Mars, le voyage improbable
Un milliardaire américain bien connu, un certain Elon Musk, nous répète qu'il compte organiser un jour ou l'autre la colonisation de la planète Mars. Mais il ne précise pas la date exacte (et le connaissant, cela vaut peut-être mieux). Est-ce un projet réaliste ou utopique ?
Pour répondre à cette question, on va analyser tout ce qu'il faudrait réussir à faire pour placer un homme sur Mars et le ramener vivant sur Terre. Pas de science-fiction, tout ce qui suit sera 100% réaliste car c'est la règle sur ce blog. Si vous préférez les rêves, je vous partage les miens sur Imaginographie.
Et pour que ce soit plus logique, on va traiter les problèmes un par un, dans l'ordre dans lequel ils se poseraient.
Le coût astronomique
Avant toute autre chose, pour un programme spatial, il faut de l'argent. Beaucoup d'argent. Mais pour celui qui nous intéresse, on change d'ordre de grandeur.
Il ne s'agit plus d'orbiter autour de la Terre ou d'atteindre la Lune, qui ne se trouve qu'à 380 000 km. Pour aller sur Mars il faut parcourir plus de 225 millions de km en moyenne. Cela ne nécessite pas seulement une seul grosse fusée type Saturn V. Il faut tout un "train" spatial avec fusée, module habitable, module de descente/remontée, module technique et module de propulsion.
Car la planète Mars n'est pas seulement plus éloignée que la Lune. Elle présente des défis extrêmement complexes à relever. Ne prenons qu'un seul exemple, l'atmosphère.
Celle de Mars est la pire qui soit. Elle est trop fine pour permettre à un vaisseau spatial de freiner suffisamment grâce à un bouclier atmosphérique, comme cela se fait lorsqu'on retourne sur Terre. Mais elle est aussi trop épaisse pour être ignorée. La traverser sans protection mènerait à la destruction du vaisseau spatial.
Pour atterrir sur Mars en toute sécurité, il faut donc combiner toutes les techniques existantes. Un bouclier thermique pour résister à la traversée de l'atmosphère et des moteurs-fusées pour vous ralentir jusqu'au sol. Sur la plupart des autres planètes du système solaire, on utilise l'un ou l'autre mais jamais les deux.
Cela veut dire que pour amener des humains sur la planète rouge, il faudrait développer des dizaines de nouvelles technologies. Il faudrait les tester. Tout cela aurait un coût, c'est le cas de le dire, astronomique.
Et puis surtout il faudrait prendre en compte les aléas. Comme cette expérience n'a jamais été tentée auparavant, il n'y a nul point de comparaison, nul précédent auquel se rattacher.
L'histoire des très grands projets montre que les estimations initiales sont toujours dépassées, et pas qu'un peu. Le tunnel sous la Manche a coûté deux fois plus cher que prévu. L'opéra de Sydney, qu'on imagine moins complexe qu'un vaisseau spatial, avait un budget de départ de 7 millions de dollars australien, pour une dépense finale réelle de... 102 millions. Et la station spatiale internationale, qui devait coûter 37 milliards de dollars, en a finalement englouti 150.
Pour toutes ces raisons, on ne sait pas dire exactement combien coûterait un voyage vers Mars. Dans l'hypothèse où on n'emmènerait qu'un équipages réduit, disons quatre à six personnes, les estimations varient entre 200 et 1 000 milliards de dollars. Quand l'incertitude varie d'un facteur cinq, vous pouvez commencer à avoir peur.
Qui sort la carte bancaire ?
Maintenant que vous avez une idée de la note, à votre avis, qui va la payer ?
On peut imaginer un financement étatique classique comme par exemple aux Etats-Unis, où une agence gouvernementale, la NASA, met en place un programme spatial avec l'argent du contribuable.
Le problème, c'est que les sommes annoncées dépassent les capacités de n'importe quel état, même les Etats-Unis. Le budget de la NASA pour 2025 était de 25 milliards de dollars. Pour aller sur Mars comme on l'a vu, il faudrait entre 10 fois et 40 fois cette somme. Par conséquent le projet serait obligatoirement une coopération internationale.
Or la NASA est de loin l'agence spatiale la plus riche du monde. Les autres pays consacrent à l'espace des sommes bien plus faibles. Même en combinant tous leurs moyens, il resterait une part énorme à financer. Une seule solution, se tourner vers les acteurs privés.
On pourrait faire un appel aux dons aux particuliers mais je doute que ceux-ci répondent très favorablement ! Il faudrait donc solliciter les entreprises. Lesquelles n'investissent généralement que si elles y trouvent leur intérêt.
