Sur Mars, l’établissement devra être autonome

À cause de la distance Terre-Mars de plus en plus d’autonomie sera souhaitable voire indispensable pour l’établissement humain.

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Curiosity Rover by NASA's Marshall Space Flight(CC BY-NC 2.0)

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Sur Mars, l’établissement devra être autonome

Publié le 27 juin 2022
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Certains de mes amis, partisans comme moi de l’exploration de Mars par vols habités, ne partagent pas mon opinion sur le caractère indispensable et quasiment inéluctable d’un établissement permanent et autonome sur la planète rouge (du moins autant qu’il lui sera techniquement possible de l’être). Je leur réponds.

Il y a plusieurs raisons de vouloir envoyer des hommes sur Mars. La première ou plutôt la plus immédiate, c’est son exploration scientifique. On voit bien qu’avec le décalage temporel résultant de la finitude de la vitesse de la lumière, l’exploration robotique est difficile puisque la distance de 56 à 400 millions de km entre les deux planètes couplée avec les 300 000 km/s de la lumière, impose un temps minimum de 5 à 45 minutes entre l’envoi d’un ordre et le retour de l’information sur Terre rendant compte de ses conséquences.

Il en résulte qu’aucune action ne peut être menée en direct sur Mars, contrairement à ce qu’on peut faire sur la Lune. Puisqu’on peut quasiment aujourd’hui envoyer des hommes sur Mars et surtout qu’on devrait pouvoir le faire demain, notamment grâce au Starship d’Elon Musk, une présence humaine représenterait donc un avantage difficilement contestable par rapport à la situation présente, au moins dans ce domaine.

 

Les difficultés de s’installer sur Mars

Mais si on va sur Mars, je suis convaincu qu’on aura de plus intérêt à s’y installer et voici pourquoi.

1) Le premier voyage sera hasardeux et de toute façon dangereux car il n’y aura pas de comité d’accueil à l’arrivée. Cela posera problème notamment pour aider les passagers à effectuer les tâches les plus basiques dans le contexte d’une pesanteur retrouvée. Une équipe restant après cette première sera plus que bienvenue pour que l’arrivée de la seconde mission se passe dans de meilleures conditions.

2) La mission « n » devra repartir de Mars avant que la mission « n+1 » y parvienne. En effet, les départs vers Mars à partir de la Terre ne peuvent avoir lieu que dans une fenêtre d’un mois tous les 26 mois, le voyage dure 8 à 9 mois dans un rapport idéal masse transportée/énergie dépensée (orbite de transfert de Hohmann) mais on peut le réduire à 6 mois en consommant plus d’énergie et en transportant moins de masse, tout en gardant une trajectoire de libre-retour.

Ensuite le séjour sur Mars ne peut durer moins de 18 mois (à moins de repartir après deux ou trois semaines seulement mais au prix d’un séjour dans l’espace beaucoup plus long qu’à l’aller, d’un passage périlleux dans l’environnement de Vénus et d’une vitesse plus élevée, dangereuse, à l’approche de la Terre). Et à nouveau le retour sur Terre mettra six mois. On aura donc une mission de 6 + 18 + 6 mois = 30 mois. En clair la mission « n » quittera Mars 24 mois après son lancement mais surtout la mission « n+1 » ne pourra arriver sur Mars qu’après 32 mois (26 + 6). Donc, il ne faut pas rêver, il y aura un hiatus de temps important entre le départ de Mars et l’arrivée de la mission suivante sur Mars. Ceci implique, outre l’absence du comité d’accueil déjà mentionné, l’absence d’une présence pour entretenir les équipements laissés sur place (et les conditions environnementales martiennes sont très dures, selon les critères terrestres).

3) Toute importation depuis la Terre sera impossible entre deux fenêtres de lancements. Il faudra donc disposer de stocks mais surtout faire le maximum avec les ressources locales pour produire les ressources dont on aura besoin. En effet, outre la contrainte des fenêtres, et la nécessité pour certains produits de n’être pas trop vieux pour être consommés, le transport de masse et de volume depuis la Terre posera toujours problème car la capacité d’emport de nos fusées n’est pas illimitée et ne le sera jamais.

Je rappelle que le Starship ne pourra transporter que cent tonnes jusqu’à la surface de Mars ; c’est à la fois beaucoup par rapport à aujourd’hui et très peu par rapport aux besoins d’une communauté installée sur place. Il faudra donc développer au maximum l’ISRU (In Situ Resources Utilisation) y compris l’ISPP (In Situ Propellant Production), deux principes mis en évidence par Robert Zubrin au début des années 1990 et repris ensuite par la NASA qui restent incontournables.

