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La colonisation de Mars

L'avenir (II)

D'ici un siècle

Quelle que soit l'agence spatiale ou l'astronaute, personne n'envisage réellement de coloniser Mars dans les prochaines décennies. Les annonces que l'on diffuse à ce sujet sont destinées au grand public car les agences spatiales et les industriels savent pertinemment bien qu'ils n'ont pas les ressources pour conduire un projet aussi ambitieux.

Quand les autorités concernées parlent de l'exploration de Mars, quoi qu'en disent les politiciens pour flatter leur électorat, c'est dans un contexte scientifique. Dans l'esprit des chercheurs comme des astronautes, explorer Mars consiste avant tout à réaliser deux objectifs :

- Découvrir si la vie s'est développée sur Mars. Si la réponse est positive, cela donnerait aux biologistes et exobiologistes (ou astrobiologistes) une meilleure compréhension des origines de la vie et beaucoup d'espoir dans notre quête d'une vie extraterrestre, éventuellement intelligente.

La vie s'est développée sur Terre et on se demande s'il elle ne serait pas apparue également sur Mars voici 4 milliards d'années. Elle se situe dans la zone habitable et a donc pu connaître un passé plus glorieux.

Jusqu'à preuve du contraire la Terre est la seule planète où la vie a pu se développer. On ignore exactement pourquoi et comment la vie y est apparue, mais nous savons qu'il sera très difficile de reproduire le même environnement sur une autre planète, même sur Mars qui présente des similitudes géologiques et météorologiques avec la Terre...

- Comprendre comment Mars est devenue une planète désertique et stérile. Une meilleure compréhension de l'évolution de la planète Rouge aidera les chercheurs à comprendre comment nous pouvons éviter qu'un tel scénario catastrophe se produise sur Terre en raison de la hausse des températures et des changements climatiques.

Les sondes d'explorations vont donc continuer leur travail de "détective", comparant l'évolution de Mars à celle de la Terre. Les deux planètes sont en effet nées ensembles, mais l'une était plus petite et plus légère que l'autre et a subit une lente dégradation, ceci est facile à comprendre. Mais en modelant la Terre à notre façon, en modifiant le climat et en conduisant à la perte des autres espèces, ne risque-t-on pas de scier la branche sur laquelle nous vivons ? 

Répondre à ces questions est l'un des enjeux de la conquête de Mars. Mais en aucun cas il faut considérer l'exploration de Mars comme une fin en soi, une sorte d'Eldorado du futur visant à dépeupler la Terre devenue invivable de ses habitants...

Dans ce contexte, il n'est pas question de coloniser Mars ni à court ni à moyen terme. Pendant au moins un siècle, il s'agira au mieux de missions scientifiques de quelques années, le temps de travailler sur place six mois en attendant la prochaine fenêtre pour revenir sur Terre. A l'exception du milieu très hostile, de la distance et de la nature du terrain, ce seront des missions similaires aux expéditions en Antarctique.

En fait, comme nous l'avons expliqué, la NASA et quantité de sociétés et de laboratoires privés planchent déjà sur la question. Les critères d'une mission vers Mars sont déjà connus : étant donné que le projet Vasimr n'est qu'au stade de prototype, nous devons nous rabattre sur la technologie existante et ayant fait ses preuves. Cela signifie une propulsion chimique (voire électrique, la seule alternative déjà testée dans l'espace), une durée du vol de 6 à 9 mois, un vaisseau-mère assemblé sur Terre (les assemblages en orbite terrestre sont postposés), un lander martien aérodynamique à décollage et atterrissage vertical, équipement revu, aides à la décision et systèmes experts, combinaison ultra-légère, bourrée d'électronique de pointe, ordinateur portatif, écran souple et caméras de dernière génération, etc.

Jusqu'à quel point la haute technologie sera exploitée dépendra de la fiabilité, des performances et du coût de ces innovations. On en reparlera vers 2035. En effet, ce programme très ambitieux dépendra des prioriétés du gouvernement américain.

