Francis Rocard, astrophysicien : “Mars est la ‘nouvelle frontière’”

COURRIER INTERNATIONAL. La Nasa, Elon Musk, Jeff Bezos parlent depuis plusieurs années de missions habitées vers Mars. Quel est l’intérêt scientifique d’une expédition habitée sur Mars ? L’intérêt économique ?

FRANCIS ROCARD. Soyons clairs : l’intérêt d’une expédition habitée sur Mars n’est pas scientifique. Ce n’est la préoccupation ni de Trump, ni du Congrès, ni de la Nasa. La science n’est pas le moteur d’une telle mission, ni la recherche et développement (R&D), ni la sécurité nationale. Ce n’est pas non plus le plan B, c’est-à-dire que, une fois la Terre devenue inhabitable, nous irions nous réfugier sur cette planète. Enfin, ce n’est pas que les robots font moins bien que les hommes. La conclusion, en fait, c’est la “nouvelle frontière” [une expression utilisée par le président Kennedy dans son discours d’investiture, en 1960, pour illustrer les grandes ambitions qu’il nourrissait pour son pays]. Les Américains veulent envoyer des hommes sur Mars pour démontrer qu’ils savent le faire, qu’ils sont leaders dans ce domaine. Et s’ils ne le font pas eux, un jour ou l’autre les Chinois le feront à leur place, et ça, ça n’est pas acceptable pour les Américains.

Les Chinois eux aussi ont des ambitions spatiales. Peuvent-ils rattraper les États-Unis ?

Ils partent de très loin. Mais ils apprennent vite, ils investissent beaucoup. On estime qu’il y a autant de personnes en Chine qu’aux États-Unis qui travaillent dans le spatial, c’est-à-dire 200 000 personnes. C’est considérable. Les budgets restent assez opaques, mais la Chine avance très vite, très fort. Le programme spatial chinois ressemble à ce qu’ont fait les Américains dans les années 1960, avant Apollo. Leur objectif pour le moment, c’est d’envoyer un taïkonaute sur la Lune en 2036. L’horizon, aujourd’hui, pour les Chinois, c’est la Lune. Et pour les Américains, c’est Mars.

Et l’Europe ? Avons-nous des projets, publics ou privés, qui pourraient venir concurrencer ceux des États-Unis ?

Pas du tout, il faut savoir que les États-Unis consacrent 9 milliards de dollars par an pour les vols habités, alors que l’Europe n’y consacre que 600 millions d’euros, 15 fois moins. Les Européens sont réalistes, ils n’ont aucunement l’ambition de concurrencer les États-Unis. Ils ont une stratégie de niche. Elle consiste à s’associer aux Américains pour être présents, comme ils l’ont été sur la station spatiale internationale (ISS). Les Européens seront présents sur la station en orbite lunaire, qui est la première étape américaine. Et on verra pour la suite.

Vous parlez de la Nasa et du gouvernement américain, mais il y a aussi des sociétés privées qui ont affiché des ambitions martiennes.

Il y a surtout Elon Musk avec SpaceX, et un peu Jeff Bezos. Mais Jeff Bezos est plus raisonnable. Elon Musk, lui, est complètement foutraque. Il est extrêmement sérieux à court terme, et il a d’ailleurs démontré au monde entier que l’on pouvait réutiliser des lanceurs, des fusées, ce qui est une véritable révolution actuellement dans le domaine spatial. Chapeau ! Mais sa démarche à long terme est extrêmement contestable sur le plan éthique, puisqu’il veut coloniser Mars. Mars est pour lui le plan B. Et je trouve ça extrêmement contestable. Ce n’est pas la démarche américaine et ce n’est certainement pas la démarche du Cnes. Et ce qu’il annonce de façon tonitruante dans les congrès à forte audience, son Big Fucking Rocket (BFR), son Raptor, tout ça c’est de la science-fiction, disons-le. Et par ailleurs, Musk ne se préoccupe que d’une chose : le transport. En fait, il a la même démarche que sur le Falcon 9. Je m’explique : SpaceX, avec son Falcon 9, a vendu l’idée d’un lanceur pas cher. La Nasa a payé pour voir et a financé SpaceX à hauteur de 500 millions de dollars. Elle a vu que SpaceX était sérieux, que ça avançait bien. Et au final la Nasa a passé des contrats à hauteur de 7 milliards de dollars.

C’est ça la réalité de SpaceX, c’est du gagnant-gagnant ! La Nasa a compris l’intérêt d’avoir un lanceur pas cher et a financé une start-up qui a bousculé le système. Elon Musk veut faire la même chose pour l’homme sur Mars. Il voudrait que la Nasa finance son BFR, son énorme lanceur réutilisable à 100 %, prétend-il – mais Elon Musk n’a pas froid aux yeux.

Je n’y crois pas trop parce que la Nasa a déjà investi des milliards de dollars sur un lanceur qui s’appelle le Space Launch System, le SLS. Et la Nasa n’a aucun intérêt à se tirer une balle dans le pied en finançant le BFR. Et SpaceX seul ne pourra pas financer le BFR et le Raptor… À très long terme, la démarche d’Elon Musk, c’est du bluff.