 

Établir une colonie

L’ISRU servira à produire à partir de matières martiennes, le maximum de produits semi-finis dont on aura besoin, telles que poutres et poutrelles en métal, plaques de verres, plaque de silicium (pour les panneaux solaires) mais aussi matières plastiques, tissus, nourriture, poudres pour les imprimantes 3D (objets divers et pièces de rechange) et, dans la mesure du possible, les machines pour obtenir ces produits ou du moins les éléments les plus massifs dont on aura besoin pour les encadrer, supporter ou protéger.

L’ISPP, ce sera la production à partir du gaz carbonique de l’atmosphère martienne, et le stockage, de méthane et d’oxygène qui seront les ergols utilisés par les fusées interplanétaires (le retour sur Terre !) ou planétaires (pour aller n’importe où sur Mars). Le méthane brûle très bien dans l’oxygène (bonne Isp) et la production des deux gaz utilise une technique éprouvée et facile à mettre en œuvre (réaction de Sabatier) moyennant un peu d’hydrogène (une partie pour dix-huit) que l’on trouvera dans la glace d’eau martienne (électrolyse).

4) Mais ce ne seront pas seulement les produits que l’on ne pourra faire venir de la Terre quand on le voudra, ce seront aussi les personnes. En effet il faudra contrôler les robots, faire fonctionner les machines, surveiller les cultures (algues, poissons, plantes), organiser les constructions, contrôler leur viabilité et leur salubrité. Par ailleurs, les personnes vivant sur Mars seront évidemment le bien le plus précieux de l’établissement.

Pour les maintenir en bonne santé, il faudra non seulement disposer de médicaments et d’instruments médicaux divers mais aussi de médecins dans toutes les spécialités possibles. Il s’agira d’abord de chirurgiens car il est quand même délicat de confier son corps à des machines non contrôlées en direct par l’homme, mais aussi des infirmiers pour appliquer les directives de médecins examinant depuis la Terre les diverses données biologiques recueillies sur place.

Enfin, les scientifiques venant sur Mars auront besoin de toutes sortes de services techniques, dont en particulier ceux de spécialistes des télécommunications ou d’informaticiens. Et « tout le monde » aura besoin de « bricoleurs », c’est-à-dire d’ingénieurs/mécaniciens/chimistes capables de résoudre un problème apparemment insoluble et qu’on n’aura pas prévu, parce qu’ils auront les capacités intellectuelles et manuelles pour le faire.

Enfin il faudra des services pour s’occuper de toutes ces personnes : des conditionneurs pour les produits alimentaires (pasteurisation, appertisation, congélation, gestion des stocks), des cuisiniers-restaurateurs, des administrateurs, des conseillers financiers, des assureurs, des personnes capables de s’occuper de l’éducation des enfants…ou des défunts.

En fait nous avions calculé avec Richard Heidmann (dans une étude publiée en 2018 dans le Journal of the British Interplanetary Society), qu’une base martienne opérationnelle devrait compter quelques 1000 personnes (y compris environ 500 visiteurs renouvelées à chaque cycle et pourvoyeurs de revenus pour la colonie). C’est sans doute ce qu’il faut envisager pour tourner en conditions de sécurité acceptables tout en générant une rentabilité suffisante pour continuer.

Toutes ces personnes nécessaires à l’entretien des hommes et des équipements, c’est-à-dire au fonctionnement de la base, ne pourront pas venir en même temps que les clients et repartir avec eux. Ce ne serait pas rationnel compte tenu de ce qui a été dit plus haut (entretien des équipements et accueil des nouveaux arrivants) et demanderait trop de vaisseaux qui ne pourraient rien transporter d’autre (la recherche de l’autonomie ne veut pas dire qu’on l’atteindra tout de suite ni que des échanges n’auront pas lieu).

5) Un dernier facteur à prendre en considération, lié à la distance, à l’espace et à Mars, est le fait que les hommes qui iront sur Mars devront subir les contraintes d’un long voyage (dans tous les cas plusieurs mois), d’une exposition non négligeable aux radiations spatiales (on pourra en supporter la dose sans problème pour un seul voyage ou deux, mais certainement pas pour cinq ou six), et les conséquences d’une accoutumance à une pesanteur nettement plus faible que sur Terre.

Il y aura donc des personnes spécialistes des sciences martiennes, économiquement intéressées à vivre sur Mars parce qu’elles y auront leur activité et leurs liens sociaux (le boulanger !) ou simplement amoureux de Mars, qui après un premier séjour, décideront de revenir et d’y rester. Ces personnes-là voudront un maximum de confort et de commodités et elles s’efforceront, dans leur intérêt propre, de disposer de tous les équipements nécessaires.

