Mars : trois obstacles pour l'Humanité

[Joachim-28]

Hello !

Voici un petit rappel de nos connaissances actuelles. Pour quelles raisons est-il difficile de se rendre physiquement, en personne, sur Mars, en l'état de nos capacités et connaissances actuelles ?
L'astronaute Thomas Pesquet nous résume les trois raisons principales :

- Premier problème : les radiations. Un voyage sur Mars de six mois, hypothèse envisagée, exposerait les voyageurs à des doses de radiation trop fortes. Sur Terre on est protégé. Mais pas dans l'espace.

- Deuxième problème : Vaisseau trop lourd. Trop de stock, si en plus faut renforcer le vaisseau contre les radiations avec des plaques de fer, tout est trop lourd.

- Troisième problème : l'arrivée dans l'atmosphère sur Mars. On va brûler, et se crasher, car contrairement à l'atmosphère terrestre, on va arriver trop vite, et ne pas être assez ralenti. On ne sait pas comment faire atterrir 40 tonnes, le minimum si l'on veut se déployer.

Voilà !

(On est encore loin de Mars la Rouge, où Kim imaginait faire atterrir une colonie de 100 colons)

[Pyjam]

En attendant, ce brillant point rouge que l'on voit chaque nuit, coté Est, c'est Mars. Au plus près de la Terre actuellement, et qui ne reviendra pas aussi près avant 2035.

[Caliban]

- Premier problème : les radiations. Un voyage sur Mars de six mois, hypothèse envisagée, exposerait les voyageurs à des doses de radiation trop fortes. Sur Terre on est protégé. Mais pas dans l'espace.

Mouais. "Hypothèse envisagée" par von Braun, voici trois quarts de siècles, et compte tenu des technologies de l'époque. De même, par les tenants de l'exploration robotique du système solaire. Mais pas nécessairement par les Elon Musk et consorts...

Les six mois que tu évoques correspondent grosso modo à une orbite de Hohmann — et encore, une fois tous les 36 du mois (enfin, tous les vingt-six mois...) L'hypothèse implicite est qu'on irait sur Mars de la façon la plus bête possible : un grand coup de moteur, pendant quelques dizaines de minutes, au départ ; puis plus rien pratiquement jusqu'à l'arrivée, sur l'erre acquise. Qui voyage comme ça sans y être obligé ?

Il semble aller de soi que, lorsqu'on établira des liaisons humaines régulières entre la Terre et Mars, elles seront basées sur des engins à poussée permanente. Même des accélérations relativement modestes, de l'ordre de quelques centièmes de g, ramèneraient la durée du voyage à moins d'un mois. Ce qui change considérablement la donne en matière de radiations : non seulement la dose totale est diminuée d'autant, mais il devient concevable d'éviter les périodes d'activité solaire intense...

D'autre part, la protection de la Terre contre les radiations ionisantes dérive principalement de son champ magnétique. Il est a priori concevable de doter un vaisseau interplanétaire de son propre bouclier magnétique.

- Deuxième problème : Vaisseau trop lourd. Trop de stock, si en plus faut renforcer le vaisseau contre les radiations avec des plaques de fer, tout est trop lourd.

Par définition, un vaisseau spatial est toujours trop lourd. Mais, d'une part, l'argument du blindage ne tient donc pas vraiment ; et d'autre part, on commence à savoir bien recycler l'eau, l'oxygène et les matières organiques, en milieu spatial. Pas besoin de stocks énormes, donc.

Là encore, il semble aller de soi que les pondéreux — eau, équipements lourds, etc. —, pour lesquels six mois de voyage ne sont pas un problème, voyageront, eux, selon des orbites économiques.

- Troisième problème : l'arrivée dans l'atmosphère sur Mars. On va brûler, et se crasher, car contrairement à l'atmosphère terrestre, on va arriver trop vite, et ne pas être assez ralenti. On ne sait pas comment faire atterrir 40 tonnes, le minimum si l'on veut se déployer.

Toujours la même hypothèse implicite : descente plus ou moins passive. Avec un moteur fusée digne de ce nom, l'aréissage ne pose a priori aucun problème, même sans pilote, avec une gravité de surface d'un tiers de g. Les boosters de Space X le font désormais très bien tout seuls sous un g !

[Joachim-28]

Je ne suis pas assez qualifié pour discuter chacune des hypothèses ; je n'ai fait que retranscrire ce que j'ai compris des propos de Thomas Pesquet interviewé pour le magazine Anticipation n°2 L'Odyssée spatiale.

