Avec le « Mars Colony Design Contest » nous nous préparons sérieusement à partir pour Mars

L’auteur participe à un concours organisé par Mars Society. Le projet de son équipe a été retenu parmi les 5 finalistes.

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Illustration de titre: un secteur de la cité martienne, crédit Richard Heidmann: (1) rangées d’habitats (30 mètres carré par personne); (2) serres; (3) sas; (4) et (5) dômes de rencontres et d’échanges; (6) champ de panneaux solaires. Crédits photo : Richard Heidmann

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Avec le « Mars Colony Design Contest » nous nous préparons sérieusement à partir pour Mars

Publié le 20 octobre 2019
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Par Pierre Brisson.

Cette semaine je suis à l’USC, University of Southern California (Los Angeles), où je défends la faisabilité d’un projet d’établissement martien de 1000 habitants devant un jury d’ingénieurs spécialistes et de membres de la communauté spatiale internationale.

Ce projet était en gestation depuis des années dans différents réflexions et travaux entrepris par moi-même au sein de la Mars Society Switzerland et mes amis de la Mars Society française (« Association Planète Mars »). Le lancement d’un concours sur le sujet par la Mars Society américaine nous a permis de le mettre en forme pour le soumettre à une évaluation « externe ». Nous avons constitué une petite équipe de trois personnes, moi-même, économiste et ancien banquier (entre autres !), Richard Heidmann, ingénieur polytechnicien, ancien « directeur orientation recherche et technologie » du groupe SNECMA (concepteur/constructeur d’Ariane), fondateur de l’Association Planète Mars, et Tatiana Volkova, étudiante russe candidate en doctorat d’architecture et d’ingénierie spatiale à l’EPFL, spécialiste des aménagements viabilisés en environnements extrêmes. Il fallait choisir un identifiant à notre équipe et Tatiana a trouvé la jolie expression, riche de significations, de « LET IT BE ».

Plus de cent équipes partout dans le monde ont répondu au défi et notre dossier suisse, français et russe, a franchi les premières sélections. Nous avons été retenus dans les vingt premiers puis les dix premiers et enfin les cinq premiers. Tous les espoirs sont donc permis pour que nous montions aujourd’hui sur le podium. Nous aurons une demi-heure pour dérouler notre démonstration qui se fera  classiquement sous forme de présentation powerpoint et de questions réponses.

Mille habitants c’est la population que l’on peut raisonnablement envisager vingt ans après deux premières salves de lancements (chacune dans une fenêtre d’un seul mois espacée de 26 mois avec la suivante, puisque nous serons contraints par la mécanique spatiale). Mille habitants ce ne sera plus un « commando » d’astronautes en exploration mais une vraie petite société multinationale avec toutes sortes de fonctions complémentaires et interagissantes, allant de la construction à la recherche et au tourisme en passant par la production de nourriture, la production et le recyclage de l’atmosphère, de l’eau et de tout ce qui peut l’être, le maintien de conditions sanitaires acceptables, l’opération de diverses machines et équipements, en particulier d’imprimantes 3D, l’utilisation de logiciels dans tous les domaines possibles, le tout en contact distant avec la Terre qui ne pourra intervenir que par ses conseils différés et la transmission de ses programmes informatiques (ce qui est déjà beaucoup).

Sur la faisabilité, nous avons des arguments que nous croyons évidemment solides. Je ne vais pas les développer dans cet article mais nous parlerons des différents points cruciaux dont l’articulation est nécessaire pour établir la crédibilité de notre projet :

  • astroport (plateformes d’atterrissage et stocks d’ergols produits sur place) ; production et distribution d’énergie (nucléaire et solaire mais nucléaire beaucoup plus que solaire) ;
  • conception technique de la base (modularité et « RAMS »1), des habitats, des dômes dédiés aux réunions et aux échanges, des corridors, des serres, des lieux de fonctionnement des machines de production (un problème important est le rythme de construction : on ne peut pas tout faire du jour au lendemain du fait de la limitation en équipement, en matériel sous forme utilisable, en robots et en hommes) ;
  • outils informatiques ;
  • sécurité et santé des « colons » (évidemment traitement des problèmes de pressurisation et de protection contre les radiations mais aussi d’éventuelles infections microbiennes ou virales ou de problèmes dentaires, cardiaques, digestifs…) ;
  • structure et stratégie financières, modèle économique ;
  • aspects sociaux et culturels ; gouvernance ; aspects esthétiques et architecturaux.

Certains de ces points sont purement techniques et il est assez facile de démontrer leur faisabilité (réalisation et/ou contrôle), d’autres sont plus délicats car construire une structure est une chose, s’organiser pour y vivre avec d’autres en est une autre.