Le problème, c'est qu'on ne voit pas trop ce que le projet pourrait leur rapporter. La planète Mars ne présente aucune ressource qui pourrait ensuite être revendue très cher sur Terre. Elle n'a pas plus de métaux précieux que la planète bleue. Et le coût énorme du transport de Mars vers la Terre anéantirait la rentabilité d'à peu près toute forme d'exploitation, quelque soit sa nature.
Certains disent que les technologies développées pour le voyage pourraient ensuite être exploitée dans la vie quotidienne ou dans l'industrie. C'est possible mais le bénéfice qu'on pourrait en tirer serait non seulement incertain, mais surtout minuscule comparé à ce qu'elle coûteraient.
Et ne comptez pas sur les produits dérivés. Ce n'est pas en vendant des t-shirts ou des mugs avec un logo "I love Olympus Mons" qu'on bouclerait un budget de plusieurs centaines de milliards de dollars.
Bref l'équation financière est insoluble.
Et puis surtout, même si on pouvait trouver cet argent, se poserait aussi une question politique. N'aurait-on pas mieux à faire avec des sommes aussi énormes que les investir dans un voyage réservé à quelques privilégiés ?
Dans les prochaines décennies le monde va se trouver confronté à des défis majeurs : le vieillissement de la population et son coût social et financier énorme, le réchauffement climatique et les nombreuses catastrophes écologiques qu'il va entraîner, et malheureusement, une instabilité géopolitique croissante, source de guerres, de crises économiques, etc.
Par conséquent il est hautement improbable que l'on puisse financer ce voyage. Non seulement parce que l'on n'aurait pas les fonds, mais aussi parce que même si c'était le cas, les gouvernements comme les contribuables (qui, en démocratie, sont des électeurs ) refuseraient de les dépenser de la sorte.
En toute logique la réflexion devrait donc s'arrêter ici. Mais on va considérer que cette étape est franchie, pour mieux se rendre compte que c'est peut-être la plus facile.
Les rayonnements mortels de l'espace
Pour aller sur Mars il faut compter environ six à neuf mois de voyage, selon la configuration des planètes au moment du lancement. On va partir du principe qu'on utilise un vaisseau spatial que nous sommes capables de construire dès aujourd'hui , sans commencer à fantasmer sur des technologies révolutionnaires.
Par exemple on parle beaucoup de la propulsion atomique pour réduire la durée du voyage. Sauf que cette propulsion n'est pas encore opérationnelle et que personne ne peut garantir qu'elle le sera un jour. On s'en tiendra donc à des moteurs chimiques classiques, peu performants mais dont la fabrication est bien maîtrisée.
Une fois le trajet commencé, les ennuis commencent. Il y a un défi à surmonter lorsqu'on traverse l'espace : ce sont les rayons cosmiques. Sur Terre mais aussi dans la station spatiale internationale, qui vole à peine à 400 km d'altitude, nous sommes protégés par la magnétosphère de la planète.
Il s'agit d'un champ magnétique naturel, celui qui fait tourner l'aiguille d'une boussole. Il a aussi pour effet de dévier les rayonnements dangereux. Sans lui, la planète serait inhabitable. Mais au-delà de quelques milliers de kilomètres de notre sol, il ne protège plus. Il faut alors affronter deux types de menaces.
La première provient de toute les directions, c'est le rayonnement cosmique galactique ou GCR. Ce sont noyaux d'atomes qui se déplacent librement dans l'espace, et proviennent d'étoiles lointaines qui ont explosé (les supernovas). Leur vitesse de déplacement est énorme. Aucun blindage n'est capable de les arrêter, ou alors il serait tellement épais qu'il pèserait trop lourd pour être embarqué sur le vaisseau.
Si vous n'êtes pas protégé contre eux, vous subissez des effets équivalents à ceux de la radioactivité près de la centrale nucléaire de Tchernobyl. Les molécules d'ADN des cellules humaines sont brisées, ce qui engendre, à plus ou moins long terme, une explosion du risque de cancer. Le cristallin des yeux est lui aussi atteint, sous forme de cataracte. En cas d'exposition prolongée, ils provoquent aussi des dommages cognitifs comme la démence.
Vous êtes toujours partant ? Alors il y a une seconde joyeuseté du même genre : les éruptions solaires. Notre étoile n'a pas un comportement paisible et permanent dans le temps. De façon régulière elle connaît des éruptions qui se manifestent par l'émission de particules très énergétiques.
