matière organique météoritique au fur et à mesure de son dépôt. Le sol martien s'est alors vu attribuer des propriétés oxydantes capables de venir à bout de la moindre molécule carbonée. Mais certains chercheurs, comme le professeur Gilbert Levin, n'étaient pas du tout de cet avis. Gilbert Levin était l'investigateur principal de l'un des trois détecteurs de vie embarqués sur Viking, le détecteur LR (Labeled Release). Cette expérience a été la seule à donner un résultat que certains (dont Levin) qualifient de positif (l'histoire de la controverse autour des résultats des détecteurs biologiques de Viking est tellement passionnante qu'elle a donné matière à des livres. Je lui consacrerai prochainement un chapitre entier !).

Pour ce chercheur, le sol martien contenait bien de la matière organique, mais la sensibilité du GC-MS utilisé pour la détecter était trop faible pour la mettre en évidence. Pour mettre fin à cette vive controverse, les américains avaient mis au point une expérience (MOX, Mars Oxidant Experiment) pour mesurer avec exactitude les véritables propriétés oxydantes du sol martien. Embarquée sur les petites stations de la mission russe Mars 96, les résultats qu'elle devait fournir était attendu avec une impatience non dissimulée. Mais la sonde Mars 96 s'est lamentablement crashée au décollage, emportant avec elle les espoirs de Levin.

L'heure de la revanche a peut être sonnée avec l'expérience MOD (Mars Organic Detector), dont l'objectif est de détecter des quantités très faibles de composés organiques dans les échantillons qui lui seront soumis. Notez ici qu'il sera nécessaire de différencier la matière organique d'origine extraterrestre (provenant de la pluie de météorites) de la matière organique issue d'êtres vivants.

Le principe de cet instrument de 3 millions de dollars est le suivant : un échantillon de roche ou de sol va être chauffé et les composés organiques seront alors vaporisés. Les gaz émis sont extraits du four être dirigés vers un tube très froid dont la température sera voisine des températures glaciales qui règnent sur Mars la nuit. Les composés organiques se condenseront alors à la surface du tube. Des électrodes spécialisées dans la détection d'acides aminés ou d'autres molécules d'intérêt biologique entreront alors en action. Le seuil de sensibilité est incroyablement bas. L'appareil serait capable de détecter la présence de deux cellules vivantes dans un gramme de matière ! Autant dire que le GC-MS des Viking, qui était pourtant une merveille de technologie pour l'époque, fait désormais figure d'antiquité ! Si l'instrument met en évidence des substances organiques, cela ne constituera pas une preuve définitive de la présence d'une vie martienne, mais cette possibilité (extraordinaire dans ses implications) ne pourra plus être écartée. Par contre, si l'instrument ne détecte absolument rien, alors que sa sensibilité est proprement stupéfiante, il faudra commencer à regarder Mars comme une planète n'ayant jamais connu la vie (ou alors à une époque très reculée).

MITCH : Quand Mars se déchaîne

Mars est une planète désertique par excellence, et elle est le siège d'une activité éolienne très importante. Des tempêtes de poussière peuvent prendre naissance de manière soudaine et grossir assez rapidement pour recouvrir toute la planète. De plus, les images de Mars Global Surveyor nous ont permis de prendre conscience d'un phénomène important que l'on croyait marginal. La surface martienne semble être en permanence parcourue par des tourbillons de poussière (dust devils), des mini tornades qui se déplacent au ras du sol et qui sont peut être les principaux responsables de l'injection dans l'atmosphère d'une grande quantité de poussière. L'étude des tempêtes de poussière et des dust devils est nécessaire pour permettre le développement de moyens de protection adéquats. Une autre activité météorologique pourrait également poser des problèmes. Il s'agit des orages, dont les décharges électriques pourraient perturber sérieusement le fonctionnement de divers systèmes électroniques comme les robots ou les ordinateurs.

L'expérimentation MITCH (Mars Investigation of Total Climatological Hazards) se propose d'étudier les dangers météorologiques de l'environnement martien. MITCH était initialement conçu pour étudier le sol, la poussière ainsi que les interactions entre la surface martienne et l'atmosphère, mais la NASA a demandé de nombreux changements ainsi qu'une baisse significative du budget alloué à l'expérience (de 8,5 millions de dollars, il n'est plus que de 3 millions).

MITCH comporte premièrement un lidar (une sorte de radar qui émet des pulses de lumière laser à la place d'ondes radio) couplé à une caméra pour traquer les tourbillons de poussière. Ce lidar est similaire à celui de l'atterrisseur Mars Polar Lander. L'appareil utilise son faisceau laser pour détecter les particules de poussière en suspension dans l'atmosphère. Il balayera en permanence les régions situées autour de l'atterrisseur. Dés qu'une forte concentration de poussière est détectée, la caméra est activée et pointée vers le tourbillon de poussière présumé.

L'un des changements expressément demandés par la NASA consiste à ajouter à MITCH un appareil (non prévu à l'origine) pour mesurer les propriétés électriques de l'atmosphère et de certains phénomènes atmosphériques violents. Il s'agira d'une sorte de récepteur radio capable de détecter les interférences (qui prendront par exemple la forme de craquements) causées par des décharges électriques ou des éclairs sur une large gamme de fréquence. Les dust devils, ainsi que les importantes concentrations d'aérosols qui se mettent en place pendant les tempêtes de poussière pourraient bien avoir une origine électrique et être similaires aux orages terrestres. Il serait également intéressant de savoir si l'atmosphère martienne peut accumuler ou véhiculer de d'électricité. Enfin, MITCH pourrait se voir attribuer un dernier rôle : déterminer si le sol martien est un bon conducteur d'électricité.

PROMISE : Alchimie atmosphérique

La dernière expérience sera focalisée sur l'utilisation des ressources locales martiennes pour subvenir aux principaux besoins d'une base habitée. L'usine chimique PROMISE (Production of Resources on Mars In Situ for Exploration) devra fabriquer de l'oxygène, de l'azote, de l'argon et du méthane à partir de l'atmosphère martienne, qui est principalement composée de dioxyde de carbone. L'expérience est donc plus ambitieuse que celle embarquée sur Mars Surveyor 2001 (MIP). L'oxygène et le méthane serviront ensuite de propergols pour alimenter les moteurs des fusées ou des véhicules au sol. Combiné à l'azote et à l'argon, l'oxygène permettra également de reconstituer une atmosphère respirable. Un nouveau composant, un banc d'essai pour un moteur de fusée, fixé sur une partie stable de l'atterrisseur, pourrait être ajouté à l'expérience à la demande de la NASA. L'usine chimique devra également comprendre des systèmes de stockage cryogéniques. La conservation d'oxygène liquide dans des réservoirs pose un problème important, car ce gaz ne se liquéfie qu'à très basse température. Si le réservoir n'est pas refroidi correctement, l'oxygène peut finir par passer en phase vapeur et des fuites peuvent se produire. PROMISE va donc être une démonstration grandeur nature de notre capacité à produire, stocker et utiliser de l'oxygène et du méthane pour faire fonctionner un petit moteur de fusée. Cette expérience est sans aucun doute la plus étonnante du lot !

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