Recherche d’eau, de microorganismes, missions habitées et même colonisation, l’imagination n’a pas de limites quand il s’agit de Mars. Autrefois survoler notre planète voisine était un exploit, aujourd’hui des rovers ultra sophistiqués crapahutent à sa surface. Percez les secrets des sondes mythiques Mariner et Vinking, et découvrez comment l’homme explore la planète rouge aujourd’hui, ainsi que les ambitions des prochaines missions.

Vue d'artiste d'un hélicoptère de la Nasa posé sur le sol rouge de Mars dans le cadre de la mission Mars 2020.

Mars 2020: la mission de la Nasa devrait comporter un hélicoptère autonome. Crédit: Nasa/JPL-Caltech

Il y a plus de 50 ans déjà que la sonde américaine Mariner 4 capturait les 22 premières images de Mars… Et effectuait les premières mesures : pas d’eau apparente, pas de champ magnétique, des températures glaciales… Ces résultats inédits changèrent radicalement la vision que l’Homme avait d’une Mars jumelle de la Terre. Pourtant aujourd’hui, notre voisine n’en demeure pas moins l’objet de toutes les convoitises. Son passé aqueux et la recherche effrénée d’eau liquide et de vie à sa surface ont déjà engendré la construction de plus de 50 sondes spatiales!

Premières photographies de Mars prises par la sonde Mariner 4 en 1965. Schéma des photos autour de la planète Mars, localisées par des flèches à leur emplacement à la surface de la planète.

Premières photographies de Mars prises par la sonde Mariner 4 en 1965. Crédit : Nasa/A. Öner

Les missions pionnières vers Mars

Parmi les 50 modules spatiaux envoyées vers Mars, environ la moitié est arrivée à destination. Après Mariner 4, c’est l’orbiteur américain Mariner 9 qui fit parler de lui en devenant en 1971 le premier satellite artificiel d’une planète autre que la Terre.

Photo en noir et blanc du décollage de la fusée qui a lancé la sonde américaine Mariner 9 de Cape Canaveral en 1971.

Lancement de la sonde américaine Mariner 9 depuis Cape Canaveral en 1971. Crédit : Nasa

Il permit notamment de cartographier 70% de la surface de la planète rouge et de découvrir deux colosses: Valles Marineris et Olympus Mons, respectivement les plus grands canyon et volcan du Système solaire.

Photo en noir et blanc du plus grand volcan du Système solaire, l'Olympus Mons sur Mars.

Première photographie de l’Olympus Mons sur Mars par Mariner 9. Crédit : Nasa/JPL

Toujours en 1971, fenêtre de tir privilégiée de par une configuration entre Mars et la Terre qui n’a lieu que tous les 15 à 17 ans, l’URSS s’y met aussi. Mais depuis le début des années 60, les Russes accumulent les échecs. Leurs atterrisseurs Mars 2 et Mars 3, pourtant les deux premiers objets construits par l’Homme à atteindre le sol martien, perdent contact avec la Terre au moment de l’impact.

Ainsi, une fois de plus, ce sont les Américains qui démontrent leur supériorité avec le programme Viking, conçu pour détecter les formes de vie élémentaires. Le 20 juillet 1976, Viking 1 se pose à la surface de Mars et envoie les premières images in situ. Le 3 septembre, son frère Viking 2 le rejoint. Couplé à deux orbiteurs, le duo n’a pas repéré la vie mais envoie des données inestimables jusqu’au début des années 80. Ils cartographient 100% de la surface et mettent en évident la présence passée d’eau liquide…

Deux photos, une en noir et blanc et une en couleur. Premières images du sol martien recueillies in situ par Viking 1

Premières images du sol martien recueillies in situ par Viking 1. Crédit : Nasa

Par la suite, la National Aeronautics and Space Administration (Nasa) lance Mars Observer, la sonde la plus chère jamais envoyée vers Mars à l’époque. Mais trois jours seulement avant son arrivée au voisinage de la planète rouge, le contact radio est perdu… Pour éviter ce type de catastrophe à l’avenir, la Nasa imagine donc une nouvelle stratégie d’exploration qui se résume en trois mots : better, faster, cheaper (mieux, plus vite, moins cher).

