Mars : les huit obstacles à franchir avant de pouvoir coloniser la planète rouge

Avec la kyrielle de récentes missions sur Mars, dont celle du robot Perseverance, les rêves de coloniser la planète rouge reprennent de la vigueur. Elon Musk, le patron de SpaceX, lui n'a jamais dévié de son objectif. Le milliardaire américain l'a une nouvelle fois montré, en décembre, en annonçant "une première mission habitée à destination de Mars en 2026, voire 2024".

Il avait même déjà évoqué, en 2019, un projet de terraformation. Autrement dit, il ambitionnait alors de rendre Mars vivable pour les humains. Pour y parvenir, il compte faire exploser des bombes nucléaires au niveau des calottes glaciaires polaires de Mars. Cela ferait fondre la glace, libérerait des gaz à effet de serre et pourrait, à terme, épaissir l'atmosphère martienne et la réchauffer.

Mais avant de réaliser ce projet digne d'un film de science-fiction, de nombreux obstacles se dressent, ne serait-ce que pour installer une colonie humaine sur Mars. Certains sont plus faciles que d'autres à franchir.

1Réussir à faire un aller-retour

Pour pouvoir s'installer sur la planète rouge, il faut déjà réussir un voyage aller-retour entre la Terre et Mars, deux planètes séparées par 225 millions de km en moyenne. Bruce Jakosky, géologue de l'université du Colorado, qui travaille pour la Nasa et plus particulièrement sur Mars depuis quarante-cinq ans, rappelle qu'une telle prouesse se fait toujours attendre :

"Nous aurions besoin de pouvoir aller et revenir de Mars en toute sécurité. Et nous n'avons pas encore démontré cette capacité."

Bruce Jakosky

à franceinfo

"L'aller, c'est assez facile à faire. Mais le retour est extrêmement coûteux pour des raisons, simplement, de propulsion", remarque également Michel Blanc, astronome émérite à l'Institut de recherche en astrophysique et planétologie (Irap), interrogé par franceinfo.

Produire le carburant nécessaire au retour est déjà une difficulté en soi. Kurt Leucht, de la Nasa, expliquait en 2018 (en anglais) que l'Agence spatiale américaine travaillait sur des procédés permettant d'extraire du carburant du sol martien. Un tel système est toujours en cours d'élaboration.

François Forget, astrophysicien, planétologue et directeur de recherche au CNRS, relève également que la question du vaisseau spatial qui fera l'aller-retour n'est pas encore résolue. Il faudra, selon lui, un engin "assez confortable et complètement réparable". "Ce qui n'est pas le cas de la Station spatiale internationale (ISS)", précise-t-il. Sur cette dernière, lorsqu'un module, tombe en panne par exemple, il n'est pas réparé : il est directement changé.

Ensuite, lorsque les astronautes auront terminé leur mission sur place, "il faudra les renvoyer en orbite, puis rallumer les moteurs pour rentrer", résume François Forget.

"Il n'y a pas de difficultés monstrueuses : on ne défie pas la physique."

François Forget

à franceinfo

L'obstacle principal, selon lui, est celui du coût et du temps car de nombreux développements doivent encore être réalisés. D'après le planétologue, l'enveloppe globale se situerait, au moins, entre 100 et 200 milliards de dollars. Francis Rocard, chargé des programmes d'exploration du système solaire au Centre national d'études spatiales (Cnes) évoque dans les colonnes du Monde un budget de 400 voire 600 milliards de dollars.

Face à l'optimisme d'Elon Musk, l'astronaute Jean-François Clervoy, fondateur d'Air Zéro G, interrogé sur franceinfo, imagine plutôt "une mission habitée sans se poser dans les années 2030. Et peut être dans les années 2040, une première mission habitée qui inclura le posé à la surface et la remontée en orbite". Dès avril 2019, Les Echos rapportait qu'un institut mandaté par la Nasa avait jugé "irréalisable" une mission habitée vers Mars d'ici 2033. Des réserves écartées quelques mois plus tard par Jim Bridenstine, l'administrateur de la Nasa, mentionnant l'existence d'"alternatives qui permettent" de tenir cette échéance.

2Survivre à la météo martienne

A la surface de Mars, les températures sont bien moins clémentes que sur Terre. Inadaptées à l'homme, elles oscillent entre -100 °C et 0 °C et peuvent parfois monter jusqu'à quelques dizaines de degrés celsius au niveau de l'équateur. Toutefois, affronter ces températures hostiles est loin d'être un problème majeur d'après les spécialistes contactés par franceinfo. "Dans les scaphandres, il faut mettre un vêtement constitué d'un réseau de petits tuyaux d'eau qui circule avec la température voulue, c'est très bien maîtrisé", commente notamment François Forget. Ce système, déjà utilisé par les astronautes, est visible dans cette vidéo (en anglais) du site américain The Verge :

Outre les températures, sur Mars comme sur Terre, la météo est variable. Mais certaines œuvres de science-fiction peuvent induire en erreur. Par exemple, le film Seul sur mars montre une violente tempête. C'est une "erreur factuelle", selon Michel Blanc. "Il y a des tempêtes, très souvent de sable, qui, en réalité, pour les humains, ne sont pas très fortes", abonde Sylvain Chaty, astrophysicien au Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA).