A gauche, le Dr Raj Kaul du MSFC examinant une brique faite de polyéthylène renforcé (RXF1), une nouvelle matière plastique appelée RXF1 dont il est le coinventeur avec Nasser Barghout. Cette brique plastifiée absorbe 20% de plus de rayons cosmiques que l'aluminium, elle est aussi plus résistante et plus légère que l'aluminium. A droite, le deuxième étage de la fusée BFR (Big Falcon Rocket) de SpaceX posé près d'une colonie martienne. Le BFR fait office de vaisseau de ravitaillement et sa charge utile peut être configurée en version "crew", "cargo" ou "tanker". Document Bryan Versteeg.

Nous ne savons même pas si la vie pourrait s'implanter dans l'environnement hostile de Mars. Entre faire pousser des tomates et des pommes de terre dans un milieu de culture contrôlé d'un laboratoire et les laisser "tirer leur plan" dans la poussière toxique de Mars et sous les UV... il y a un pas que les chercheurs sont peut être prêts à franchir pour publier un "papier" et conserver leurs subsides mais sans doute pas les astronautes qui tiennent à leur vie. Sur Mars, la seule alternative sera la culture sous serre, dans des environnements contrôlés similaires à ce qu'on fait déjà sur Terre, par exemple dans Biosphère 2..

Dans quelques siècles

L'exploration de Mars semble inévitable, même si l'on discute encore de l'opportunité d'une mission humaine toujours très coûteuse et très risquée. Que cette exploration soit remise aujourd’hui en question, cela se conçoit, mais un jour ou l'autre l'homme embarquera destination Mars pour y rester.

Si on se projète dans un futur plus lointain que même nos petits enfants ne peuvent pas imaginer, on peut envisager une colonisation de Mars à grande échelle, dans une dimension politique et économique internationale qui va bien au-delà de la simple raison "stratégique", la recherche scientifique ou la prouesse technologique d'une seule nation. C'est uniquement dans ce cadre que le budget pourrait être dégagé et dans cette éventualité les autorités n'hésiteront pas à solliciter le support du secteur privé (les industriels) et des universités étrangères. En effet, ce projet sera "l'Aventure du siècle" pour l'Humanité qui visera à asseoir son expansion dans l'espace pour les siècles à venir.

Mais le pari est loin d'être gagné. Ainsi que nous l'avons expliqué, Mars ne dispose pas de champ magnétique, pas de Ceinture de Van Allen ni d'ionosphère, le sol est stérile et bombardé de rayonnements ionisants (UV, rayons X, protons rapides, électrons). Cela veut dire que celui qui s'exposerait au Soleil de Mars encourerait en quelques mois un cancer de la peau et y perdra la vie sous le bombardement des rayons cosmiques.

En temps normal, Mars reçoit déjà des doses létales de radiation qui empêcheraient tout visiteur de l'explorer des heures durant. Une exploration en quad comme cela est envisagé par la Mars Society serait encore l'idéal pour explorer le plus de territoire possible en un minimum de temps. Mais à la moindre éruption solaire l'astronaute devrait se réfugier dans un abri pour se protéger des radiations ionisantes. Qui a envie de prendre ce genre de risque ? Personne !

Nos descendants auront le temps de réfléchir à ces problèmes.

Terraforming

Serait-il possible à l’avenir de rendre Mars vivable, de créer comme le suggèrent les films de science-fiction une planète "Génésis" où une opération appelée “terraforming” modifierait sa surface et son atmosphère pour la rendre habitable par l’homme, tout en ignorant pas ce qui vient d'être dit juste avant ?

Ce projet n’est pas innocent et revient depuis quelques années sur le devant de la scène, suite à la reprise de l’exploration martienne. Malgré le froid, Mars reste en effet l’endroit le plus propice au développement de la vie dans le système solaire. Tous les éléments sont réunis : l’eau, le carbone, l’oxygène (sous forme de dioxyde de carbone) et l’azote, autant d’éléments que l’on retrouve dans la cellule la plus simple.