[CNEMFO]

Bonjour,
Depuis quelques temps, je regarde parfois ce qui est écrit sur ce forum; étant donné que j'aime bien la littérature de science fiction, je trouve parfois certaines nouvelles en ce qui concerne les parutions etc...
J'ai tenu à m'inscrire pour pouvoir répondre à certaines contre vérités ou plutôt fausses évidences en ce qui concerne la conquête spatiale, notamment en ce qui concerne les radiations...

D'abord, sur Terre elle-même on vit dans un environnement radioactif, les rayonnements ionisants venant surtout de la décomposition de roches radioactives venant l'intérieur de la Terre par exemple l'uranium. On est donc exposé chaque année à une dose efficace de quelques millisievert à quelques dizaines de millisieverts en France (quelques dizaines c'est plutôt en Bretagne ou dans les régions granitiques). Dans d'autres régions du globe, dans certaines endroits du Deccan ou en Iran, les gens sont plutôt exposés à 250 msv par an environ...Les études, peu nombreuses, ne semblent pas montrer une mortalité beaucoup plus forte que dans des populations équivalentes. Justement, quand on parle d'effets indésirables des rayonnements ionisants (RI) en fait on parle d'effets déterministes et aléatoires. Les effets déterministes sont consécutifs à une irradiation massive instantanée et nous concernent donc pas pour un voyage spatial (leur effet va de la brûlure à l'aplasie médullaire). Les effets aléatoires sont une majoration du risque de cancer. Justement, le développement d'un cancer n'est pas instantané. Il résulte de plusieurs mutation sur une ou plusieurs cellules qui font qu'elles acquièrent un potentiel prolifératif non régulable par l'organisme. Ces mutations résultent souvent de l'action d'un RI (mais pas que: voir par exemple l'exposition à des produits chimiques, une infection virale etc..). Or, nos organismes, qui ont évolué dans un environnement radioactif depuis plusieurs milliards d'années, savent y faire face, notamment via un mécanisme d'apoptose (suicide cellulaire). En fait, ce mécanisme d''apoptose, de mort cellulaire, est même une bonne chose pour nos organismes (et donc l'exposition à des RI dans une certaine mesure) car il permet de supprimer les cellules les plus fragiles ou déjà cancéreuses (les cellules cancéreuses sont d'ailleurs en général plus fragiles que les cellules saines, c'est comme ça que fonctionne la chimiothérapie). C'est la nécrose qui est dangereuse, ou l'absence d'apoptose de la cellule du fait d'une mutation sur les gènes la permettant (gène p53 notamment).

Donc RI ne signifie pas du tout cancer loin de là. C'est à partir d'une certaine dose, déterminée en fait sur les cohorte d'Hiroshima ou sur des cohortes de patients anglais exposés à du lait radioactif, qu'on a pu déterminer un seuil où l'augmentation du risque de cancer est statistiquement significative (c'est à dire un risque relatif dont l'intervalle de confiance n'inclut pas 1). Ce seuil est à une dose efficace de 500 msv. En dessous, il y a ce que l'on appelle l'hypothèse linéaire sans seuil, c'est à dire que l'on rallonge la courbe d'augmentation du RR en fonction de la dose efficace de manière artificielle. On arrive ainsi à une dose de 200 msv où il POURRAIT y avoir un RR de cancer significatif (mais jamais démontré car puissance des études insuffisante). De toute façon, ce n'est pas parce que le RR est statistiquement significatif qu'il l'est cliniquement. Le risque de base de cancer est en réalité relativement faible (notamment par rapport aux pathologies cardiovasculaires); chez les femmes, le cancer du sein a une incidence de 3% sur 30 ans (donc de 50 à 80 ans); pour le colon c'est encore plus faible, de l'ordre de 2%. Donc même un RR entre 1 et 2 entraine une incidence plus élevée mais qui est alors entre 5 et 6%. A noter qu'un RR à 2, c'est pour une exposition à 1000msv. A noter aussi que les cancers du sein ou du colon se traitent de mieux en mieux et qu'on peut imaginer un dépistage systématique au retour pour le reste de la vie (une mammographie et IRM mammaire et scanner corps entier par an par exemple).

Ensuite, à quelle dose efficace serait on exposé dans l'espace? (je précise qu'en parlant de dose efficace je tiens compte du TEL donc du type de RI y compris les fameux neutrons). Cela a été mesuré: grosso modo sur l'ISS c'est 0.5mSv par jour (donc 200 mSv par an) car pas d'atmosphère terrestre pour protéger des RI. Dans l'espace c'est 2 mSv par jour car pas de champs magnétique, donc de l'ordre de 600 mSv sur un an (le trajet vers Mars c'est 6 mois). Ces mesures tiennent compte des fameuses "éruptions solaires". Sur la Lune c'est moitié car protection par la masse rocheuse du satellite. Sur Mars, l'atmosphère ET la masse rocheuse de la planète nous protègeraient aussi, donc ça fait 0.6 mSv par jour, donc comme sur l'ISS. Pas besoin de vivre enterré donc, sur Mars...