Mars ne sera ni la Station Spatiale Internationale d’où il est possible de revenir en moins de 30 heures, ni l’Antarctique qui, certes peut se trouver isolée mais dont l’isolement ne va durer que quelques semaines ou, au pire, quelques petits mois d’hiver. C’est pour cet isolement que naturellement de plus en plus d’autonomie sera souhaitable voire indispensable pour l’établissement humain sur Mars.

Lecture : Robert Zubrin, The Case for Mars, chez Free Press, dernière édition, 2011 (Robert Zubrin, créateur de la Mars Society aux États-Unis, marssociety.org)

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  • On peut rêver, bon scénario de sciences fiction…

    • Et surtout, il faut tout de suite former d’urgence de petits « Mac Gyver » et c’est pas gagné vu le niveau de nos chères têtes blondes!

      • Un objectif aussi ambitieux pourraient donner des vocations à nos chères têtes blondes, comme Mac Gyver a donné des envies de science au gamin que j’étais. Ok, je ne suis pas astronaute, ingénieur, philosophe ou colon sur Mars, mais je sais me débrouiller et Mac Gyver n’y est pas pour rien, ce gamin empoté lui doit beaucoup.

    • Si vous aimez la science- fiction très hard je ne peux que vous conseillez de lire Mars la Rouge, Mars la verte et Mars la bleue de Kim Stanley Robinson.
      Bah moi, j’y crois, certains hommes sont ainsi, il faut qu’ils aillent voir plus loin.

      • Désolé pour les nombreuses fautes qui se succèdent sur mes commentaires du jour, j’ai honte, mais je suis dans une réunion ennuyeuse ce qui explique ma présence très active ici, mais je suis très agacé d’entendre pendant que je commente les termes inclusion, identité de genre sortir de la bouche d’une des personnes présentes alors qu’on s’en cogne n’est-ce pas. « Oh non mais oh , au travail ! »
        Ça m’apprendra à baisser la garde, tiens pour la peine je n’inviterai personne pour le déjeuner.

  • Mais quelle drôle d’idée de vouloir s’installer sur Mars ( la terraformer comme ils disent!) alors que c’est une planète morte, aride, qui a perdu son eau et son atmosphère à cause d’une taille et donc d’une gravité trop faible et où toute installation « autonome » devra se faire sous cloche!
    Avant d’être autonome, il va en falloir des voyages de matériel pour une installation qui ne sera jamais pérenne!
    Ou bien on nous ment, ou alors les scientifiques disposent de données nouvelles soigneusement cachées!

    • 1. Pour la performance
      2. Pour le fun, c’est important le fun
      3. Une planète B où un mode d’organisation différent de celui de la terre pourrait se mettre en place, pourquoi pas une anarcapie d’ingénieurs , de philosophes, d’agriculteurs et de mineurs qui feraient commerce avec la Terre ? Une guerre en perspective ? Ou comme sur Luna, un gigantesque pénitencier sans gardiens ou les descendants des premiers deportés adopteraient des modes de vie et des conceptions différentes et multiples de la famille et de la politesse ( Révolte sur la lune, de Robert Heinlein )
      3. Pour les avancées dans de multiples domaines de la connaissance que la science ferait en chemin, même si nous n’arrivons jamais à l’objectif final.
      Ok ça coûterait un pignon de dingue mais y’a des ressources là haut. Ok ça urge pas non plus, faut pas forcer, mais c’est bien de rêver, d’imaginer un futur, on en serait où sinon.

    • Non Monsieur, il ne s’agit pas de terraformer Mars. L’entreprise serait beaucoup trop coûteuse et le retour sur investissement beaucoup trop lointain.
      Il s’agit de créer sur Mars des bulles viabilisées de taille compatible avec les lois physiques et cela est possible (bien sûr théoriquement puisque pratiquement nous n’avons pas encore de moyen de transport adéquat – je compte sur le Starship de SpaceX).
      Figurez-vous que certaines personnes y pensent très sérieusement. La clef de la réussite de l’entreprise est ce qu’on appelle l’ISRU (In Situ Resources Utilization). Mars est formée des mêmes éléments que la Terre et si on utilise ces éléments on n’a pas besoin d’y apporter des masses impossibles à transporter (simplement quelques éléments clefs et bien sûr des équipements qui ne peuvent pas y être fabriqués sans une industrie lourde et sophistiquée).
      Et oui la pérennité est possible en utilisant les matériaux locaux et en les recyclant, du moins pour une colonie de taille réduite (pensez à l’Islande). Vous ne pouvez écarter une telle possibilité d’un revers de main sans l’avoir considérée sérieusement. Lisez mon blog dans le journal letemps.ch (375 articles dans plusieurs sur le sujet, avec des références)!

