Coloniser une autre planète, est-ce réalisable ?

Dans un article précédent, je vous ai parlé des différents moyens de coloniser d’autres planètes. Mais aujourd’hui on est encore très loin du compte et je vais essayer de dresser un portrait plus réaliste de ces solutions.

Un voyage encore extrêmement long

La première solution que j’ai présenté portait sur le voyage vers une planète déjà habitable et le problème de cette solution reste avant tout le voyage. Dans mon exemple je prenais comme planète à atteindre Gliese 581-D. Le premier problème qui se pose pour cette solution est celle de la distance : atteindre Gliese aujourd’hui avec  les sondes les plus rapides prendrait 100 000 années. Ainsi le but des chercheurs est de trouver des moteurs pouvant nous propulser vers cette planète en un temps plus réduit

Le moteur d’une fusée classique est un moteur à réaction, c'est-à-dire un engin qui projette un fluide (gaz ou liquide) vers l'arrière, ce qui transmet par réaction une poussée au véhicule solidaire du moteur, de force égale et de direction opposée, vers l'avant. Le moteur-fusée présente la particularité d'expulser une matière qui est entièrement stockée dans le corps du véhicule. Ce type de moteur est utilisé par les fusées car il est autosuffisant. Il peut fonctionner dans un milieu dépourvu d'atmosphère, et permet d'atteindre des vitesses très importantes (comme sur les missiles notamment). Mais ce moteur a un gros inconvénient, tout le carburant doit être embarqué.

Il faut prendre en compte l’équation suivante : la masse de la nourriture, de l’eau, de l’oxygène pressurisée, des sanitaires, des hommes et le strict minimum des affaires à emporter doit être égal à maximum 2 fois le poids de l’essence à utiliser pour le voyage (m initiale = 2*m de l’essence). Vu la taille de la mission, les quantités de combustible nécessaires pour le voyage s’élèveraient en milliers de tonnes voir plus. C’est pourquoi d’autres moteurs que les moteurs à réaction devraient être utilisés pour ce voyage : des moteurs qui consomment moins d’énergie mais qui surtout prennent moins d’espace et de masse. 

Quels moteurs utiliser ?

Aujourd’hui, peu de moteurs semblent convenir à ces attentes, mais certains moteurs s’en rapprochent. Le moteur à propulsion ionique (utilisé pour les sondes et les satellites) est un moteur qui produit sa vitesse en rejetant des ions à très grande vitesse. Dans un moteur ionique, le carburant n’est pas brûlé, mais ionisé. Les ions alors libérés passent par deux grilles fortement chargées électriquement et subissent ainsi une accélération. La force d’accélération des ions cause une force de réaction de sens opposé : c’est la force de propulsion du moteur à ions. Ce genre de moteur règle le problème majeur du carburant, mais aujourd’hui il produit une force de propulsion faible.

Un autre moteur révolutionnaire semble faire son apparition : l’E.M. drive. C’est un système de propulsion de micro-ondes qui ne nécessite aucun carburant. Il n'a pas besoin de carburant, car pour générer les micro-ondes que ce moteur utilise, on peut également utiliser l'énergie solaire. En revanche, à ce jour, il ne crée qu’une force de poussée très faible.

D’autre part développer un nouveau moteur coute très cher et nécessite une longue étude scientifique et si on veut envoyer un grand nombre d’humains sur la planète, il faudra construire une grande navette qui ne pourra être assemblée que dans l’espace (car avec une masse importante elle sera impossible à faire décoller du fait de l’attraction terrestre), technologie que nous ne maitrisons absolument pas aujourd’hui.

Ainsi, aujourd’hui, nous sommes très loin de la colonisation d’une planète hors système solaire du fait de la distance qui implique des moteurs plus avancés et une fusée difficile à assembler et à financer.

La terraformation

Elle est malheureusement réalisable dans un futur très lointain car on n’a toujours pas réussi à aller sur Mars. Il est donc évident qu’avant de traiter la faisabilité de cette colonisation nous devons nous intéresser à la faisabilité d’un voyage sur Mars.

Des vols inhabités vers Mars ont déjà été effectués avec succès, notamment la mission Curiosity lancée il y a un peu plus de trois ans par la Nasa. Curiosity est une mission d’exploration de Mars à l’aide d’un rover (véhicule roulant sur d’autres planètes). Ce robot  s’est posé sur Mars et recherche si un environnement favorable à l'apparition de la vie a existé, analyse la composition minéralogique, étudie la géologie de la zone explorée et collecte des données sur la météorologie et les radiations qui atteignent le sol de la planète. La durée de la mission est fixée initialement à une année martienne soit environ 669 sols (jours solaires martiens) ou 687 jours (solaires) terrestres. Ce rover ayant démontré l’existence passée d’eau à la surface de Mars cherche désormais à préparer l’exploration humaine de la planète Mars.