Sur le plan économique, nous pensons que seule une base offrant des services que des Terriens seront prêts à payer, sur le long terme, aura une chance de pérennité si le prix payé est générateur de profit pour les investisseurs. Cela revient à dire que la base doit fonctionner comme une entreprise recherchant sa rentabilité financière.

Ce n’est peut-être pas dans l’air du temps, plutôt anticapitaliste, mais je l’assume pleinement car cela repose sur des motivations rationnelles et très largement partagées, non sur une bienveillance publique qui pourrait s’émousser.

Nous avons identifié les services que nous pourrions offrir et nous pensons qu’ils pourraient rencontrer un marché. Ce sont d’abord des services de résidence. L’entreprise d’exploitation (que j’aime bien appeler la « New India Company » pour faire un clin d’œil à d’autres aventuriers du passé !), qui sera largement privée, offrira à toutes les personnes intéressées par l’aventure, un lieu où vivre dans des conditions acceptables pendant les 18 mois du séjour. Les personnes intéressées seront d’une part les volontaires qui auront été sélectionnés pour faire fonctionner l’établissement (et qui seront – bien – payés par l’entreprise) et d’autre part, celles qui seront capables de financer leur séjour.

Le service de base, permettant la survie, sera assorti de tous les services annexes nécessaires qu’il sera possible et raisonnable d’apporter (et qui seront payants en plus du service de base compris dans le forfait « voyage+séjour »). Les hôtes clients seront des scientifiques mais aussi des touristes ou des personnes qui voudront tenter quelque chose sur Mars en raison du milieu particulier et de l’environnement humain extrêmement pointu et varié sur le plan technologique et intellectuel.

Ceci conduit logiquement à considérer la colonie martienne comme un véritable incubateur de start-up dans toutes sortes de domaines. Il faudra payer « à son juste prix » ces services et ce droit à résidence pour dégager une rentabilité.

Le juste prix c’est ce qui permettra :

  1. De couvrir les frais du séjour y compris l’amortissement et l’entretien de la structure
  2. La rémunération des personnes qui la feront fonctionner
  3. La génération d’une marge pour continuer le développement, remercier les investisseurs engagés et en encourager de nouveaux à se joindre à eux, même s’il faut prévoir une période de grâce.

L’investissement sera bien sûr élevé ; mais pas plus d’une cinquantaine de milliards, sur 30 ans car il faut considérer une dizaine d’années de préparation et de construction avant une exploitation commerciale. Si nous l’envisageons comme possible c’est sur la base d’une part de la révolution dans le transport par lanceurs lourds apportée par Elon Musk (réutilisabilité !) combinée avec l’économie d’échelle générée par la multiplication des vols et, d’autre part, l’utilisation des ressources planétaires locales (dont l’eau, l’atmosphère de CO2, l’aluminium, la silice et le fer) comme « inventée » par Robert Zubrin au début des années 1990. Ces conditions devraient permettre des coûts accessibles à la minorité de Terriens disposant de la richesse et de la motivation adéquates.

Cela peut être considéré comme élitiste mais c’est inévitable ; bien sûr les plus motivés de ceux qui ne disposent pas des moyens financiers suffisants pourront convaincre des sponsors de payer pour eux ou des banques de les financer (il est bien connu que l’enthousiasme soulève des montagnes). Nous avons estimé que l’ensemble fournirait un nombre suffisant de « clients » même si cette population devra se renouveler constamment compte tenu de ce qu’au début, la quasi-totalité des personnes partant pour Mars voudront revenir sur Terre à la fin du cycle synodique suivant leur arrivée (c’est-à-dire après 18 mois de séjour, pour un retour sur Terre trente mois après leur départ de celle-ci).

Pendant leur séjour nous ne voulons pas que les résidents ni d’ailleurs leurs hôtes, soient soumis au total arbitraire d’un chef ou d’un commandant. Nous refusons et ne voyons pas la nécessité d’une direction impérieuse et militaire. Notre époque a bien compris que chacun devait participer à la société pour qu’elle soit agréable à vivre et efficace, aussi bien pour les propriétaires de la société d’exploitation qui chercheront légitimement à récupérer leur investissement avec profit, que pour les clients qui tout aussi légitimement voudront profiter aussi librement que possible d’un séjour cher payé. Dans cet esprit la « formule magique » suisse (conseils de direction avec nombre impair de membres et pluralité d’opinions ou de compétences) est un modèle auquel nous tenons et que nous nous efforcerons de faire comprendre et adopter.