La température globalement négative en surface s'explique par la très faible pression de son atmosphère équivalente à 1% de celle qui existe sur Terre, à l’absence d’air chaud et de vapeur d’eau. L'eau existerait sous la croûte, à plus de 100 m de profondeur, sous forme de glace et plus bas encore, sous l'effet de la chaleur du noyau, peut-être sous forme liquide.

Terraforming de Mars. Documents T.Lombry.

L'idée du terraforming consiste à faire fondre les calottes et la glace de Mars; selon les estimations l'eau ainsi libérée pourrait couvrir toute la planète sur 200 m de hauteur. La science peut réaliser ce projet en "polluant" Mars avec des gaz à effet de serre, ceux justement dont on essaye de limiter la concentration sur Terre.

Les réserves de dioxyde de carbone du sous-sol permettraient d’augmenter la pression atmosphérique jusqu’à 30% de la pression terrestre, des gaz à effet de serre pouvant réchauffer l’atmosphère et porter la température au-dessus du point de congélation de l’eau. En conséquence de quoi, l’eau actuellement prisonnière du sous-sol pourrait affleurer en surface. Par la suite, avec des éléments pris dans le sous-sol, une fois Mars réchauffée on pourra y envoyer des organismes vivants producteurs de gaz carbonique.

Après une longue période les plantes pourront produire de l'oxygène, et un siècle plus tard des colons pourraient y vivre en portant un masque à oxygène et s’y déplaceraient sans combinaison spatiale. Des plantes pourraient s’y développer en présence de dioxyde de carbone et produiraient l’oxygène manquant permettant aux habitants de se débarrasser définitivement de leur masque à oxygène. Le processus de terraforming pourrait également être accéléré en plaçant une série de miroirs autour de la planète afin de réchauffer sa surface et déclencher le développement de la vie. Mars, planète désertique et froide se transformerait ainsi en une seconde Terre, chaude, humide et vivable.

Le terraforming de Mars. A gauche, réchauffement de Mars au moyen de miroirs statiques de Zubrin. Ensuite, si les conditions sont réunies, ce ne serait qu'une question de temps. Une utopie aujourd'hui, peut-être une réalité dans quelques siècles. Documents NASA, Albert T.Kamajima et Venngage.

Ensuite le ciel sera bleu sur Mars comme sur Terre, la terre sera ocre et couverte d'herbe, l'eau coulera sur le sol sans s'évaporer. Seul le Soleil sera plus petit et sa chaleur un peu moins réconfortante. Les vallées martiennes garderont leurs disproportions avec des falaises de 10 km de haut et des volcans culminant à 26 km d'altitude plongés dans la brume ou couverts de neige, mais il y aura des prairies, des bois, des animaux et plusieurs milliers d'années plus tard, une colonie martienne s'y sera implantée avec succès marquant le début de l'expansion de l'humanité dans l'espace.

Des difficultés en perspective

 Si sur le papier ce scénario fonctionne, nous verrons qu'une étude récente (cf. B.M. Jakosky et C. S. Edwards, 2018) a montré qu'en pratique la quantité de gaz carbonique est trop faible sur Mars pour produire un effet de serre significatif et le gaz carbonique séquestré dans le sol ne peut être mobilisé rapidement. En résumé, le terraforming de Mars n'est pas réalisable avec la technologie actuelle.

Même si nous avions la technologie, ce scénario ne peut vraisemblablement pas s'auto-entretenir et nous ignorons combien de siècles seront nécessaires pour mener à bien cette transformation. Si l'effet de serre est plus important que sur la Terre, il faudrait entre 50 et 100 ans pour faire fondre la glace des pôles et plusieurs dizaines de milliers d'années seront sans doute nécessaires pour que les cynaobactéries, les plantes et les arbres produisent une atmosphère respirable.

Les meilleures estimations parlent de 4 à 5 siècles seulement pour rendre Mars habitable; mais a priori c'est utopique et très mal connaître l'évolution des écosystèmes. Nous ne connaissons qu'une poignée de variables de ce système climatique et nul ne sait ce qui peut advenir en manipulant ainsi un écosystème sans connaître toutes les conditions initiales et les effets de bord potentiels à l'échelle planétaire. Pour stabiliser l'atmosphère un délai de plusieurs milliers d'années est plus raisonnable. A ce moment là Mars sera à l'abri des radiations ionisantes, son atmosphère sera chaude et humide et on pourra finalement y vivre sans masque à oxygène. Mais ça, c'est un rêve éveillé !