Quelles sont les différentes routes vers la planète Mars depuis la Terre ? Et les trajectoires retour ? Pourquoi sont-elles en nombre limitées ?

Les trajectoires vers Mars sont connues. En 1925, l’ingénieur allemand Walter Hohmann a fait des calculs et a démontré qu’il existait des trajectoires qui minimisent l’énergie nécessaire pour aller sur la planète. Dans l’histoire du spatial, il y a eu environ 200 missions planétaires, et pratiquement toutes ces missions ont utilisé les transferts de Hohmann. Dans la pratique, pour Mars, il existe deux trajectoires-type car la planète n’est pas tout à fait dans le plan de l’orbite de la Terre :

• type 1. Environ 7 mois, un peu moins d’un demi-tour autour du Soleil comme pour la mission InSight ;
• type 2. Un peu plus de 11 mois, un peu plus d’un demi-tour autour du Soleil.

L’intérêt, c’est d’arriver moins vite vers Mars, donc d’utiliser moins de carburant pour freiner. De plus, dans les créneaux martiens, tous les vingt-cinq mois et demi, il y a de “bonnes” fenêtres et de “mauvaises” fenêtres. Les “bonnes” fenêtres ont lieu tous les quinze ans. Et c’est par exemple la fenêtre de 2003, celle qu’a utilisée Mars Express. Et celle de 2018. Et il y aura celle de 2033. Tous les quinze ans, vous avez une fenêtre intéressante sur le plan énergétique : la sonde que vous envoyez pourra être un peu plus lourde, à fusée égale.

Elon Musk affirme qu’il enverra des hommes en 90 jours. Ce n’est pas un transfert de Hohmann. Cela nécessitera une fusée plus puissante, mais il y a un effet boule de neige, vous allez arriver plus vite. Donc il faudra plus d’ergol, de carburant, pour freiner. Si on freine dans la descente dans l’atmosphère de Mars, ça va freiner beaucoup plus fort. C’est le schéma de Curiosity, mais des hommes n’y résisteraient pas. Le véhicule qui devra poser des hommes sur Mars devra freiner avant même d’arriver sur la planète, ce qui nécessite plus de carburant à emporter.

Y a-t-il plus de contraintes de trajectoire pour un vol habité que pour des sondes ?

La réponse est non. Ce sont exactement les mêmes contraintes que pour les sondes. Le problème des vols habités, c’est qu’il y a un voyage aller et un voyage retour, c’est une certitude. Si vous avez vu le film Seul sur Mars, la problématique du retour est parfaitement exacte dans ce film. C’est-à-dire que soit vous restez un mois sur Mars ou en orbite martienne, soit vous restez un an et demi. Entre les deux, il est impossible de rentrer. Dans le film Seul sur Mars, Mark Witney rate le créneau de retour de 30 jours, et est obligé de rester 500 jours, à bouffer les patates qu’il a cultivées, comme vous le savez. Ce que ne dit pas le film, et personne ne le dit, mais la Nasa le sait très bien, c’est que le créneau de 30 jours, qui pourrait être utilisé pour les premiers vols pour des raisons de sécurité ou autre, n’est pas du tout favorable pour le retour, c’est un peu un désastre. Le retour se fait en un an et demi et vous êtes obligé de faire un survol de Vénus. Le problème, c’est que lors d’un survol de Vénus, ça chauffe : vous exposez les hommes à des températures importantes. Ce retour 30 jours après l’arrivée est en fait assez problématique. Donc je suis convaincu que la Nasa, même si elle va peut-être faire un séjour court au début pour tester l’infrastructure de transport, va évidemment dimensionner ses missions martiennes pour un an et demi, c’est incontournable.

Si l’on part sur l’un de ces scénarios, cela veut dire que l’on envoie le matériel vers Mars lors d’une fenêtre de tir précédente, avant les hommes ?

Si vous écoutez le président de la Mars Society, Robert Zubrin, il affirme depuis vingt ans qu’il faut faire “Mars Direct”. C’est-à-dire envoyer directement les hommes. C’est totalement utopique, cette démarche.

Ce n’est pas la façon de voir de la Nasa. Il va évidemment falloir envoyer toute la quincaillerie avant. Et quand je dis avant, c’est deux ans avant, quatre ans avant, six ans avant. Ça ne va pas se faire en une fois. Mais il faudra envoyer la maison, le laboratoire et la voiture. Et l’usine d’électricité, ne l’oublions pas. Toute cette infrastructure devra être à poste et fonctionner en automatique avant d’envoyer des hommes. Ce qui pose des tas de problèmes. Et notamment, celui qu’on ne sait pas bien résoudre aujourd’hui, c’est la précision de l’atterrissage. Si vous regardez à l’époque de la mission Viking, en 1976, l’ellipse à l’intérieur de laquelle on peut se poser avec une probabilité de 99 % est de 400 kilomètres de diamètre. Or, pour pouvoir poser des hommes sur Mars, il faut les poser à proximité de leurs équipements de survie, dans la surface d’un terrain de football, c’est-à-dire dans un rayon de 100 mètres. Si vous les posez à 5 kilomètres, ils sont morts.

