Alors que le programme Artemis de la Nasa nous prépare à renouer avec la Lune, son objectif s'étend bien au-delà de la simple exploration lunaire. En effet, en visant la Lune, on vise en réalité... Mars.

Chaque mission vers notre satellite naturel a un double objectif : se préparer à vivre et travailler sur la Lune, mais aussi imaginer les premières expéditions humaines sur Mars.

Si les trois premières missions Artemis se concentrent avant tout sur le retour des États-Unis sur la Lune et sur le premier atterrissage depuis Apollo 17 en décembre 1972, elles permettent aussi de tester le support vie, la navigation, les procédures et des profils de vols utiles pour les missions martiennes à venir.

La Lune et l'orbite cis-lunaire deviennent ainsi des terrains d'expérimentation pour valider les technologies nécessaires à cet objectif ambitieux. Chaque mission constituera une étape clé dans la préparation à l'exploration martienne. Les expériences de physiologie conduites à bord du Gateway et la construction d'une base sur le sol lunaire, tout comme l'utilisation de ses ressources, joueront également un rôle essentiel dans la mise au point des technologies indispensables pour aller vers Mars.

Un camp de base tel qu'envisagé par la Nasa dans le cadre de son programme Artemis. Son utilisation servirait à préparer les procédures qui seront mises en œuvre sur Mars. © Nasa

Conditions extrêmes : la vie sur Mars

Rejoindre la Planète rouge pose en effet des défis sans précédent. Il sera nécessaire de garantir que les astronautes puissent résister physiquement et psychologiquement au long voyage de trois ans, tout en leur offrant un environnement viable à leur arrivée.

Sur Mars, les températures sont inférieures à celles de la Terre, l'atmosphère est extrêmement ténue et principalement composée de dioxyde de carbone (CO₂), et la surface est fréquemment frappée par de violentes tempêtes de sable.

Bien que la présence d'eau ait été confirmée, celle-ci ne s'écoule pas à la surface ; elle devra être extraite des glaces souterraines ou des sels minéraux comme les sulfates. Les futures missions devront donc être capables de produire de manière autonome l'eau, l'oxygène, l'énergie et même la nourriture nécessaires à la survie des astronautes.

À l'approche du lancement d’Artemis II, nous avons jugé pertinent d'interviewer Kirsten Siebach, Assistant Professor of Planetary Geology Rice University Houston, Texas, spécialiste de l'exploration martienne.

Kirsten Siebach nous éclaire sur l'importance des missions robotiques, telles que celles menées par les rovers Curiosity et Perseverance. Ces missions non seulement élargissent notre compréhension de l'environnement martien, mais testent aussi les limites de l'ingénierie et des systèmes vitaux nécessaires pour les futures missions humaines. Ensemble, nous explorons comment ces découvertes façonneront notre capacité à relever les immenses défis de l'exploration de Mars. Les températures extrêmes, la pauvreté de l'atmosphère et les tempêtes de sable violentes nous attendent, mais chaque connaissance acquise nous rapproche un peu plus de notre objectif.

Futura : En quoi l'exploration robotique actuelle de Mars a-t-elle amélioré notre compréhension des conditions environnementales qui attendent les astronautes sur Mars ?

Kirsten Siebach : Les rovers de la Nasa qui explorent actuellement la surface de Mars, Curiosity et Perseverance, surveillent activement l'environnement afin de nous aider à comprendre les conditions que rencontreront les futurs explorateurs robotiques et humains. Ils mesurent la température, le vent, l'humidité et le rayonnement à la surface de Mars. Curiosity est sur Mars depuis 13,5 ans et fournit des informations précieuses sur les conditions auxquelles les astronautes seront probablement confrontés. Perseverance est également équipé d'un instrument de démonstration technologique appelé Moxie, qui génère de l'oxygène propre et respirable à partir de l'atmosphère martienne riche en CO₂.

Futura : Quelles découvertes clés réalisées par les missions robotiques sont susceptibles de transformer notre approche des missions humaines vers Mars et la Lune ?

Kirsten Siebach : Notre principal objectif scientifique pour les missions humaines vers Mars est la recherche de vie, qu'elle soit vivante ou éteinte. Les missions robotiques actuelles ont permis de découvrir des composés organiques (à base de carbone) préservés et des caractéristiques géologiques interprétées comme des « biosignatures potentielles », qui pourraient être des vestiges de vie passée. Cependant, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour déterminer leur origine.