Donc voila le danger des RI est très surestimé...Pas besoin donc de croute de plomb sur le vaisseau. D'ailleurs si on voulait se protéger ce serait en réalité surtout des rayonnements cosmiques secondaires à l'interaction des protons solaires avec la coque, c'est à dire surtout des neutrons et pour çà le bétons est bien mieux (car contenant beaucoup d'eau).

Je précise aussi que dans ces estimations on prend le pire des cas, c'est à dire une conversion intégrale des protons du vent solaire en neutrons, ce qui est très contesté.
Je précise aussi qu'on pourrait envoyer des astronautes d'une soixantaine d'année, le cancer ne risquant alors de se développer que 20-30 ans ans après donc probablement après la mort "naturelle" de l'astronaute.

A noter aussi que Mars a d'énormes avantages par rapport à la Lune: une gravité supérieure, une atmosphère qui protège totalement contre les micométéorites et qui permettrait de construire des dômes pressurisés en la captant, une durée du jour équivalente à celle de la Terre.

Pour finir, malheureusement l'obstacle principal pour aller sur Mars est sans doute l'absence de volonté politique, la peur...Il n'y a pas vraiment de contrainte technique; et en plus une propulsion nucléaire pulsée permettrait de la rallier en 6 semaines. Et puis le vaisseau peut être envoyé en plusieurs fois, on pourrait faire atterrir les composants de la base indépendamment des humains par exemple.

Au total ,je n 'affirme pas que les RI sont sans dangers mais qu'il faut se garder de systématiquement dire qu'un RI c'est la mort assurée.

[Caliban]

J'ai tenu à m'inscrire pour pouvoir répondre à certaines contre vérités ou plutôt fausses évidences en ce qui concerne la conquête spatiale, notamment en ce qui concerne les radiations...

Bienvenue à bord, donc.

D'abord, sur Terre elle-même on vit dans un environnement radioactif (...)
Donc RI ne signifie pas du tout cancer loin de là.

Absolument. Peut-être même "au contraire" : il ne semble pas exclu qu'un niveau minimal de radiation (certes très bas) contribuent à maintenir en alerte certains mécanismes biologiques de régulation.

En dessous [du seuil], il y a ce que l'on appelle l'hypothèse linéaire sans seuil, c'est à dire que l'on rallonge la courbe d'augmentation du RR en fonction de la dose efficace de manière artificielle.

On pourrait même dire que c'est très probablement non-linéaire.

Ensuite, à quelle dose efficace serait on exposé dans l'espace? (je précise qu'en parlant de dose efficace je tiens compte du TEL donc du type de RI y compris les fameux neutrons). Cela a été mesuré: grosso modo sur l'ISS c'est 0.5mSv par jour (donc 200 mSv par an) car pas d'atmosphère terrestre pour protéger des RI. Dans l'espace c'est 2 mSv par jour car pas de champs magnétique

Et encore, certains proposent d'équiper les vaisseaux transportant des équipages de boucliers magnétiques embarqués. Il reste quelques progrès à faire sur les matériaux supra-conducteurs, mais ça ne semble pas infaisable à moyen terme...

Je précise aussi qu'on pourrait envoyer des astronautes d'une soixantaine d'année

Yep. Où signe-t-on ?

Pour finir, malheureusement l'obstacle principal pour aller sur Mars est sans doute l'absence de volonté politique, la peur...Il n'y a pas vraiment de contrainte technique.

L'absence de volonté politique, c'est une évidence. La peur ? J'en suis moins convaincu. Ce ne sont pas les volontaires qui manquent. Et si l'on aurait effectivement pu envisager une mission martienne habitée avec les technos des années 1960 (voir par exemple le très convaincant Voyage de Stephen Baxter), je dirais que ça fait cinquante ans qu'on est à quinze ans de développement d'un écosystème technologique et industriel sérieux pour dépasser le stade des "coups" plus ou moins médiatiques, façon Apollo — mais que le chrono n'a toujours pas commencé à tourner. On en reparle en 2035 ?