C’est dans ce cadre que sera lancée Mars Global Surveyor en 1996. En neuf ans, l’orbiteur va engranger plus de données que toutes les missions passées réunies. Il relève notamment la présence de dépôts sédimentaires, indices potentiel en faveur d’eau passée. Mais surtout, ce nouveau programme comprend l’atterrisseur Mars Pathfinder, qui libère le premier rover – ou astromobile – sur le sol martien. Avec ses 10,6 kg, Sojourner va parcourir une petite centaine de mètres autour de son vaisseau-mère, de juillet à septembre 1997.

Photo couleur du rover Sojourner en train d'analyser un rocher nommé Yogi.

Photo du premier rover sur Mars : Sojourner analyse un rocher surnommé Yogi. Crédit : Nasa/JP

Les jumeaux Spirit et Opportunity

Par la suite, un second rover nommé Spirit débarqua sur la planète rouge, le 4 janvier 2004, suivi trois semaines plus tard par son jumeau Opportunity. L’astromobile Spirit de 180 kg étudie la géologie des roches martiennes. Malheureusement, après plus de 7,7 km parcourus et cinq années de bons et loyaux services, il est coupé dans son élan en s’enlisant de façon irrémédiable dans une dune de sable…

Photo en noir et blanc de la météorite Heat Shield Rock découverte par Opportunity, point de vue du rover.

Heat Shield Rock : première météorite extra-terrestre, découverte par Opportunity. Crédit : Nasa/PD/USGOV

Vieux de la vieille, Opportunity résiste mieux à la vie martienne que son frère. Sur Mars depuis 14 ans, il est toujours en fonctionnement! Le marathonien a parcouru plus de 45 km à la surface de la planète rouge. Sur son chemin, il a notamment découvert Heat Shield Rock : de la taille d’un ballon de basket, c’est la première météorite localisée à la surface d’une autre planète que la Terre. Le rover a également trouvé des veines de gypse et de fortes concentrations d’argiles, des indices favorables à la présence passée d’eau et de vie microbienne. Enfin, Opportunity s’est beaucoup baladé près de l’impressionnant cratère Victoria.

Image en couleur du rover Opportunity sur la bordure du cratère Victoria par la sonde Mars Reconnaissance Orbiter.

Opportunity photographié sur la bordure du cratère Victoria (en bas à droite) par la sonde Mars Reconnaissance Orbiter. Crédit : Nasa/JPL/University of Arizona

Curiosity : un laboratoire à six roues sur le sol martien

En 2012, c’est une nouvelle génération de rovers qui débarque sur Mars. Avec ses presque 900 kg, Curiosity, l’astromobile de la mission Mars Science Laboratory, est un véritable laboratoire ambulant. MARDI, ChemCam, APXS, SAM, CheMin, REMS… Il embarque pas moins de 10 instruments (75 kg) destinés à avancer sur la problématique de l’émergence de la vie sur notre planète voisine. Un système sophistiqué comprenant une foreuse permet de prélever et de conditionner des échantillons, qui sont ensuite analysés dans deux mini-laboratoires (SAM et CheMin). Au sommet de son mât, on trouve également ChemCam, un instrument qui tire au laser sur les roches pour identifier leur composition à distance. Depuis son arrivée dans le cratère de Gale le 6 août 2012, Curiosity a parcouru 19 km.

Photo couleur des maquettes en taille réelle des trois rovers Sojourner (premier plan), Opportunity (à gauche) et Curiosity (à droite) aux côtés de deux ingénieurs du Jet Propulsion Laboratory de la Nasa (Californie) où ils ont été développés.

Trois générations de rover : Sojourner (premier plan), Opportunity (à gauche) et Curiosity (à droite), aux côtés de deux ingénieurs du Jet Propulsion Laboratory de la Nasa (Californie) où ils ont été développés. Crédit : Nasa

En juin 2018, l’instrument SAM fait une incroyable découverte. Il détecte 100 fois plus de molécules organiques que lors de ses précédentes investigations, dans le sol à 5 cm sous la surface. Il a notamment repéré des molécules très complexes comme du thiophène, du benzène ou du toluène, autant d’indices d’une chimie organique complexe qui aurait pu être à l’origine de la vie dans le passé de Mars.

En outre, en analysant l’atmosphère martienne, SAM a permis de confirmer l’existence d’un cycle du méthane sur la planète rouge. La quantité de méthane atmosphérique dans l’hémisphère nord varie du simple au triple selon la saison. Sur Terre, une telle information serait liée naturellement et de façon évidente à un phénomène biologique… Mais pas de précipitation, l’origine de ce méthane peut aussi être minéralogique (émanations en provenance du sous-sol). Il faudra donc attendre les prochaines missions d’exploration pour en connaître la provenance.