Ce sont aussi des noyaux d'atomes, mais qui se déplacent beaucoup moins vite que ceux des CGR. A la différence des premiers, il est possible de s'en protéger. Le vaisseau spatial devrait être équipé d'une zone blindée dans laquelle l'équipage pourrait se réfugier en cas d'alerte.
Que risque-t-on en cas d'exposition à une tempête solaire ? A peu près la même chose qu'avec les GCR mais en beaucoup plus rapide : destruction des cellules de la moelle osseuse et du système immunitaire, brûlures de la peau, vomissements, et potentiellement la mort au bout de quelques jours.
Oui, on est très loin du voyage sympa façon Star Wars.
La zombification de l'équipage
Admettons que nos astronautes trouvent une solution à ces menus problèmes. Étant donné que nous ne savons pas encore produire de façon artificielle la gravité, il faut imaginer que leurs voyages aller et retour se feraient donc en totale apesanteur.
Or le corps humain n'aime pas du tout cela. Si flotter librement est amusant les premiers jours, cela a vite des effets très néfastes, qui ne seront pas compensées par la faible gravité de la planète Mars (on y pèse seulement 38 % de son poids terrestre). Les muscles fondent et les os s'affaiblissent par ostéoporose.
Les astronautes qui voyagent dans la station spatiale internationale essayent de compenser ce phénomène par une activité sportive quotidienne d'au moins 2h (courir sur un tapis avec des sangles qui vous plaquent contre lui pour simuler le poids, etc.). En réalité ils n'y parviennent pas réellement. Quoi qu'on fasse, le corps s'affaiblit.
Or dans le cas d'une mission vers Mars, si on compte 9 mois de voyage aller, 9 mois de retour et au minimum 6 mois sur place, afin de rentabiliser une telle entreprise, on arrive à au moins 2 ans passés en gravité nulle ou réduite. Personne ne sait si le corps peut se rétablir totalement après une telle durée. Il est possible qu'une fois revenus les astronautes puissent reprendre une vie terrestre, mais en gardant des séquelles de leur voyage toute leur vie.
Et je ne parle pas de tous les problèmes médicaux qu'il faudrait traiter sur place puisqu'un retour sur Terre d'urgence serait impossible, contrairement à ce qui se passe dans l'ISS.
Ne pas devenir fou
Après l'argent et le corps humain, passons à un autre défi, un genre auquel on ne pense pas forcément, celui de notre esprit.
Pour garder un coût raisonnable, le vaisseau spatial serait nécessairement très exigu. Pour donner une idée, il serait beaucoup plus petit que la station spatiale internationale actuelle. Celle-ci offre environ 55 à 60 m³ de volume habitable par personne. Pour un vaisseau martien, ce serait plutôt 25 à 30. Si on considère que l'équipage est de 4 personnes, on aurait sans doute un volume habitable d'environ 100 m³, soit celui de deux camping-cars.
Voici ce qu'il contiendrait :
- les couchettes des quatre personnes,
- un coin cuisine,
- l'équipement sportif qui sert à éviter la dégradation musculaire,
- les toilettes,
- la zone blindée anti-tempête solaire dont on a parlé plus haut,
- et évidemment un poste de pilotage.
Le manque de place induirait une souffrance en lui-même car une personne a naturellement besoin de bouger un peu. Le vaisseau spatial d'Apollo était très étroit, mais la mission ne durait qu'une semaine. Là on parle de plus de deux ans.
Mais cela créerait aussi une très grande promiscuité parmi l'équipage. Il faudrait une préparation psychologique intense et une très forte cohésion dans l'équipage pour se supporter mutuellement pendant des mois. Car la moindre dissension signerait son arrêt de mort.
Des questions très terre-à-terre (c'est le cas de le dire) se poseraient, comme la perte de motivation, le choc des égos ou... la sexualité. C'est pourquoi on a réfléchi très sérieusement à envoyer des couples dans une telle mission.
Pour rendre le séjour plus agréable, il faudrait améliorer le confort du vaisseau. Mais comment ? Certains disent qu'on pourrait agrandir sa partie habitable, après le décollage, avec des modules gonflables. Sauf qu'ils sont extrêmement fragiles et pourraient être percés par des micro-météorites. Si la probabilité de cet événement est faible, elle augmente avec un voyage très long.
Et pourquoi pas un vaisseau spatial plus grand, comme le Starship de Space X ? Mauvaise idée. Parce que sa surface serait aussi plus vaste, donc nécessiterait plus de blindage et entraînerait une explosion du budget, et surtout du poids. Qui dit poids très supérieur dit quantité de carburant beaucoup plus importante pour se déplacer. Sachant que le carburant génère du poids lui-même, on tomberait dans un cercle vicieux impossible à résoudre.