Mais depuis 50 années, bien que plusieurs projets aient été pensés, aucun vol habité n’a abouti et Mars attend toujours les astronautes.

Sur le papier, la mission d’envoyer des astronautes sur Mars semble assez simple. Les astronautes démarreraient leur périple au moment où les deux planètes seraient le plus proches à bord d’un vaisseau qui les amènerait, au cours d’un voyage d’un peu plus de 6 mois, aux abords de la planète rouge. Ils stationneraient le vaisseau en orbite autour de Mars (comme l’ISS autour de la Terre), puis prendraient place à bord d’une petite capsule pour gagner leur vaisseau habitat qui prendrait le chemin vers la surface martienne. Les astronautes y resteraient pendant une année et demie avant de repartir grâce à un petit module très léger s’arrachant sans problème de l’attraction martienne pour ainsi rejoindre leur vaisseau d’origine et finalement rentrer vers la Terre. La NASA qui a déjà des plans pour aller à la surface de Mars d’ici 2040 va devoir malheureusement faire face à de nombreux problèmes.

Une mission sur Mars très contraignante

Le plus grand défi semble sans aucun doute l’arrivée sur Mars. En effet, comme vu précédemment, l’atmosphère est extrêmement faible et la navette ne peut bénéficier de l’effet de freinage de l’atmosphère. Pour la navette arrivant à pleine vitesse, cette partie du voyage est donc particulièrement délicate et dangereuse. "Avec ses 900 kg, le rover Curiosity était à la limite de ce que l’on peut envisager. Alors que là on parle de 20 à 40 tonnes, voire 100" selon Richard Heidmann, fondateur de l’association Planète Mars. Les techniques d’aujourd’hui ne sont pas du tout adaptées pour pouvoir freiner une telle masse et sans régler ce problème, nous ne pourrons pas faire atterrir un vaisseau habité sur Mars.

Par ailleurs, la propulsion de la fusée suscite encore de nombreux débats. D’un coté, si l’on prenait des moteurs à propulsion chimique, la masse de la fusée serait trop élevée : il faudrait du carburant pour 12 mois de voyage (un aller et un retour) et l’atterrissage serait d’autant plus difficile à réaliser avec une telle masse. Mais, utiliser des moteurs à propulsion nucléaire est aujourd’hui impossible car on ne sait pas en produire. Comme le résume Richard Heidmann, "le choix de la propulsion chimique permettrait d’économiser le coût de développement d’un système de propulsion nucléaire. En revanche le nucléaire permettrait de voyager plus vite et d’économiser sur la masse à transporter, d’où un moindre coût opérationnel."

Un autre problème semble se poser : l’exposition des membres de l’équipage aux vents solaires. Après avoir analysé les mesures sur la radioactivité que la sonde Curiosity a récolté durant son périple entre la Terre et Mars, les scientifiques ont montré qu’un voyage de ce type serait très exposé aux dangers des vents solaires. En effet, au cours d’un aller retour d’environ une année, les astronautes recevraient une dose supérieure à 660 millisieverts (mSv). Par comparaison, un travailleur du nucléaire reçoit rarement plus de 20mSv par année. Les astronautes d’un tel périple s’exposeraient à des risques plus élevés de cancer (les risques de cancer augmentent significativement une fois la barre des 100 mSv dépassée). Des mesures devraient ainsi être prises, comme le dit Francis Rocart responsable des programmes d’exploration du système solaire au CNES : "il est probable que la capsule devrait posséder une sorte de coffre blindé où l’équipage pourrait se réfugier en cas d’éruption solaire ». Ainsi le poids de la capsule déjà élevé serait encore augmenté.

Le voyage et le stationnement oscillant entre 2 et 3 ans, les astronautes devront pouvoir s’approvisionner seuls en nourriture, en eau et en air. Il y a deux options disponibles: soit recycler le plus possible (jusqu’à 100 % idéalement), soit produire tout sur place pour emporter le moins possible. La nourriture devra être produite sur place grâce à des cultures faites à bord du vaisseau (la lumière sera produite en intérieur grâce à des lampes). L’eau comme l’air devrons être recyclés au maximum car l’un comme l’autre ne peuvent pas être produits. L’eau sera recyclée grâce à des machines qui traiteront aussi bien l’eau utilisée pour la cuisine, et pour l’hygiène corporelle que l’eau issue de nos urines et de nos toilettes. L’air sera recyclé par des plantes ou bactéries qui remplaceront le dioxyde de carbone que nous émettons au cours de la respiration par du dioxygène, le mieux étant encore d’utiliser les mêmes plantes que celles qui produiront la nourriture. Le retour vers la planète terre étant impossible chaque machine ou produit devra être soigneusement vérifié car à la moindre défection aucune réparation ne sera possible (à moins d’utiliser des techniques d’impression en trois dimensions qui permettront de recréer, grâce à des modèles, les outils défectueux).