Le mini-laboratoire SAM embarqué sur le rover Curiosity. On le voit en salle blanche, avant le décollage.

Le mini-laboratoire SAM, avant son intégration sur le rover Curiosity. Crédit : Nasa



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L’Esa entre enfin dans la course avec ExoMars

"Vue de Mars “pôle à pôle” par la sonde européenne Mars Express.

“Vue de Mars “pôle à pôle” par la sonde européenne Mars Express. Crédit ESA/DLR/FU Berlin

Justement, en 2020, la troisième mission martienne de l’Agence spatiale européenne (Esa) s’apprête à décoller. Seulement la troisième, car contrairement aux États-Unis, à la Russie, ou même au Japon, l’Esa (créée en 1975) a pris son temps pour se lancer. Elle démarre en 2003 avec la sonde Mars Express. Cette sonde qui fonctionnera jusqu’en 2020 a déjà permis de déterminer la nature des calottes polaires, d’estimer le volume d’eau stocké en leur sein, de préciser la composition de l’atmosphère de Mars ou encore de détecter des minéraux hydratés en surface.

Puis en 2016, l’Esa ouvre le volet du programme ExoMars en coopération avec l’agence spatiale russe Roscosmos, par l’envoi de la sonde Trace Gas Orbiter (TGO). C’est la deuxième mission européenne qui aboutit. Fonctionnel jusqu’en 2022, l’orbiteur TGO doit étudier les gaz présents dans l’atmosphère à l’état de traces, notamment le méthane dont elle doit déterminer l’origine biologique ou minéralogique. Le module de démonstration Schiaparelli qui l’accompagnait, devait lui atterrir en douceur à la surface de la planète rouge. Malheureusement, le 19 octobre 2016, il s’est écrasé au sol après une chute libre de 4000 mètres…

Mais c’est le second volet de ce programme ExoMars qui retient l’attention générale. Enfin, l’Esa va envoyer son premier rover d’exploration sur le sol martien.

L’ExoMars Rover sera couplé à une plateforme d’atterrissage pourvue d’instruments russes et européens, qui prendra des mesures in situ pendant une année martienne (687 jours terrestres). Le rover de 310 kg, dont le lancement est prévu pour juillet 2020, sera équipé de neuf instruments d’analyse du sol. Une foreuse sera notamment capable de creuser à plus de 2 m – contre 5 cm actuellement pour Curiosity – pour prélever des échantillons. À cette profondeur, les composés organiques éventuels sont préservés de l’effet des rayonnements et des oxydants qui les détruisent plus en surface.

Vue d'artiste du rover européen Exomars sur Mars.

Le rover européen ExoMars . Crédit : Esa

Pour l’instant, deux sites ont été présélectionnés pour l’atterrissage du rover ExoMars prévu en 2021 : Oxia Planums et Mawrth Vallis, qui sont connus pour avoir accueilli beaucoup d’eau au début de l’histoire de la planète rouge. En 2019, l’un d’eux sera définitivement choisi.

À noter que l’Esa a également lancé avec succès la mission Mars InSight dont l’atterrissage est prévu le 26 novembre 2018 à la surface de la planète rouge. Le projet inclut un sismomètre développé en France, qui doit permettre d’analyser la structure interne de Mars en détails pour la première fois.

Un hélicoptère pour Mars 2020

De leur côté, les États-Unis préparent aussi un lancement pour l’été 2020 : celui du successeur de Curiosity. Trois sites d’atterrissage sont pour l’instant retenus pour le rover Mars 2020 : le cratère Jezero, Syrtis Major nord-est et Columbia Hills. Dès février 2021, les six instruments de l’astromobile devraient donc se mettre au travail sur un de ces trois sites. Parmi eux se trouve SuperCam, le successeur de ChemCam doté de performances accrues.