[CNEMFO]

Par "peur" je voulais parler des bureaucrates de la NASA et de Thomas Pesquet par exemple (si on lit le résumé de Joaquim 28, il semble dire qu'il a peur des radiations...), ou encore des journaux. Après je pense que cette peur est plutôt une méconnaissance de la réalité; et venant d'un astronaute, médiatique de surcroit, c'est un peu triste je trouve...Et ça donne des arguments (faux) à ceux qui sont contre la conquête spatiale. Un jour j'ai même entendu à la télé un journaliste dire que tenter de coloniser Mars c'est comme tenter de vivre dans la cuve d'une centrale nucléaire ce qui est aberrant...

Après, une autre chose que je trouve dommage (je dévie un peu du sujet), c'est que l'ESA ait probablement la capacité technique d'envoyer des hommes dans l'espace mais qu'elle ne le fasse pas. In extenso je me dis que c'est un peu la même chose pour la NASA en ce qui concerne envoyer quelqu'un sur Mars...Donc c'est ce genre de chose aussi que je ne comprend pas; l'ESA a un budget conséquent, de sept milliards d'euros (le même que celui de l'agence chinoise), et ne semble pas en faire grand chose hormis des satellites météorologiques (j'exagère à peine). C'est pour ça aussi que je parle de "peur" parce que franchement, ils ont un budget (voté par des politiques) et ils n'en font pas grand chose d'intéressant (peur de l'échec?).

Par ailleurs, qu'est ce qui vous fait dire qu'on est à quinze ans du développement d'un écosystème industriel sérieux pour la colonisation spatiale? Si vous pouviez me donner une référence, d'un livre par exemple, ça m'intéresserait beaucoup.

[Caliban]

Donc c'est ce genre de chose aussi que je ne comprend pas; l'ESA a un budget conséquent, de sept milliards d'euros (le même que celui de l'agence chinoise), et ne semble pas en faire grand chose hormis des satellites météorologiques (j'exagère à peine). C'est pour ça aussi que je parle de "peur" parce que franchement, ils ont un budget (voté par des politiques) et ils n'en font pas grand chose d'intéressant (peur de l'échec?).

A mon sens, il s'agit moins de peur de l'échec que de mainmise des acteurs de la génération précédente sur le secteur. La NASA a continué des décennies durant à dépenser autant que pendant la période Apollo, sans obligation de résultat. Pourquoi alors pour ses fournisseurs habituels prendre le risque de perdre cette rente de situation en acceptant d'entrer dans une course à des technos nouvelles, où des nouveaux venus, avec de nouvelles idées, pourraient les battre à leur propre jeu ?

Par ailleurs, qu'est ce qui vous fait dire qu'on est à quinze ans du développement d'un écosystème industriel sérieux pour la colonisation spatiale?

L'expérience Apollo, justement — 1961-1972 : il n'a fallu que 8 ans pour conquérir la Lune ! — et en général des grands programmes technoscientifiques. L'ordre de grandeur est à peu près toujours le même.

Là, fondamentalement, on a besoin d'un lanceur lourd, au minimum de la classe des 200 tonnes en orbite basse (Saturn V en mettait 140 : il ne s'agit en fait que de retrouver le niveau technologique d'il y a 50 ans !). Disons, une petite décennie, si on s'y met sérieusement ? Cinq ans pour engager les premières missions et avoir un retour d'expérience, et le reste suivra tout seul... (mais bon, je suis un pur heinleinien, et un optimiste...).

Pour l'étape suivante, avec un vrai début de colonisation, il faudra ajouter des réacteurs à fusion contrôlée (donc des vaisseaux à poussée permanente, des sources d'énergie à peu près inépuisables, etc.). Là, je compterais une bonne vingtaine d'années au moins.

Si vous pouviez me donner une référence, d'un livre par exemple, ça m'intéresserait beaucoup.

C'est déjà un peu ancien, mais la donne n'a pas tellement changé et j'aime beaucoup The Case for Mars et Entering Space : Creating a Space-Faring Civilization, de Robert Zubrin.

[CNEMFO]

Je suis d'accord avec vous...En tout cas merci pour les deux livres; je connaissais déja le premier (traduit en français; je l'ai d'ailleurs lu). L'autre je ne le connaissais pas donc je vais peut-être l'acheter si il est aussi intéressant que le premier.

Par contre, pour la technologie de fusion, il me semble que c'est en cours de développement à Cadarache avec une échéance en 2040 pour les premiers essais me semble-t-il. D'ailleurs c'est un exemple de grand programme techno scientifique qui prend plus de huit ans... Et une production d'énergie qui ne sera rentable qu'à la fin du siècle...Si on attend jusque là autant dire que la colonisation de Mars n'est pas prête de se mettre en place....