Le recyclage des éléments
Un vaisseau spatial qui part vers Mars ne peut plus, et c'est une évidence, avoir de contact physique avec la Terre. Cela implique qu'il faut absolument tout recycler puisqu'on ne peut pas recevoir de ravitaillement. Et ce n'est pas une chose facile.
Si on prend l'exemple de la Station Spatiale Internationale, les pannes d'équipement sont récurrentes. Mais elles ne sont jamais graves, car il est possible de faire venir un matériel ou des pièces de réparation par les vols réguliers qui la desservent (Soyouz, Space X Dragon, etc.).
Dans le cas qui nous intéresse toute panne non réparable avec les moyens du bord serait catastrophique. Et une fiabilité à 100% des équipements n'est pour l'instant pas possible.
D'ailleurs je me rappelle quand j'étais jeune, un projet connu sous le nom de Biosphère 2. J'en avais entendu parler dans un article d'un journal que je lisais à l'époque, Ciel & Espace. Le chiffre 2 faisait allusion à la Terre, qui était censée être "Biosphère 1".
Le but était de simuler un voyage spatial lointain. Un petit groupe de personnes devait vivre en autarcie totale, sans contact avec l'extérieur, dans une base en Arizona censée représenter un vaisseau spatial.
Celui-ci aurait été énorme car il comportait notamment une énorme zone dédiée à l'agriculture. Des petits animaux et des insectes faisaient partie de l'aventure. Les murs de la base étaient totalement étanches, de telle sorte que même l'oxygène du bord devait être récupéré. Les scientifiques pensaient qu'en recréant une terre miniature dans un espace confiné, on pourrait potentiellement y vivre quasi éternellement, en bénéficiant d'un recyclage naturel total.
Les résultats de cette expérience ont été riches d'enseignements. Il a été extrêmement difficile de maintenir les équilibre biologiques. car ils étaient affectés par un nombre important de processus inconnus ou considérés comme négligeables.
Les niveaux d'oxygène et de CO2 fluctuaient, mettant en danger l'équipage. Les arbres, par exemple, s'effondraient sous leur propre poids une fois adulte ! Pourquoi ? Parce qu'isolés dans une serre, ils n'étaient pas soumis à la pression du vent. Pendant leur croissance, le bois de leur tronc n'était pas stressé et donnait un matériau beaucoup plus fragile. Les insectes pollinisateurs ont rapidement disparu, tandis que les fourmis ont proliféré.
L'équipage s'est rapidement retrouvé obligé de passer tout son temps à l'agriculture et a souffert de graves carences alimentaires, celle-ci n'étant pas aussi productive que prévu. Stressé par ses conditions de vie, il s'est divisé en deux camps rivaux ! Une situation qui aurait été catastrophique dans l'espace.
Bref ce n'est pas demain la veille que l'on pourra organiser un recyclage total à l'intérieur d'un vaisseau spatial. Même chose pour une éventuelle agriculture à la surface de Mars. Or sans cela, pas de voyage évidemment. S'il fallait emmener tout l'oxygène et la nourriture pour deux ans, les quantités à transporter seraient gigantesques.
Conclusion : un doux rêve
Disons-le clairement : aller sur Mars est aujourd'hui impossible. Pas impossible au plan des lois de la physique, comme si on cherchait à voyager plus vite que la lumière par exemple. Mais impossibles au plan financier et technique.
Non pas que cela le restera toujours. On peut imaginer tout à fait que dans un futur lointain les problèmes soulevés plus haut soient résolus. Mais à l'heure actuelle, vu les moyens dont nos civilisations disposent et l'effort gigantesque à faire pour le voyage, la balade sur Mars restera longtemps une utopie.
Et c'est d'autant plus vrai qu'une exploration de la planète est tout à fait possible par des sondes automatiques. Avec l'IA et la robotisation, les machines feront bientôt un aussi bon travail qu'un être humain, pour un coût cent fois moindre.
Quant à la colonisation pour échapper à une éventuelle catastrophe sur Terre, elle relève d'une mauvaise plaisanterie. Il faudrait fuir la Terre ? A cause de quoi ? Du réchauffement climatique ? Le coût de l'installation des humains sur Mars, qui je le rappelle est inhabitable, serait monstrueux comparé à celui qu'il faudrait engager pour corriger nos dérives sur notre bonne vieille Terre.
Bien évidemment cela n'empêche pas de rêver. Et pour cela il y a la science-fiction !