Cependant les dangers réels d’un accident provoqué ou non par maladresse, imposeront des contraintes et quelques restrictions à la liberté individuelle. Il y aura sur Mars des impératifs vitaux concernant la communauté toute entière qu’on ne pourra transgresser (tenant à la propreté et au recyclage, à la consommation d’énergie, à la préservation des sites de recherche planétologique).

Dans ces domaines des règles très strictes s’appliqueront et les personnes responsables des départements opérationnels en charge de chacune des activités considérées comme vitale auront un droit de véto sur toute action ou initiative qu’ils considéreraient périlleuse.

Lorsque Elon Musk aura concrétisé son projet de Starship+Super-Heavy, la porte sera ouverte et la faisabilité technologique confortée. Il ne manquera plus que la volonté mais sans doute est-elle déjà présente et suffisamment puissante chez lui-même et certains autres qui ont les moyens financiers de la transformer en action. Ce seront eux les moteurs de la réalisation du projet. Les agences suivront.

Illustration de titre: un secteur de la cité martienne, crédit Richard Heidmann: (1) rangées d’habitats (30 mètres carré par personne); (2) serres; (3) sas; (4) et (5) dômes de rencontres et d’échanges; (6) champ de panneaux solaires. Crédits photo : Richard Heidmann

Illustration de titre : un secteur de la cité martienne, crédit Richard Heidmann: (1) rangées d’habitats (30 mètres carré par personne) ; (2) serres ; (3) sas ; (4) et (5) dômes de rencontres et d’échanges ; (6) champ de panneaux solaires.

Sur le web

  1. RAMS = « Reliability, Availability, Maintainability, Safety », des critères d’ingénierie toujours présents dans l’esprit des concepteurs, des constructeurs et des gestionnaires ; le premier, « Reliability », devant être aussi assorti du TRL (Technology Readiness Level) le plus élevé possible (au moins de niveau 7 sur 9 pour toute technologie employée sur place).
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  • Belle preparation pour une aventure..qui n’en sera pas une , vous avez pensé a tout, aucune surprise …sauf aux decouvertes futures comme la transmiission ‘instantanee ,la transmissionn quantique rendant inutile d’avoir sur place un homme en chair et en os ou bien , l’ IA , etc
    Sans doute n’avez vous pas fait votre service militaire mais 18 mois a suivre a la lettre un reglement tatillon, a mille c’est plus dur qu’a 4 dans un gros tube ..peut etre des nord coreens….

    • Mais vous ne comprenez pas que nous voulons aller physiquement sur Mars, parce que c’est possible et qu’on a envie d’y aller?!
      Pourquoi dites vous que je n’ai pas fait mon service militaire?!
      De quel « gros tube » s’agit-il? Il n’y a pas de « gros tube » dans notre projet.

  • pour l instant, on est meme pas capable d envoyer un homme sur la lune, et d ailleurs a t on jamais ete capable de le faire? avant de partir pour mars commencons deja a coloniser la lune

    • Il y a encore des mecs d’une ignorance crasse qui ne savent pas tout sur ce qu’on a fait sur la Lune? Lisez Wikipedia au lieu de sortir les poncifs débiles sur le complot.

      • Merci Virgile. Les « complotistes » peuvent se regarder dans la glace et ils ne croient pas qu’ils se voient…C’est à désespérer!

  • Enfin un peu d’optimisme dans notre grisaille quotidienne. Pourvu que les politiques ne s’en mêlent pas; ils seraient capables de taxer l’idée, avant même sa réalisation (humour ou réalité ?).

    • La taxe, spécialité française 🙁
      Pourvu que l’on envoie pas de polytocard français, cela tournerait vinaigre en peu de temps.

    • Bof, les techno gaga sont à mon sens aussi relou que les collapsologues… Rien qu’en parlant de l’ia qu’on nous survend à longueur de temps, pour l’instant elle analyse mes cookies pour définir mon age et m’afficher des pubs pour site de rencontre, c’est pas transcendant…

  • Et pendant les tempêtes qui durent des semaines, voire des mois, ils font quoi avec leurs panneaux solaires?

    • Sans parler des pluies de micro-météorites.