Vue d'artiste du rover Mars 2020 en situation sur le sol martien

Vue d’artiste du rover Mars 2020, à la structure très similaire à celle son prédécesseur Curiosity. Crédit : Nasa/JPL-Caltech

De plus, comme souvent, les Américains ont une longueur d’avance. Un des objectifs de Mars 2020 est en effet la préparation d’échantillons qui seront rapportés sur Terre par une mission ultérieure. Une première! Peut-être avec ces précieux cailloux martiens analysées en laboratoire sur Terre, le mystère de l’émergence du vivant sur Mars sera-t-il enfin résolu…

Autre nouveauté, le rover emporte un petit hélicoptère expérimental de 1,8 kg. Le Mars Helicopter Scout effectuera plusieurs vols de reconnaissance de manière autonome à partir d’instructions transmises avant le vol. Pendant ses excursions à quelques centaines de mètres du rover, ses pales tourneront dix fois plus rapidement que celles d’un hélicoptère terrestre pour palier la très faible densité de l’atmosphère martienne.

Toujours autant à l’avant garde, une deuxième expérimentation technologique nommé MOXIE doit permettre de préparer les futures missions habitées sur Mars. L’instrument va tester un processus de production d’oxygène à partir de dioxyde de carbone. Un gaz omniprésent dans l’atmosphère de Mars. En cas de succès, l’oxygène produit pourra constituer des réserves pour de futurs astronautes martiens.

En outre, la Chine prévoit de lancer orbiteur, lander et rover à l’été 2020 pour sa première mission des la planète rouge. Enfin, le départ du Mars Terahertz Microsatellite japonais qui comprend un orbiteur et un lander est lui aussi programmé dans cette fenêtre de tir.

Prochaine étape : des vols habités vers Mars

Dans le domaine des missions habitées, encore une fois, la Nasa fait la course en tête. Depuis les années 1990, elle affine son projet Mars Design Reference Mission, qui en est aujourd’hui à sa cinquième version. Dans un document d’une centaine de pages, la Nasa décrit un scénario dans lequel neuf fusées géantes de type Ares V – encore non construites – sont envoyées en orbite terrestre basse pour permettre l’assemblage dans l’espace de deux vaisseaux cargo et d’un vaisseau habitable. En 2035, les deux vaisseaux cargos seraient envoyés vers Mars.

Vue d'artiste du projet Mars Design Reference 5.0. On voit sur le sol de Mars deux modules fixes et quatre véhicules mobiles.

Vue d’artiste du projet Mars Design Reference Mission 5.0. Crédit : Nasa

L’un est prévu pour emporter à la surface de la planète rouge un véhicule pour le départ des astronautes, ainsi qu’un système de production de carburant pour le retour. L’autre, en orbite autour de Mars, contient l’habitat des futurs astronautes martiens. Ainsi dans le scénario de la Nasa, en 2037, six astronautes sont envoyés vers la planète rouge dans un Mars Transfert Vehicle (MTV). Ils s’amarrent au deuxième vaisseau cargo, celui en orbite autour de Mars, embarquent dans l’habitat et descendent à la surface de la planète dans ce module. L’objectif est d’atterrir le plus près possible du véhicule amené par le premier vaisseau cargo, et qui servira au départ. Doivent s’en suivre 540 jours d’exploration, avant de repartir à bord du véhicule de départ à la surface, puis du MTV avec lequel ils sont arrivés, jusqu’à la Terre. Tout un programme!

Toutefois en 2010, Barack Obama annonçait l’arrêt du programme spatial Constellation pour raisons financières. Celui-ci comprenait entre autres le développement des lanceurs Ares V, toujours à l’état de concept… Le projet de mission habitée de la Nasa vers Mars est donc suspendu jusqu’à une date indéterminée. Du côté de l’Esa et de Roscosmos, rien de concret non plus.

Vue d'artiste de la La capsule Red Dragon de SpaceX qui pourrait transporter sept astronautes.

La capsule Red Dragon pourrait transporter sept astronautes. Crédit : SpaceX

Alors, parce que la conquête de Mars est un rêve universel, d’autres que les agences spatiales se penchent sur la question. Elon Musk et sa mission habitée vers la planète rouge prévue pour 2030 fait notamment beaucoup parler de lui. C’est en 2024 que le PDG de Tesla et SpaceX compte lancer son premier vol habité vers Mars. Dans l’esprit du multi-millionnaire, un lanceur géant (Big Falcon Rocket ou “Big Fucking Rocket”) et un vaisseau habité, tous deux réutilisables, permettraient de déposer sur Mars non pas six astronautes, mais une centaine! À terme, c’est carrément la colonisation de la planète rouge qui est visée.

Lire aussi : “Mars, la Lune : une nouvelle ère de l’exploration humaine”


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