Aujourd’hui, nous sommes encore très loin de tout cela et les expériences d’autosuffisance menées, comme Biosphère 2, se sont soldées par de gros échecs. Biosphère 2 est un site expérimental construit pour reproduire un système écologique artificiel clos situé à Oracle, dans le désert de l'Arizona. Créé pour voir s'il était possible de vivre en autosuffisance sur Mars, le projet a connu des résultats décevants, avec une forte augmentation de carbone et une diminution de l’oxygène de plus de 0,5 % par mois sans possibilité de trouver l’équilibre qui assurerait sa stabilité. On suspecte que cette baisse a été causée par des microbes qui se sont installés dans le sol et rejetaient du CO2 en grandes quantités.

Ces essais ont montré que nos technologies actuelles ne sont pas du tout au point en matière d’autonomie des ressources et ont eu le mérite de souligner la difficulté de maîtriser un écosystème.

Mais au-delà de ces limites purement technologiques subsistent quelques problèmes psychologiques. En effet, bien que les astronautes soient des professionnels préparés à des entrainements physiques rudes, ils restent avant tout des êtres humains. L’homme étant un animal sociable, il n’est pas rare de voir des gens qui en solitude prolongée sombrent dans la dépression voire dans la folie. Le confinement est une chose que peu de personnes seraient prêtes à subir pendant une semaine, alors être confiné pendant une année entière serait une expérience très éprouvante.

Bien que quelques expériences aient été menées sur terre sans incident, comme Mars 500, un programme qui a fait passer 500 jours dans des habitats semblables à ceux d’une fusée 6 personnes de nationalités différentes pour simuler un aller retour vers la planète rouge, le sentiment de solitude qui règne durant le voyage a 55 millions de km de la terre sera très fort. Comme l’a dit l’astronaute américain Norman Thagart au retour de sa 4ème mission de 115 jours : "Le confinement, l’isolement et le stress furent le plus grand défi du vol" alors que la terre était juste sous ces pieds. Durant le voyage vers Mars, les astronautes peineront à voir la planète bleue et cela leur rappellera à tout moment qu’au moindre problème important aucun retour n’est possible. De plus, il y aussi la peur de l’inconnu qui créera peut être des tensions assez importantes dans un groupe d’astronautes de nations différentes qui devront se supporter pendant environ deux ans.

Finalement le dernier point, qui est tout de même un des plus importants, est la question du financement et d’une alliance internationale. On suppose qu’un voyage vers la planète rouge couterait environ 100 milliards d’euros pour développer et tester les techniques nécessaires, y compris la mise au point d’un nouveau lanceur. Le lancement d’une seule fusée couterait quant à lui 10 à 20 milliards d’euros en raison du poids colossal de la fusée (la Nasa prévoit de lancer 25 000 tonnes depuis le sol terrestre pour disposer de 1 024 tonnes en orbite basse terrestre et faire aboutir à 80 tonnes sur Mars). Aujourd’hui le budget que les états placent dans la conquête spatiale est clairement insuffisant pour aller vers Mars.

Pour finir...

Aujourd’hui, le coût du développement et du lancement d’une seule fusée équivaut à 3 années de budget de toutes les associations spatiales du monde réunies. Cette mission nécessiterait donc une association de toutes les nations du monde. Mais, aujourd’hui, la voix des nations sur ce projet n’a même pas été entendue. Mais comme le rappelle Jacques Villain ingénieur spécialisé dans la conquête de l’espace : "La station spatiale internationale, seule destination possible actuellement pour des astronautes, sera en fin de vie. Il n’y aura alors pas d’autre solution que de décider un nouveau programme concret pour le vol spatial habité ". Et on voit mal les astronautes construire une troisième station spatiale ou encore construire une base lunaire quand Mars s’étend encore vierge à seulement 55 millions de kilomètres avec des ressources et un terrain d’exploitation quasi infini.

Le voyage vers Mars paraît donc très compliqué aujourd’hui car il implique certaines technologies que nous n’avons pas et nous ne sommes pas encore prêts financièrement et psychologiquement. Donc aujourd’hui bien que les solutions de coloniser d’autres planètes semblent attirantes mais leur réalisation est bien plus complexe et nous sommes très loin d’y parvenir. On peut ainsi se demander si prendre soin de notre petit caillou n’est pas une solution plus viable et durable.