      • Vous avez sans doute mal lu.
        Les panneaux solaires ne sont là que pour l’appoint et à titre expérimental. On les voit dans le paysage parce que justement il faut une grosse surface de panneaux pour produire un peu d’électricité. Dans notre projet, l’électricité sera produit pour l’essentiel par des réacteurs à fission nucléaire. Il y a un excellent projet actuellement travaillé par le Los Alamos National Laboratory (LANL) du Department of Energy (DOE) des Etats Unis, qui utilise l’Uranium 235 enrichi à 19%, un bouclier réflecteur d’oxyde de béryllium (pour réfléchir, ou non, les neutrons vers le cœur) et un régulateur au carbure de bore (pour ralentir la réaction), et qui pourrait délivrer une puissance de 10 MWe via une turbine à gaz (cycle de Brayton), pour une masse de 40 tonnes (mais avec certains éléments de protection dont on pourrait se passer sur Mars).

  • Les panneaux solaires, à mon avis, c’est à oublier: le soleil est plus faible sur Mars et il faut de l’énergie en quantité pour développer la future colonie.

  • Quel incroyable gaspillage de ressources de toutes sortes pour satisfaire le narcissisme mégalomaniaque des Musk et Co, … alors qu’elles devraient être utilisées pour approfondir nos connaissances, encore bien pauvres, sur le Vie qui foisonne dans les moindres recoins de notre bonne vieille Terre (air, terre, eau …) et ce, ne fût-ce que pour la préserver pour les générations futures.

    • Quel incroyable gaspillage de ressources que ces riches qui s’achètent de grosses voitures, bateaux, fusées. Cet argent devrait être utilisé pour des applications concrètes sur notre bonne vielle Terre et pour les générations futures (remplacer ici par: énergie renouvelable, aide aux démunis, aux migrants, réchauffement climatiques,…).
      Quand on est libéral, on ne dit pas aux autres ce qu’ils doivent faire avec leur argent. Les laboratoires de biologie attendent vos dons, donnez l’exemple.
      Ce que vous décrivez est le socialisme recouvert d’un petit ton mielleux « gaspillage, générations futures, la Terre ».

      •  » Cet argent devrait être utilisé pour des applications concrètes sur notre bonne vielle Terre  »

        La conquête spatiale a permis de développer des technologies qui ont une très grande utilité dans la vie de tout les jours.

         » Pacemaker, artères artificielles, perfectionnement dans la technologie des IRM, technologie para-sismique pour les constructions d’immeubles en zones sismiques, Matériaux ignifuges dans le domaine de la construction d’ouvrage, air bar pour les voitures, téflon, GPS, progrès technologique dans l’aéronautique comme les avions de lignes, satellites météo et des télécommunications ou satellites qui permet de surveiller notre biosphère afin de mieux la protéger, télescopes spatiales comme Hubble dont sa haute résolution est utilisée en médecine pour la détection plus précoce de certains cancers.

         » Quand on est libéral, on ne dit pas aux autres ce qu’ils doivent faire avec leur argent.  »

        Et c’est pourtant ce que vous faites en début de votre commentaire.

         » Ce que vous décrivez est le socialisme recouvert d’un petit ton mielleux « gaspillage, générations futures, la Terre ».  »

        Il parle essentiellement de financement d’investisseurs privés. Même si je ne partage pas l’optimisme de l’auteur sur ce projet, il reste néanmoins qu’un tel projet même si il ne devait pas voir le jours dans ce siècle nous apportera de nouvelles technologies qui serviront au plus grand nombre sur Terre.

    • Vos poncifs écolos nous fatiguent. Avec des gens comme vous on seraient encore dans nos cavernes! Si cela ne vous plait pas, ce n’est pas une raison pour imposer votre pusillanimité! Des biologistes étudient tous les jours la vie terrestre!

      • Merci Titi, Le Nouveau, et Virgile. La liberté c’est effectivement faire ce qu’on veut de son argent. Si certains ne sont pas content de l’usage qu’en font « les riches », ils n’ont qu’à en gagner eux-mêmes et le dépenser « pour la planète », le « mieux-vivre-ensemble », la « santé de grand Maman et des petites enfants »…et autre fadaises.

    • Critique habituelle des adversaires de l’établissement de l’homme ailleurs que sur la Terre…et critique dont Elon Musk et moi-même nous moquons totalement. Chacun ses passions. Nous vivons encore dans un monde, relativement, libre (quoi que, hélas, de moins en moins).
      Je ne sais pas d’ailleurs si vous avez déjà pris conscience que la connaissance avance comme un front, les disciplines en progrès se nourrissant les unes les autres.

  • Je suis dubitatif. La planete Mars possede un champs gravitationnel beaucoup plus faible que la Terre, avant d’envoyer des humains il faudrait deja regarder comment poussent les plantes en cultures hydroponiques. La vie sur Mars est probablement plus dangereuse que ce qu’on imagine : le faible champ risque de detruire les muscles et les os et se pose evidemment le problem de l’eau qui doit etre en permanence recyclee .