      • « L’ISRU servira à produire à partir de matières martiennes, le maximum de produits semi-finis dont on aura besoin, telles que poutres et poutrelles en métal, plaques de verres, plaque de silicium (pour les panneaux solaires) mais aussi matières plastiques, tissus,….. »

        Soyons sérieux! Produire des poutres en métal, il faut une aciérie avec des laminoirs, les plaques en verre sortent des verreries industrielles, quant aux matières plastiques, il faut du pétrole, des raffineries et des usines chimiques pour les produire! Elles ne surgiront pas comme par miracle du sol martien, et si les ressources minières existent dans le sous sol, pour les produire, il faudra bien du matériel LOURD pour les extraire et les transformer!
        Et même en trouvant le moyen ( Starship x 1000) d’acheminer tout ce matériel sur Mars, encore faudra-t-il l’installer dans des enceintes gigantesques, l’atmosphère de Mars ( sauf terraformation) étant très inhospitalière pour les humains!
        C’est beau de rêver pour le fun ou la performance, mais sauf à inventer un moyen de transport qui permette le transfert de charges lourdes en un temps raisonnable (comparable au voyage Terre/Lune, j’ai bien peur que, comme pour la lutte contre le réchauffement, on dépense des milliards ( que nous n’avons pas) en pure perte!

        • Je suis sérieux mais vous-même semblez êtes du genre à répondre « c’est impossible » quand on vous présente un problème qui « sort des sentiers battus ».
          Pensez-vous que le projet de l’établissement de l’homme sur Mars ait été poursuivi depuis des années sans que nous ayons pensé aux difficultés qui se présenteront du fait de la distance et de la difficulté du transport? En pensant que nous n’y avons pas pensé, c’est vous qui n’êtes pas sérieux.
          La réponse à vos affirmations négatives requerrait de gros documents pour être précis mais j’évoque quelques solutions:
          Pour l’acier, par exemple, nous avons identifié un four (Nabertherm 700/12) d’un poids de 2,6 T et d’une capacité de 6 T d’acier/jour.
          Pour le verre, un four (N2214) avec les caractéristiques suivantes : 1400°C, 3,9 T, 140 kW, intérieur 1×1,4 m², adapté à un process discontinu ; les dimensions de nos plaques de verre (3×1.5 m²) devrait être réalisables avec une extrapolation de ce type de machine (elles seront doublées en laminées et nous avons vérifié qu’en fonction de leurs dimensions elles pourront supporter une pression interne de 0.5 bar, contenant 42% d’Oxygène).
          Les fours et les équipements auxiliaires seraient tous transportables dans un seul starship, évidemment (ne vous inquiétez pas, nous avons vérifié!).
          L’extraction commencera par l’utilisation des sables qui sont très riches en fer et en silice et que l’on trouve un peu partout en surface.
          Il y a des banquises de glace d’eau que l’on pourra utiliser pour l’eau mais aussi pour produire de l’hydrogène et de l’oxygène.
          On utilisera l’hydrogène pour faire du méthane avec le carbone du gaz carbonique atmosphérique.
          On pourra produire toutes sortes de plastiques avec du carbone et de l’hydrogène.
          Nous aurons la source d’énergie, évidemment nucléaire (kilopower, kaleidos, megapower).
          Les productions commenceront dans des ateliers, évidemment pas dans des « usines ». Les différentes unités de production qui n’ont pas besoin d’un environnement riche en oxygène pour fonctionner ne seront pas viabilisées (et les personnes nécessaires pour les contrôler, seront en scaphandre, si elles doivent se rendre là où fonctionnent les machines) et nous n’aurons pas besoin « d’enceintes gigantesques ».
          On utilisera très largement les imprimantes 3D.
          On fera sur place tout ce qui est massif (cadres, supports, portes, socles…).
          Quant aux « milliards » vous ne les avez peut-être pas mais certaines personnes privées qui s’intéressent au projet aux Etats-Unis, les ont et peuvent compléter leurs ressources propres par des montages financiers tout à fait satisfaisants (je suis banquier de profession et je sais de quoi je parle).
          Le seul vrai problème c’est l’achèvement du Starship. Dès qu’il pourra voler nous entrerons dans la phase de réalisation.

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