Compte-rendu de la conférence de Charles FRANKEL, Dernières nouvelles de Mars, le 18 février 2011, de 21h à 23h, salle de Bretagne à Nantes, organisée par la SAN (Société d’Astronomie Nantaise).

 CHARLES FRANKEL

Charles Frankel, né en 1956 d’un père français et d’une mère américaine, est marié à une Bretonne et vis en France. Géologue de formation, il étudie la volcanologie et la télédétection par satellite, avant de participer à l’analyse des résultats envoyés par les sondes planétaires.

En 1978, il organise avec Albert Ducrocq [1], à Lyon, le premier rassemblement mondial d’astronautes (américains) et de cosmonautes (russes). Mais le programme spatial prend du retard sous Reagan. Les russes continuent d’envoyer des sondes autour de Vénus et de Mars. Il faudra attendre près de dix ans, en 1978, pour que les Etats-Unis rattrapent leur retard dans l’exploration de Vénus.

En attendant de participer à la cartographie de Vénus, Charles Frankel publia de nombreux ouvrages de vulgarisation scientifique et tourne des films documentaires sur l’espace et la géologie [2].

Charles Frankel enseigne la planétologie en France et aux Etats-Unis. Il participe à des simulations d’exploration de la Lune et de Mars en milieu extrême (en Arctique en 2001, dans le désert de l’Utah en 2002). Il est membre du conseil d’administration de l’Association Planète Mars qui est la section française de Mars Society, et membre de plusieurs autres associations (Terre & Volcan, etc.). Depuis 2003, il est manager du projet Euromars qui prévoit de lancer une troisième robot sur le sol marsien.

 MARS

Mars, dieu de la guerre chez les Romains, est une planète visible à l’œil nu. Pourquoi la guerre ? A cause de sa couleur rouge (provoquée à par l’oxyde de fer à sa surface) ? Parce qu’elle peut avoir un mouvement apparent rétrograde du point de vue de la Terre ?

Quoiqu’il en soit, Mars est deux fois plus petite que la Terre [3], si bien que sa gravité est près de trois fois moindre. Cela n’est pas suffisant pour retenir une atmosphère, celle-ci s’enfuit donc doucement dans l’espace. Il n’y a donc ni effet de serre ni couche d’ozone. Son obliquité lui permet d’avoir les mêmes saisons que la Terre, avec des variations plus importantes à cause de son excentricité orbitale et de son obliquité qui peut faire basculer le Pôle Nord presque au niveau de l’équateur !

Si vous prévoyez un voyage sur Mars, sachez que la température varie de -50°C à +20°C en été… au niveau du sol, car un homme debout aurait les pieds à 20°C et le nez à -10°C ou -20°C ! L’hiver, la température chute à -80°C et -130° au niveau des pôles. Prévoyez aussi de quoi vous éclairer, car Mars est une fois et demi plus éloignée du Soleil que la Terre et son insolation est 50% plus faible sur Terre (le Soleil paraît également plus petit).

Au XIX^e siècle, les astronomes commencèrent à observer Mars et ses fameux « canaux ». HG Wells écrivit la Guerre des mondes et les pulps américains des années 20 présentaient deux images de Mars : une planète de rêve (avec des princesses…) et une planète de cauchemar (les fantômes de Mars…). En 1938, Orson Welles adapta à la radio le roman de Wells qui provoqua une peur panique aux Etats-Unis. Il fallut attendre 1950 pour qu’un auteur de science-fiction, Ray Bradbury, présente une image de Mars plus sereine – mais tout aussi envoûtante – dans ses Chroniques martiennes [4].