Le projet Nomad de terraforming de Mars proposé en 2013. Les inventeurs verraient bien cette installation fonctionner en 2020 et pendant des milliers d'années.

Car à terme Mars redeviendra inhospitalière et les hommes devront entretenir le terraforming s'ils souhaitent y vivre à long terme. On peut bien entendu confier cette régulation à des machines comme l'a proposé le projet Nomad lors de la compétition "Skyscraper" en 2013 mais même dans ces conditions, Mars ne sera pas viable avant l'an 3000 en étant très optimiste.

Sans compter que se posera la question de l’éthique à respecter : l’homme peut-il à sa guise façonner une planète ? Il faudra également amender le droit spatial au-delà des limites du système Terre-Lune et alimenter un budget qui ira croissant au détriment des autres projets astronautiques (station orbitale, base lunaire, exploitation des astéroïdes, etc). Mais à cette époque, nos futurs élus auront certainement révisé leur budget et leur planning.

En guise de conclusion

Mars reste la planète la plus séduisante après la Terre. Pourtant, si elles ont beaucoup de points communs sur les plans géologique et climatologique, leurs différences sont importantes et lourdes de conséquences pour le développement de la vie. Si Mars vaut une excursion et même un séjour prolongé en pension complète, compte tenu des technologies actuelles, il est impossible de s'y acclimater.

Espérer vivre ou plutôt travailler sur Mars imposera de relever sérieusement le niveau de sécurité, à moins d'aimer les mutations... génétiques ou d'ordre professionnelle ! A vous de juger mais c'est loin d'être une boutade si on en juge par les symptômes que présentent déjà les astronautes ayant séjourné longtemps dans l'espace. Mais certaines personnes comme Valery Polyakov de Roscomsos, Scott Kelly de la NASA et Thomas Pesquet de l'ESA acceptent de prendre ce risque... mais à condition que tout soi mis en oeuvre pour l'éviter.

Mais pour délocaliser sur Mars, il faut d'abord financer le projet. Le coût d'une seule mission habitée est astronomique : entre 500 et 800 milliards de dollars. C'est plus que le PIB de la Belgique (458 B$ en 2022) ou le prix d'une grande guerre régionale ! De telles investissements font l'objet de critiques. Cela vaut-il la peine d'envoyer des humains sur Mars à une époque où les tensions géopolitiques affectent le prix des énergies et des biens de consommation, où le réchauffement du climat impacte la survie de la population, où les problèmes socio-économiques sont concrets pour beaucoup de personnes et où même les pays riches ont du mal à subvenir aux besoins des plus nécessiteux ? Avec 800 milliards de dollars on peut aussi avancer dans la recherche contre le cancer ou dans l'intelligence artificielle. Mais il est aussi vrai que personne n'acceptera de mettre 800 milliards de dollars sur la table pour vaincre le cancer... (en revanche, en 3 ans la pandémie de Covid-19 coûta ~7000 milliards de dollars à l'économie mondiale). Bref, dans une société démocratique qui se veut égalitaire mais où les inégalités s'accentuent entre les classes sociales, l'intérêt d'un vol habité vers Mars mérite d'être posé. Mais il n'est certainement pas justifié en termes scientifiques.

Document Freepik.

Mais finalement, le vrai problème est ailleurs. Une telle aventure est avant tout une aventure humaine où l'aspect psychologique est prédominant. La véritable question est de savoir qui accepterait de vivre des mois d'abord dans une fusée exiguë séparée du vide spatial par quelques mètres de métal et ensuite de séjourner au moins six mois voire deux fois plus longtemps sur Mars, à passer ses journées en scaphandre autonome dans le désert glacial martien et le reste du temps dans un abri enterré éclairé à la lumière artificielle, à respirer de l'air conditionné recyclé, à boire de l'urine recyclée et à manger des repas de cantine, des conserves agrémentés de quelques légumes issus de l'agricule hydroponique ou des végétaux comme le cresson ou la spiruline (une algue) cultivée dans la terre martienne et transformée en steak végétal ? Il faudra aussi s'assurer que les zones habitées sont à l'abri des microbes, des contaminations, que des films microbiens ne se développent pas dans les endroits humides et veiller à ce que tous les appareils et principalement de survie soient toujours en bon état. C'est un travail de maintenance au quotidien qui ne tolère aucune erreur.