"Ces tempêtes de sable ne vont pas vous coucher par terre."

Sylvain Chaty

à franceinfo

Elles peuvent toutefois soulever du sable sur l'ensemble de la planète rouge, rendant son atmosphère opaque. Visible depuis la Terre, ce phénomène ne survient que tous les dix ans en moyenne. La Nasa l'a filmé, depuis l'espace, en 2018, permettant de faire la comparaison.

3Produire de l'énergie sur place

Il s'agit d'une question récurrente pour toutes les missions d'exploration. "Généralement, pour les missions proches du Soleil, on utilise des panneaux solaires. Pour celles qui sont plus éloignées, on utilise des sources radioactives", explique Sylvain Chaty, rappelant que les robots Curiosity et Perseverance ont recours à des "sources radioactives de plutonium".

Mais d'après lui, pour une installation humaine, le recours au photovoltaïque ne serait pas privilégié en raison des tempêtes de sable évoquées plus haut. Car les panneaux solaires pourraient être recouverts de poussière, réduisant drastiquement leur rendement. Dans le pire des scénarios, cela pourrait conduire à un black out des installations – ce qui serait dangereux. Quant au nettoyage des panneaux solaires, il serait long et fastidieux puisqu'il faudrait installer plusieurs hectares pour avoir assez d'énergie afin de faire fonctionner une base.

Selon Sylvain Chaty, l'humain sur Mars utilisera très probablement, "de façon logique", le plutonium car c'est "une source d'énergie sûre et stable sur du long terme". La Nasa travaille d'ailleurs sur un projet baptisé Kilopower. Il s'agit d'un petit réacteur nucléaire, compact et léger, résume le site spécialisé Futura-Sciences. Le système pourra fournir jusqu'à 10 kW, soit "suffisamment d'énergie pour faire fonctionner deux ménages moyens, de façon continue pendant au moins dix ans, d'après l'Agence spatiale américaine. Quatre unités Kilopower fourniraient assez de puissance pour établir un avant-poste."

4Trouver une source d'eau potable

De l'eau est disponible sur Mars, mais surtout sous forme de glace aux pôles. Pour éviter des températures trop extrêmes, se poser à des latitudes plus basses est privilégié dans les différents scénarios de mission habitée vers la planète rouge.

De la glace est également disponible sous les tropiques de Mars, "en allant sur les pentes à l'ombre", précise François Forget. Des observations ont aussi montré que de l'eau se trouvait sous forme solide et peut-être même liquide dans le sous-sol martien. Mettre en place un système de forage est difficile, à cause de l'importante quantité de matériel à transporter et à installer, alors il faudra se contenter de la glace en surface.

"Il suffit de chauffer cette glace et de la filtrer un peu."

Sylvain Chaty

à franceinfo

Il serait également envisageable d'extraire de la vapeur d'eau présente dans l'atmosphère martienne. "Il y en a très peu mais on pourrait imaginer un système", suggère François Forget.

5Fabriquer de l'air respirable

Pour vivre, l'humain a besoin de respirer un air avec notamment de l'oxygène et de l'azote. Ce dernier étant peu présent sur Mars, il s'agit "d'une source de complexité", concède François Forget. "On peut extraire de l'azote de l'atmosphère mais ce n'est pas facile", remarque-t-il. "Pour fabriquer de l'air, on peut faire de l'électrolyse de l'eau", propose de son côté Sylvain Chaty.

On prend de l'eau [H2O]. Dedans, il y a un atome d'oxygène [le "O" de H2O]. On va libérer cet atome d'oxygène et ça va permettre de produire de l'air respirable."

Sylvain Chaty

à franceinfo 

Des scientifiques de l'université de la Washington University à Saint-Louis (Etats-Unis) ont déjà mis au point (en anglais) un procédé permettant d'extraire de l'oxygène à partir de l'eau salée et glacée, comme celle que l'on obtiendra sur Mars.

L'eau liquide n'étant pas facile à trouver sur Mars, comme expliqué ci-dessus, François Forget penche plutôt en faveur d'une "forme d'électrolyse" de l'air pour libérer l'oxygène présent dans l'atmosphère martienne riche en dioxyde de carbone (CO2). "C'est ce que fait déjà Perseverance [avec le module Moxie]", note-t-il. Encore faut-il réussir à le faire dans des quantités suffisantes pour que des humains puissent respirer.