 LES SONDES MARTIENNES

Les premières sondes envoyées dans les années 1960 [5] :

• 1960 : Marsnik 1 & 2 envoient des données avant de s’écraser au sol ;
• 1964 : premier succès américain avec Marner 4, les photographies sont en noir blanc et Mars présente une topographie semblable à la Lune ;
• 1971 : premier succès russe avec Mars 5, tandis que Mariner 9 montre une image très différente de Mars, avec un volcan géant (Olympus Mons), des nuages (des cirrus) dans l’atmosphère…
• 1975-1982 : les sondes Viking 1 et 2 photographies la planète et partent à la recherche de vie sur Mars
• 1996-2006 : Global Surveyor apporte une cartographie presque complète de Mars (96%), avec des ravins et des glissements de terrain
• 1997 : Mars Pathfinder
• 2003 : Mars Express envoyée par les Européens (ESA) à la recherche de l’eau et de formes de vie [6]
• 2004 : Phoenix
• 2004-2011 : Spirit et Opportunity, deux stations robotisées, initialement prévues pour fonctionner 3 mois, ont prolongé leur durée jusqu’en 2009 pour Spirit et 2011 pour Opportunity (il fonctionne encore)
  
  
  

 MARS EXPRESS ET LA DETECTION DE L’EAU

En 2003, Mars Express, lancé par l’European Space Agency (ESA) a détecté des bouffées de méthane sur Mars. Or, le CH4 est volatile. Il doit donc être fabriqué, soit par un volcan (aucune trace de volcan en activité), soit par des êtres vivants (par les vaches… ou plus précisément par les bactéries méthanogène du système digestif des vaches), soit par la décomposition de minéraux (mais c’est peu convaincant). Par ailleurs, ces bouffées de méthane ne s’observent que dans certaines régions à certaines saisons.

On a également observé un succession de creux et de bosse à la surface de Mars, ce qu’on appelle un « chaos », un sédiment contenant de la glace qui a fondu, due à une montée du magma par exemple : la glace a fondu entre les dunes, déformant ainsi la surface.

Les ravines observées à la surface de Mars peuvent être d’origine géologique ou dues à un écoulement d’eau. La manière dont l’écoulement serpente et les sédiments détectés indiquent qu’il y a bien eu de l’eau à la surface de Mars.

Le grand rift « Valles Marineris » s’étend sur 4000 km, plus long encore que la distance entre Madrid à Moscou, avec 5 km de dénivelé. Ce rift n’a pas été créé par l’eau mais par un glissement de terrain. Mars Express a cependant observé traces de glissement caractéristiques, non pas d’une coulée de lave, mais de l’effet décapant que provoque la lave mélangée à l’eau.

La calotte glacière tourbillonne autour de son axe à cause de l’effet du mouvement du Soleil autour du pôle. La glace du pôle nord mesure 2 km d’épaisseur. Elle est très pure (95% de glace contre 5% de poussière qui suffit à lui donner une teinte rougeâtre). Des avalanches ont régulièrement lieu et les satellites ont pu observer à plusieurs reprises de la neige roulant dans la poussière.

L’eau n’est pas seulement présente aux pôles mais également dans des glaciers.

 POURQUOI IL N’Y A PAS D’EAU SUR MARS

Actuellement, il n’y a pas d’eau sous forme liquide sur Mars, parce que l’eau liquide demande deux conditions :

• Une température adéquate
• Une pression atmosphérique suffisante pour que la glace se transforme en gouttelettes d’eau et ne se sublime par directement en gaz

Or, s’il y a bien des « étés » sur Mars, la pression atmosphérique est seulement de 7 ou 8 millibars, contre 1000 sur Terre. Respirer sur Mars ferait le même effet que d’ouvrir un hublot dans un avion à haute altitude…

L’atmosphère martienne est composée de 95% de gaz carbonique, de 1% d’azote et de 1% d’argon. La totalité de l’eau présente dans l’atmosphère martienne remplirait une petite flaque d’eau sur Terre.

L’obliquité de Mars peut modifier la position des Pôles par rapport à l’équateur (entre 25 et 70% d’obliquité), si bien que la calotte glacière peut être amenée à fondre et à augmenter la pression atmosphérique : il peut alors neiger sur l’équateur !