    • On a découvert de l’eau sur Mars, donc un problème de moins!

    • Cher Monsieur,
      On ne vous a pas attendu pour « imaginer » et se poser des questions. Bien sûr que la vie sur Mars sera plus dangereuse que sur Terre, surtout au début (quoi que le terrorisme et les accidents de voiture sur Terre, ce n’est pas mal non plus).
      L’eau sera recyclée, de même que le gaz carbonique et l’oxygène et tout ce qui pourra l’être, surtout les matières organiques (mais comme tout sera difficile et cher à produire on pensera tout le temps à la réparabilité, à la modularité, à la réutilisation).
      Effectivement les cultures seront hydroponiques, afin de mieux contrôler la distribution des nutriments et parce que le sol martien sera naturellement infertile.
      Je ne vois pas de quel « champ » vous voulez parler. Vous faites sans doute allusion à l’attraction gravitaire de la masse planétaire martienne sur les masses qui pourraient évoluer à sa surface. Il y a des contre-mesures. Les hommes sur Mars devront porter des protections anti-radiations assez lourdes, surtout à l’extérieur mais même éventuellement à l’intérieur. La masse d’un scaphandre équipé équivaudra à peu près à la différence de poids entre la Terre et Mars (et on pourra porter des semelles de plomb!).

  • et le climat de mars? et la biodiversité martienne?

    d’après mes calculs si ce projet se réalise l’homme consommera alors 125678 planètes mars par an.

    sérieusement par contre la question est qui paiera pour ça..
    il faudrait le faire par souscription non? est ce que ce ne devrait pas être le débat qui suit le choix par d’un projet éventuel?.. je dois dire que je ne donnerais pas lourd sinon rien.pas mon truc.

    • Mais cher Monsieur, on ne vous demande rien. Je compte bien que le projet d’installation sur Mars soit un projet privé. Elon Musk ne pense qu’à ça…et il n’est pas le seul.
      Quant à votre calcul, à mon avis on pourrait en discuter sérieusement les données de base!

  • @ Pierre Brisson
    Je remarque deux spécificités de Mars que vous avez oubliées. Les tempêtes de sable qui priveront votre colonie d’électricité et le manque de champ magnétique qui stoppe les rayons cosmiques et solaires! La Nasa a développé des mini-réacteurs nucléaires en vue des colonies martiennes et les habitats doivent être enterrés pour éviter les radiations!

    • @ Virgile,

      Le problème des rayons cosmiques et des tempêtes de sable seront le gros problème quand il faudra commencer à construire que se soit sous terre ou non.

      Le sable de Mars n’est pas pareil que celui de nos déserts. Ce sont de vraies mini lames de rasoir qui ont une plus grande capacité d’infiltration et de percement comme sur les habits des scaphandres des astronautes.

      • Vous avez raison, les rayons cosmiques (« GCR » pour « Galactic Cosmic Ray ») lourds (les « HZE ») sont un problème, de même que les neutrons et les rayons gamma, puisque la pression atmosphérique est très faible et qu’il n’y a presque pas de champs magnétiques protecteurs (petits champs locaux, sans doute résiduels). Mais quand même l’atmosphère donne l’équivalent d’une colonne d’eau de 20 cm/cm2).
        Les doses de radiation ne seront pas si importantes qu’elles soient insupportables en temps normal (pas plus que dans l’ISS au fond du Cratère Gale). En cas de tempêtes solaires, il faudra s’abriter…la météo martienne sera là pour vous avertir.
        Il faut noter aussi que l’homme sortira peu de ses abris (peu de personnes sortent d’ailleurs plus de deux heures par jour d’un « abri » quand elles sont sur Terre), la vie en scaphandre est compliquée et sans doute peu agréable. On commandera beaucoup de robot en direct à partir de l’intérieur des habitats (protégés). En effet la présence de l’homme sur Mars permettrait de commander ces robots en direct partout sur la planète, sans décalage de temps (vitesse de la lumière). Ça change « tout ».

      • Il ne faut pas exagérer le danger de la poussière martienne. A la différence de celle de la Lune, elle a été soumise à l’érosion des vents depuis des milliards d’années.
        Le problème sera plutôt la taille des particules et l’électricité statique (sécheresse). Il faudra en effet veiller à l’étanchéité des scaphandres et des instruments (on le fera de toute manière) et à la qualité des surfaces qui devront ne pas générer ou garder trop d’électricité statique (il faudra la « décharger » constamment par un dispositif intégré au scaphandre) ni faciliter « l’accrochage » des particules (surface ultra-lisses). Ça existe!

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