Aujourd’hui, l’état de l’art sur la technologie de l’atterrissage, c’est Curiosity, et son ellipse d’erreur est de 20 kilomètres. En réalité, Curiosity s’est posé à 1 kilomètre du point visé. Mais l’important c’est la statistique : réussir 99 fois sur 100.

Quelles seront les contraintes une fois sur Mars ?

Pour que le séjour d’un an et demi soit possible, il faut une infrastructure lourde : beaucoup de nourriture, de l’eau.

Comment produire l’eau ? En la recyclant comme sur l’ISS ?

L’eau c’est le vrai problème. Si on doit emporter toute l’eau nécessaire à une mission qui durera trois ans, c’est considérable (70 tonnes d’eau à emporter) et très cher (20 000 dollars le litre d’eau). Il faudra recycler l’eau et l’oxygène. Mais c’est partiel, il y a beaucoup de pertes. Cela doit être perfectible évidemment. Mais actuellement, la solution envisagée est de trouver les ressources sur Mars : beaucoup d’études et de réflexions sont menées sur l’Isru (in situ resource utilization), c’est-à-dire le fait d’exploiter l’eau de Mars. On en parle beaucoup, mais on ne voit rien venir. Mars Odyssey a permis d’établir des cartes de l’eau sur Mars, qui montrent deux choses : dans les latitudes moyennes, il n’y a pratiquement pas d’eau dans le premier mètre du sol. Puis dans les régions polaires, au-delà de 50° nord et sud, il y a de l’eau.

Une autre idée commence à poindre depuis quelques mois, depuis une découverte française réalisée grâce à Mars Express : la découverte des argiles martiennes. Les argiles sont des roches sédimentaires hydratées, elles contiennent de l’eau. On a identifié plus de 1 000 sites où il y a des argiles hydratées. C’est à la fois beaucoup et peu : car les argiles couvrent moins de 5 % de la surface de Mars. Donc l’idée serait de se poser sur un lieu argileux, de creuser, de chauffer et d’extraire l’eau des argiles. Cela serait plus facile que de creuser la glace, qui se trouve aux pôles et qui est très dure. À l’heure actuelle, on est parvenu à creuser à peine 10 centimètres. Mais tout reste à faire pour valider cette solution.

Une autre idée sur la table en ce moment dans beaucoup de start-up américaines, c’est d’aller chercher l’eau dans des astéroïdes géocroiseurs – ceux qui croisent l’orbite de la Terre. Il s’agirait de récupérer un gros rocher à la surface de l’astéroïde, que l’on mettrait dans une grosse chaussette étanche, que l’on chaufferait grâce à l’énergie solaire, et dont on récupérerait l’eau. Cette eau serait livrée à la future station orbitale lunaire des Américains, qui deviendrait alors une station-service. Elle fournirait de l’eau pour les astronautes qui veulent aller sur Mars. Mais avec de l’énergie on peut casser la molécule d’eau et synthétiser de l’hydrogène et de l’oxygène, que l’on peut liquéfier pour en faire du carburant et du comburant pour les moteurs des fusées. On pourrait donc faire le plein. C’est un peu le schéma d’Elon Musk mais la Nasa y voit aussi son intérêt. C’est intéressant sur le plan énergétique et financier afin d’éviter d’apporter l’eau depuis la Terre.

Et l’oxygène ? Une fois sur la planète, comment respirer ?

C’est relativement plus simple que l’eau, car vous avez plein de CO₂ sur Mars… Si vous avez de l’énergie électrique, probablement grâce à de petits réacteurs nucléaires, vous cassez la molécule de CO₂ et vous récupérez de l’oxygène. Un démonstrateur, MOXIE [pour Mars Oxygen ISRU Experiment], est prévu sur le prochain rover américain qui doit partir vers Mars en 2020.

À quelle échéance pensez-vous qu’un départ soit probable ?

Il y aura trois grandes familles de missions vers Mars :

• la plus simple, qui pourrait se faire dans moins de dix ans : les hommes vont survoler Mars sans s’arrêter et revenir sur Terre. Elle servira à valider les véhicules de transport lourds et les missions de longue durée ;
• la deuxième consistera à mettre des hommes en orbite martienne, il faudra une vingtaine d’années. Et on se confrontera au problème 30 jours versus 500 jours. Une variante consiste à mettre des hommes sur Phobos, la lune proche de Mars ;
• et ensuite, seulement, d’ici les années 2050, on pourra envisager de poser l’homme à la surface de Mars qui sera la mission la plus complexe qui nécessitera le développement de véhicules lourds comme celui de 30 tonnes permettant l’atterrissage d’un équipage sur la planète.