 SPIRIT ET LES CARBONATES

Spirit a atterri dans un cratère de la taille de celui de Chicxulub au Mexique, responsable de la disparition des dinosaures. « Un cratère d’impact est une carrière gratuite », elle évite d’avoir soi-même à creuser le sol.

Le basalte était son environnement principal, même s’il a pu détecter aussi des sulfates, des carbonates… grâce à la signature spectrale des minéraux [7]. L’intérêt d’avoir détecté des carbonates, tels que le calcaire, est que ce sont des minéraux qui se cristallisent dans l’eau. On en a trouvé peu dans l’environnement de Spirit car celui-ci était très acide, ce qui a pour effet de dissoudre les carbonates. En outre, le sol martien est recouvert d’une grande quantité de poussière.

Spirit s’est finalement retrouvé ensablé, sans puissance électrique, en 2009.

 OPPORTUNITY ET LES EMATITES GRISES

Opportunity s’est posé sur un grand plateau, non loin des plus gros volcans de Mars : Olympus Mons et Alba Patera [8]. L’objectif d’Opportunity était de détecter de l’ématite grise à la surface de Mars, car ce minéral se cristallise avec de l’eau liquide. La station automatisée a rebondi lors de son atterissage et est tombée dans un cratère, ce qui est une chance car cela lui a permis d’observer les sédiments en coupe. La roche en face d’Opportunity était très claire, ce qui était étrange, car cela révélait une lave silicieuse et des sédiments de même famille que le calcaire. L’appareil détecta des sels similaires à ceux qui se déposent au fond d’un lac : sulfates, chlorure et même du sel de table ! Il détecta également de petites billes de quelques millimètres : des ématites grises !

La stratification ondulée de la roche semblait indiquer la présence d’un courant, avec un débit ‘un mètre ou d’un demi-mètre par seconde, mais certains spécialistes rejettent l’hypothèse du courant marin en indiquant que les vents de Mars peuvent donner le même résultat. Le vent souffle sur Mars jusqu’à 200 km/h, mais comment l’air est ténu, il n’a pas de force et ne bouge que quelques grains.

Cependant, on observe également dans la roche des fentes où un minéral, sans doute du gypse, se serait dissout sous l’action de l’eau. Les indices sont donc très forts pour conclure à la présence de l’eau.

Selon toute probabilité, et les scientifiques sont parvenus à ce consensus, il y a des océans sur Mars il y a 3,5 milliards d’années. En effet, en ne compter que les glaces présentes aux deux Pôles, on obtient un océan d’une hauteur de 100 mètres. Or, la surface n’est pas homogène, on voit se dessiner des côtes et même des delta. Il y aurait donc eu des terres émergées et des océans beaucoup plus profonds, comme sur Terre.

Opportunity a roulé pendant 951 jours dans le sable avant d’atteindre le bord d’un autre cratère. Il a ensuite cherché à y descendre, 800 mètres plus loin, avant de s’apercevoir que la seule pente accessible se trouvait près de son point de départ…

La coupe rocheuse sur le bord du cratère montrait une série de stries à la base qui n’existait pas au sommet, ce qui semblerait indiquer que le niveau de l’eau avait varié.

 MSL, LE PROCHAIN LABORATOIRE

MSL ou Mars Science Laboratory est un projet de la NASA. Il a été surnommé « Curiosity » par les Américains. Plus grand que ses prédécesseurs, Spirit et Opportunity, c’est une sorte de 4x4 avec 6 roues, un 6x6. Il arrive à mi-hauteur d’un homme.

Il existe actuellement un débat autour du site d’atterrissage. Il y a quatre candidats :

• Mawrth Vallis [9] est une vallée dans laquelle MSL pourrait trouver des traces de ruissellement, de l’argile et donc de la présence l’eau par le passé.
• Holden Crater
• Gale Crater
• Eberswalde qui est le favori de Charles Frankel est un delta à l’envers, créé par un effet de sédimentation dans les cheneaux laissés par un écoulement (d’eau ?), comme une sorte de moulure de delta.