6Résister à la pression atmosphérique

La pression atmosphérique sur Mars est trois fois plus faible que celle sur Terre, et cela pose de nombreux problèmes. L'homme devrait donc passer par de longs paliers de décompression. "Si la pression était plus forte, on pourrait s'y balader avec simplement une grosse combinaison et un masque à oxygène, illustre François Forget. Mais ce n'est pas possible."

"Le problème de vivre sur Mars, de se promener à la surface, c'est la pressurisation, le fait de devoir vivre en scaphandre."

François Forget

à franceinfo

D'après lui, les éventuelles bases humaines, qui pourraient prendre la forme de dômes, ne pourront pas être très grandes car les forces nécessaires pour faire tenir les habitats sont "énormes". "Le défi technique n'est pas la résistance à la gravité mais à la pression à l'intérieur", poursuit-il, comparant cela au fait de devoir vivre dans un pneu. Selon lui, certaines pistes évoquent le fait de devoir recouvrir les abris avec une sorte de béton pour les maintenir au sol. Sans compter que ces abris devront être parfaitement hermétiques.

7Résoudre de gros problèmes logistiques

A quoi pourrait ressembler une base humaine sur Mars ? La Nasa a révélé, en 2015, une vidéo réalisée avec des images de synthèse.

Mais pour l'instant il ne s'agit que d'illustrations en raison de problèmes logistiques majeurs. La distance moyenne entre la Terre et Mars est d'environ 225 millions de km et envoyer du matériel aussi loin coûte extrêmement cher. C'est pourquoi Bruce Jakosky se montre prudent.

"Si nous voulons construire un grand dôme sous lequel vivre, nous ne pouvons pas encore le faire. Nous ne pouvons pas l'emporter avec nous, c'est trop lourd."

Bruce Jakosky

à franceinfo

D'après le géologue américain, "il faudrait trouver [sur place] le métal pour fabriquer de l'acier et d'autres composants. Et nous ne sommes pas allés aussi loin dans notre exploration de Mars", concède-t-il.

Sylvain Chaty, lui, rapporte que les agences spatiales imaginent que l'établissement des premiers hommes sur Mars se fera en deux temps : d'abord avec l'envoi de robots "qui vont préparer tout ce qu'il faut" puis avec l'arrivée d'hommes et de femmes qui récupéreront "de l'eau, de l'air" afin de "fabriquer des bases, puis se chauffer et s'alimenter".

8Se protéger des éruptions solaires

Les rayons cosmiques représentent LA difficulté principale à contourner. Le Soleil émet en effet des rayons qui peuvent être dangereux pour l'homme. Heureusement, sur Terre, ces derniers sont filtrés par le champ magnétique terrestre (aussi appelé magnétosphère) et par l'atmosphère terrestre.

De façon plus sporadique, des éruptions solaires peuvent aussi survenir. Le Soleil projette alors à grande vitesse une quantité importante de particules énergétiques. Les plus puissantes tempêtes solaires peuvent endommager nos systèmes électriques. La plupart sont toutefois inoffensives et visibles, aux pôles, sous la forme d'aurores boréales et australes.

Sans les protections naturelles de la Terre, l'exposition à tous ces rayonnements sur une longue période peut toutefois augmenter de façon considérable l'apparition de cancer. C'est ce danger qui guette les astronautes qui feront le voyage jusqu'à la planète Mars. Si celle-ci est un peu plus éloignée du Soleil que la Terre et donc moins exposée, son champ magnétique est très faible et son atmosphère est beaucoup plus ténue que celle de notre planète.

Se réfugier derrière une couche épaisse de matière, comme des réserves de nourriture ou d'eau, peut faire office de protection de fortune. A l'heure actuelle, les divers effets des rayons cosmiques demeurent mal connus. Selon l'Agence spatiale européenne (ESA), les astronautes à bord de l'ISS sont exposés en une semaine à l'équivalent d'une année de radiations naturelles. Mais à 400 km d'altitude, ils restent protégés par le champ magnétique terrestre et l'ionosphère.

Pas de quoi tester les expositions d'un long voyage Terre-Mars. Mais François Forget est confiant. Il assure que les expérimentations menées à bord de la future base Lunar Gateway permettront de faire progresser nos connaissances à ce sujet. Cette station, la première en orbite lunaire, doit être construite et lancée d'ici à 2030. Elle sera un préambule à la base permanente qui sera installée dans les décennies à venir sur la Lune. Cette installation à la surface de notre satellite permettra, entre autres, de s'entraîner en vue d'une mission sur Mars.

Mais avant de partir coloniser d'autres planètes, tous les scientifiques joints par franceinfo s'accordent à dire que la priorité doit d'abord être de préserver celle sur laquelle nous vivons. "Nous sommes bloqués sur la Terre, notre planète, et nous devons en prendre soin, juge Bruce Jakosky. L'exploration de Mars est une idée merveilleuse, et je la soutiens. Mais nous ne devons pas y penser comme un plan de secours ou une planète supplémentaire sur laquelle nous pouvons compter."