Ces découvertes sont passionnantes, car elles nous permettent de mieux comprendre si Mars a déjà abrité des formes de vie microbiennes. Les observations faites par les rovers guideront notre approche de l'exploration humaine de Mars et de ce que l'on appelle la « protection planétaire ». Ce concept consiste à prévenir la contamination croisée entre les systèmes biologiques de différents mondes.

Nous ne voulons pas que la vie terrestre interfère avec notre capacité à étudier l'ancienne vie martienne, ni que l'ancienne vie martienne potentielle contamine la Terre. Il est essentiel d'étudier les biosignatures qui pourraient exister sur Mars afin de garantir une utilisation efficace du temps des astronautes à la surface, tout en les protégeant contre la contamination.

Thales Alenia travaille sur des projets de véhicules spatiaux capables de réaliser des allers-retours vers Mars. © Thales Alenia Space, E. Briot

Futura : Les missions robotiques ont-elles déjà testé des technologies de survie ou d'utilisation des ressources in situ qui pourraient être utilisées dans le cadre de missions habitées ?

Kirsten Siebach : Comme mentionné précédemment, Perseverance était équipé de l'instrument Moxie, qui génère de l'oxygène pur et respirable à partir de l'atmosphère martienne riche en dioxyde de carbone.

Futura : Comment les données collectées par les rovers et les orbiteurs influencent-elles le choix des sites d'atterrissage pour les futures missions habitées ?

Kirsten Siebach : Les observations des orbiteurs nous fournissent une carte détaillée de la surface, de la topographie, de la géologie et des ressources telles que l'eau de Mars. Les observations des rovers améliorent notre compréhension des conditions environnementales et du rayonnement à la surface. De plus, les rovers nous aident à clarifier les observations orbitales en offrant une « vérité terrain », de la même manière que la vue de rues sur Google Maps vous aide à visualiser à quoi ressemble un paysage depuis le sol.

Futura : Quels sont les risques identifiés par les missions robotiques qui préoccupent le plus la planification des missions humaines, et comment ces informations influencent-elles les procédures de sécurité ?

Kirsten Siebach : L'une des plus grandes préoccupations pour la sécurité des astronautes est l'exposition aux radiations pendant leur voyage vers Mars et leur exploration de la planète. Les missions robotiques mesurent les radiations subies tout au long de ces voyages, ce qui nous permet d'élaborer des stratégies visant à minimiser l'exposition des astronautes.

Les missions robotiques nous aident également à évaluer des risques que nous ne pourrions pas anticiper autrement. Par exemple, la mission Phoenix Lander en 2008 a découvert une molécule appelée perchlorate dans le sol martien. Le perchlorate est utilisé sur Terre dans les carburants de fusées et les feux d'artifice, et il peut être toxique s'il contamine les aliments et l'eau. Bien que nous puissions l'éliminer de l'eau, une visite imprévue sur Mars pourrait signifier que les astronautes ne disposent pas de l'équipement nécessaire pour y faire face.

Futura : En quoi l'exploration robotique a-t-elle modifié les priorités de recherche pour les futures missions humaines vers Mars ?

Kirsten Siebach : Notre compréhension de Mars a considérablement évolué au cours des 60 dernières années grâce à l'exploration robotique. Au départ, nous pensions que Mars abritait une forme de vie similaire à celle de la Terre. Puis, nous avons considéré qu'elle était complètement sèche et stérile, comme la Lune. Cependant, nous avons ensuite trouvé des traces d'eau et découvert que, bien qu'il y ait encore une quantité importante d'eau sur Mars, celle-ci existe à l'état solide ou gazeux, car la pression atmosphérique est trop faible pour que l'eau liquide reste stable.

Mars était autrefois similaire à la Terre, en particulier à l'époque où la vie a commencé sur notre Planète

Nous avons également découvert que Mars avait probablement une atmosphère plus dense dans le passé, ce qui permettait à l'eau liquide de s'écouler dans des rivières et des lacs. Plus récemment, nous avons examiné les dépôts laissés par ces rivières et ces lacs, qui existaient il y a environ 3,5 milliards d'années. Ces environnements auraient pu être habitables pour des formes de vie similaires à celles de la Terre et pourraient préserver des matières organiques et des signes potentiels de vie.

Cette prise de conscience que Mars était autrefois similaire à la Terre, en particulier à l'époque où la vie a commencé sur notre Planète, implique que Mars est non seulement l'une des planètes les plus accessibles pour l'exploration humaine, mais qu'elle pourrait également receler des preuves d'une vie ancienne. Cela fait de la recherche de signes de vie sur Mars une priorité scientifique absolue pour les astronautes.