MSL devrait être lancé en novembre 2011, en même temps que Phobos-Grundt, la sonde russe qui partira explorer le sol de Phobos, l’une des deux lunes de Mars.

L’atterrissage de Curiosity est prévu de la manière suivante : l’appareil qui le porte ralentit légèrement avec un parachute, en passant de 5 km/seconde à 1 km/seconde, avant de descendre le MSL par des fils et de s’écraser au sol un peu plus loin. Le mât téléscopique se dépliera avec sa caméra, ainsi que son bras téléscopique équipé de nombreux instruments (détection chimique, tamis, pelle, découpage…), parmi lesquels un laser qui lui permettra d’analyser des roches à distance (en analysant la vapeur laissée par leur désintégration).

En 2016 et en 2018, deux sondes supplémentaires seront envoyées, soit quatre au total. Ces projets risquent cependant d’être reportés, car les budgets diminuent.

 A QUAND LE VOL PILOTE ?

A quand le vol piloté sur Mars ? Il n’y a pas de problème technique, mais un problème de volonté politique. Lors de la conquête spatiale, la NASA a réussi à construire une fusée en 8 ans afin de permettre au premier homme de poser les pieds sur la Lune, alors qu’elle n’avait rien. Actuellement, 400 milliards d’euros ont été dépensés dans l’Internatonal Space Station (ISS), « qui a apporté tellement de découvertes, comme tout le monde le sait ».

 LES SIMULATIONS SUR TERRE

Des simulations de vie dans des stations martiennes ont été effectuées dans l’Arctique, l’Antarctique et le désert de l’Utah. Les scientifiques ont contourné l’absence de budget alloué au vol piloté en simulant la mission sur Terre.

Avec l’aide de l’association Mars Society (composée de scientifiques, d’ingénieurs, d’étudiants, de passionnés…), des scientifiques ont construit un module martien dans l’Utah, qui est la plus grande île dans l’arctique canadien, l’île Debron. C’est la plus grande île déserte du monde. Elle est inaccessible en hiver à cause de la neige. La mission s’est donc déroulée l’été, avec à son bord 6 astronautes (chaque poste est doublé), dont Charles Frankel et Robert Zubrin, fondateur et président de la Mars Society.

Robert Zubrin est né en 1952. Il est ingénieur et expert en propulsion spatiale. A 20 ans, il dépose le brevet d’un jeu d’échec triangulaire, dit « échec de trois joueurs », permettant de jouer à trois joueurs. Il invente un système de propulsion hybride fusée/avion et un système d’alimentation en oxygène. Zubrin pense que l’homme doit partir dans l’espace s’il ne veut pas s’éteindre. Il est partisan de la terraformation de Mars et s’oppose à ceux, comme l’exobiologiste Christopher McKay, qui souhaiteraient préserver la biodiversité de l’Univers et celle du sol martien.

Zubrin a trouvé une solution pour réduire le coût d’un vol piloté. Le coût du voyage comprend en effet le voyage retour sur Terre. L’astronef doit donc embarquer le carburant pour le vol retour, soit 100 tonnes de propergol. Le coût d’un voyage serait considérablement réduit si l’on parvenait à fabriquer ce carburant sur place. Même remarque pour les ressources en eau.

La NASA a pris Zubrin au mot et lui a demandé de construire un prototype. Or, Zubrin est parvenu à fabriquer - chez lui- un appareil capable de fabriquer 100 tonnes de propergol à partir de 7 tonnes d’hydrogène embarquées, grâce à un catalyseur (pas besoin de mécanisme) qui utilise ce qu’on appelle en chimie la relation de Sabatier. En mélangeant le gaz carbonique présent dans l’atmosphère à l’hydrogène, on obtient du méthane et de l’oxygène qui permet de le brûler.