La fission nucléaire est une bonne source d'énergie, déjà disponible, y compris avec des petits réacteurs (voir par exemple les sous-marins ou brises glace nucléaires) utilisables, donc, sur Mars. Pour la propulsion des vaisseaux, il y aurait la propulsion nucléaires pulsée. Après, me semble-t-il là encore l'obstacle est politique avec le traité de non militarisation de l'espace de 1967, qui au passage est un peu ridicule: pas besoin d'envoyer des armes nucléaires dans l'espace pour bombarder l'autre hémisphère, c'est même plus fastidieux ; à plus forte raison car il s'agirait de charges de faible amplitude pour la propulsion nucléaire pulsée.

[Caliban]

[Entering Space] je ne le connaissais pas donc je vais peut-être l'acheter si il est aussi intéressant que le premier.

Pas complètement, au vrai. Le bébé de Zubrin, ça reste Mars Direct...

La fission nucléaire est une bonne source d'énergie, déjà disponible, y compris avec des petits réacteurs (voir par exemple les sous-marins ou brises glace nucléaires) utilisables, donc, sur Mars.

"Petit" est assez relatif. Il existe déjà des réacteurs miniatures embarquables, avec puissances de l'ordre du kW. Ce serait déjà moins évident avec le "petit" Ulysse du CEA à Saclay, qui était de la classe des 100 kW — de quoi alimenter un habitat, pas beaucoup plus. Pour propulser un vaisseau habité, un réacteur de sous-marin, de la classe des 100 MW, semble effectivement le minimum minimorum — et là, on parle de 500 ou 1000 tonnes. Bonjour le lanceur. D'autre part, si un sous-marin a un accident de réacteur — ça s'est vu —, il coule, et on perd l'équipage. Une fusée se gaufrant au décollage — ça s'est vu aussi — avec ce genre d'engin à bord, dans le scénario le plus favorable, c'est Tchernobyl !

Pour la propulsion des vaisseaux, il y aurait la propulsion nucléaires pulsée.

Mouais. Autant je signe tout de suite pour une balade martienne, même sans retour, autant m'asseoir sur un chapelet de bombes atomiques pour les faire sauter les unes après les autres — non merci !

Par contre, pour la technologie de fusion, il me semble que c'est en cours de développement à Cadarache avec une échéance en 2040 pour les premiers essais me semble-t-il. D'ailleurs c'est un exemple de grand programme techno scientifique qui prend plus de huit ans...

Re-mouais. A mon sens, c'est plutôt, comme les tergiversations de la NASA depuis les années 1970, un parfait exemple de programme de détournement des investissements publics vers une voie de recherche sans issue à moyen terme, histoire de maintenir le monopole des acteurs actuels du complexe militaro-industriel nucléaire, à commencer par le CEA.

En fait, le gentil contribuable français finance même deux projets délirants de ce genre :

• ITER, à Cadarache, qui est un Tokamak, c'est-à-dire une grande casserole où l'on porte un plasma à plusieurs millions de degrés. Les difficultés sont ici d'ordre mathématique, on ne sait pas encore bien modéliser le comportement monstrueusement non linéaire de ce genre d'engin. Mais plutôt que d'investir dans quelques gros labos de physique mathématique, et de leur donner une centaine de millions d'euros (ça en ferait, des postes de chercheur et des ordinateurs !) pour faire sauter ce verrou en quelques années, on préfère en mettre une ou deux dizaines de milliards dans une nouvelle approche semi-empirique, dont les résultats ne seront pas généralisables à la prochaine génération de machines, faute des modèles qui vont bien.
  
  Et ce n'est pas un "programme qui prend plus de huit ans" : ça fait un demi-siècle qu'on joue ainsi avec les Tokamaks. Et le premier à s'être cassé les dents sur les aspects théoriques, c'est rien moins que Landau...
  
  
• Le laser mégajoule, à Bordeaux, qui a siphonné tous les moyens de la recherche sur la fusion inertielle pour... modéliser des explosions nucléaires. La DAM (direction des applications militaires du CEA) était en effet tellement triste quand Chirac a fermé son centre d'essais de Mururoa qu'il a bien fallu lui accorder un budget comparable à dépenser sans compter.

Bref : non, pas de fusion contrôlée dans un avenir prévisible (et je ne parle même pas de réacteurs embarqués !), si l'on doit compter sur les retombées de ces investissements massifs-là. En revanche sur les pistes alternatives un peu prometteuses, façon fusion muonique... non plus, faute d'avoir jamais commencé à les creuser sérieusement, sur le mode. « on ne peut pas tout faire ! » (et surtout, ce ne serait pas forcément les mêmes acteurs qui tireraient leur épingle du jeu. impensable, donc).