Sur le plan humain, les relations seront limitées aux activités professionnelles et pas toujours au beau fixe. Les loisirs seront également très limités; à part les jeux d'intérieur, écouter de la musique et regarder des émissions enregistrées sur support numérique, les volontaires n'auront pas accès à la télévision, à la radio, au téléphone ni à Internet. Impossible de se changer les idées en passant par exemple du bon temps dans la nature. Impossible de rendre visite à sa famille ou ses amis rester sur Terre ni de les inviter pour la journée. Les zones d'habitations, les labos, les cuisines et les garages seront frustes et réduits au stricte nécessaire. Et comment gérer un éventuel accident matériel ou pire, humain exigeant une hospitalisation, sans même parler du risque d'impact météoritique ?

A long terme, étant donné l'emprise du privé dans ce secteur très prometteur et loin de l'encadrement juridique des terriens, qui aura envie de passer sa vie emprisonné, sans vie privée et au service d'une entreprise privée qui du jour au lendemain peut décider de votre destin ? En effet, qui voudra s'engager pour une société comme SpaceX ou une future société minière qui sous n'importe quel motif dont celui de la rentabilité peut vous imposer de travailler sur d'autres projets, des cadences plus élevées, des salaires qui dépendent de votre performance et un retour sur Terre conditionné à vos résultats ?

Non seulement le rapport de force pénalise les astronautes mais ce sont des conditions de vie spartiates qui attendent les candidats, dans des conditions difficiles voire extrêmes pas très différentes de celles que subissent les prisonniers qui ne séduiront pas vraiment les éventuels colons, encore moins leur famille.

Dans ces conditions et compte tenu de la technologie spatiale actuelle, Mars restera une destination et un objectif très lointains et une planète inhospitalière qui peut décourager même les meilleures volontés. La planète Rouge restera pendant quelques siècles encore une destination virtuelle pour le grand public, réservée à une élite de volontaires que des missions spatiales ayant 50% de réussir n'intimident pas.

Malgré toutes ces contraintes et ces risques, Scott Kelly et Thomas Pesquet estiment qu'une mission vers Mars est "doable", faisable, et comme d'autres volontaires qui s'entraînent actuellement dans des conditions contrôlées en laboratoire ou dans le désert de l'Utah, ils sont même prêts à partir pour Mars si on leur demandait.

Pour plus d'informations

Sur ce site

Mars, la planète Rouge

Terraforming de Mars

Exploration de Mars

SpaceX Interplanetary Transport System, Space X, YouTube, 2016

NASA's Plan for Human Exploration Beyond Low Earth Orbit (PDF), NASA, 2017

Deep Space Gateway to Open Opportunities for Distant Destinations, NASA, 2017

NASA's Journey to Mars, NASA, 2014

Moon to Mars, A Journey to Inspire, Innovate, and Discover (PDF), NASA, 2004

Cap sur Mars : Un plan pour l'exploration et la colonisation de Mars par l'homme, Robert Zubrin et al., éd.Goursau, 2004

Report of the 90 Days Study of Human Exploration of the Moon and Mars (PDF), NASA, 1989

Mars 2007 and Beyond, les futures missions vers Mars

Sun-Mars libration points and Mars mission simulations (PDF), Jon D.Strizzi et al., 2001

Project Mars : A Technical Tale, Wernher von Braun, Apogee Books Science Fiction, 1953/2006

Scenario for Possible Crewed Mission (NSSDC)

Jet Propulsion Laboratory

Mars 2020, NASA

ExoMars, ESA.

Retour sur Mars

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