La deuxième difficulté d’un vol habité est la durée de la mission : 6 mois de vol aller, 6 mois sur place (délai minimum pour se retrouver en position du vol retour) et 6 mois retour, soit un minium de 18 mois. Or, l’expérience dans l’Utah a montré les difficultés psychologiques de ce voyage : d’abord les tensions entre les membres de l’équipage (entre Frankel et Zubrin par exemple), ensuite et surtout les tensions avec l’équipage au sol. En effet, les astronautes travaillent continuellement et doivent produire régulièrement des rapports. L’équipage au sol leur donne continuellement des ordres et les astronautes finissent par couper leur radio pour ne plus les entendre. Pour Zubrin, les colons martiens finiront par faire sécession avec la Terre.

La troisième difficulté est liée au confort des scaphandres : ils chauffent trop, le casque s’embue et les astronautes sont ralentis dans leur mouvement, malgré tout un système de tubulures pour évacuer la chaleur. Cette difficulté s’ajoute évidemment à la précédente pour expliquer l’humeur des astronautes.

Dans une simulation récente en Islande, où le paysage volcanique permet de simuler une base sur la Lune ou sur Mars, Nicolas Hulot a participé à l’expérience à l’occasion de son tournage. L’équipe a découvert un tunnel de glace sous un volcan, tel qu’il pourrait en exister sur Mars, aussi large qu’une bouche de métro. Elle y a découvert des formes de vie (des tapibactéries) jamais vues.

 Y A-T-IL DE LA VIE SUR MARS ?

Y a-t-il de la vie sur Mars ? Cette question en pose une autre : comment concevoir un appareil pour détecter la vie ? Cette question suppose elle-même que l’on sache définir la vie.

On peut décrire la vie par ses échanges gazeux avec l’extérieur. Un moyen de détecter la vie serait de donner à d’éventuelles bactéries de quoi la nourrir (des acides aminés…), une sorte de soupe et voir si elles la digère.

Une telle expérience a été tentée sur le sol martien. Elle a permis de déceler des émanations de gaz carbonique. Etait-ce une réaction chimique liée à la nature du sol ? Le robot a ensuite stérilisé le sol et recommencé l’expérience. Il n’y avait plus d’émanations. Or, il n’y a guère que le vivant pour être aussi sensible aux changements de température (60°C). Les minéraux sont moins fragiles. L’expérience a été recommencée à plusieurs endroits avec le même résultat. L’inventeur de cette méthode est convaincu d’avoir détecté de la vie dans le sol martien.

Une autre expérience a cherché des molécules organiques à base de carbone, car seul le carbone permet des structures aussi complexes [10]. Or, par un heureux hasar, le carbone est abondant dans l’Univers. Le spectromètre n’a rien trouvé mais il lui fallait plusieurs milliers de bactéries pour les détecter, alors que la première expérience n’avait besoin que de quelques bactéries.

Ces bactéries seraient-elles dangereuses pour l’homme ? Si les bactéries et les virus sont dangereux sur l’homme, c’est parce qu’ils ont évolué avec nous et qu’ils sont adaptés à notre organisme. Des bactéries martiennes ne seraient pas plus dangereuses pour nous que nous pour elles.

S’il y a de la vie sur Mars, elle est discrète. Il n’est cependant pas exclu de découvrir un jour de microfossiles, car les bactéries s’assemblent parfois, comme les stromatholites.

Selon Charles Frankel, si la vie a existé un jour sur Mars, il n’y a aucune raison que la vie n’y soit pas encore présente : la vie s’adapte. Elle a de fortes chances de se trouver là où se trouve l’eau et la chaleur, c’est-à-dire dans le sous-sol. Plus l’on se rapproche du cœur de Mars, plus la température et la pression augmente, ce qui permettrait à la glace de se transformer en eau. Les sondes Viking ont essayé de détecter des lacs souterrains au radar, mais ces tentatives n’ont encore rien donné.

 QUESTIONS DU PUBLIC

Comment se protéger des rayons UV et rayons cosmiques pendant le temps d’une mission sur Mars ?

Etant donné la rotation de Mars, un astronaute est deux fois plus protégé sur terre que dans l’espace. Une solution pour accentuer cette protection serait de placer les lieux d’habitation où les astronautes restent le plus souvent, tels que les lits, au milieu des bombonnes d’eau et de propergol, car cela arrêterait une grande partie des rayons cosmiques. Le risque d’attraper un cancer avec les rayons cosmiques est équivalent à celui des personnes travaillant dans les centrales nucléaires, à celui des fumeurs, à celui de vivre entouré de granit comme certains Bretons, soit 2 à 3% de plus.

Comment réchauffer l’atmosphère ?

La solution pose un problème éthique. Il suffirait de « polluer » Mars pour augmenter sa température. Une augmentation de 4°C éviterait au gaz carbonique de geler et jouer un rôle d’effet de serre. La glace fonderait et se transformerait en gaz, augmentant la pression dans l’atmosphère à 200 ou 300 millibars, ce qui lui permettrait de se condenser en pluie. L’homme pourrait alors modifier génétiquement des mousses et des bactéries à même de s’adapter à la vie martienne…

Pour augmenter la température de Mars, plusieurs méthodes sont possibles : construire des usines à méthane, salir les pôles avec une poussière noire, étendre un gigantesque panneau solaire au-dessus du Pôle nord de Mars, adapter des algues méthanogènes (produisant du méthane) au sol martien [11]… La deuxième solution est peut-être la plus aisée à réaliser et tout aussi efficace : coloriée en noire, la glace, au lieu de réfléchir la lumière, l’absorbera, ce qui augmentera sa chaleur…

Y a-t-il encore des éruptions volcaniques sur Mars ?

Non, mais il y en aura. L’activité volcanique la plus récente remonte à – seulement - 2 millions d’année, ce qui n’est rien d’un point de vue géologique. Or, il n’y a aucune raison que le point zéro ait été atteint au moment où l’homme arrive. Mais il y en aura de moins en moins car Mars se refroidit rapidement.

Une idée serait de placer des sismographes sur la planète.

Quel sera la source d’énergie des astronautes ?

Pour le vol, on pourra utiliser un moteur thermique ou nucléaire. Dans le deuxième cas, au lieu de brûler de gaz, il suffira d’amener de l’uranium qui brûlera automatiquement l’hydrogène durant le vol.

Sur place, l’équipe pourra utiliser l’énergie d’un réacteur nucléaire placé plus loin ou d’un isotope dont l’énergie diminuera avec le temps. Les panneaux solaires sont également efficaces, puisque c’est ce qu’utilisent les robots Spirit et Opportunity depuis des années. Quand le vent apporte trop de sable, un mini-tornade nettoie le panneau solaire quelques temps après.

Dans tous les cas, les astronautes en mission sur Mars devront être prudents, économes et astucieux. Une vraie vie monastique !

 CONCLUSION

Même s’il n’est pas encore vérifié que la vie existe dans le sous-sol martien, il existe de nombreux indices convergents pour dire qu’il a existé de l’eau sur Mars. Charles Frankel parle d’océans, même si Robert Zubrin n’y croit pas. Qu’est devenue toute cette eau ? Une partie de l’eau est partie dans l’espace, une autre partie existe encore sous forme de glace aux pôles.

Les images satellites montrent des plateaux dans l’hémisphère sud dotés d’un véritable système de rivières avec de nombreux affluents. Ces images ne s’expliquent que par la pluie, à une époque où l’atmosphère de Mars était plus épaisse, il y a 4 milliards d’années. Il pleuvait donc sur Mars quand, au même instant, la vie naissait sur Terre…

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_{Le monde est étrange, vous ne trouvez pas ?}