Stratégie et conditions de travail sur les lunes de Mars en vue de l’installation de l’homme dans son système planétaire
I. Pourquoi les lunes de Mars, plutôt que le sol de la planète
Le point de départ, une incertitude fondamentale
Nous ne savons pas si une gravité de 0,38g (gravité à la surface de Mars) est suffisante pour une santé humaine acceptable sur le long terme. Nous savons que 0g (comme dans l’ISS) est biologiquement incompatible avec une présence multigénérationnelle. Au-delà d’une dégradation osseuse et musculaire que l’on peut contrer par le port de charges et l’exercice physique, l’absence de gravité implique à l’intérieur du corps une perturbation des fluides corporels et le développement d’un syndrome SANS (Spaceflight Associated Neuro ocular Syndrom) sur la vision. Ce phénomène est, lui, extrêmement difficile à contrer, à un point qui apparait incompatible avec une installation multigénérationnelle. Entre 0 et 1g la question des dommages impliqués par une gravité inférieure à celle de la Terre reste ouverte mais la probabilité de l’acceptation par le corps semble haute en approchant de 1g (0,7 ?) et faible en restant à 0,38g. Tant qu’on n’a pas pu se prononcer scientifiquement, engager des dépenses lourdes pour une installation pérenne en surface de Mars serait déraisonnable. Les deux lunes de la planète, Phobos et Deimos, permettent de mener l’expérience qui permettra d’obtenir une réponse précise et un développement vers une solution alternative.
Six arguments pour les lunes
L’accessibilité depuis la Terre. C’est le plus décisif. Le cycle synodique de 26 mois s’impose à tous, depuis les lunes comme depuis la surface. Mais depuis les lunes, on attend la fenêtre dans une position énergiquement et mécaniquement plus favorable. En effet, le delta-v Terre→Deimos (~3,9 km/s) est inférieur au delta-v Terre→surface de Mars (~5,6 km/s descente comprise). On aura donc besoin de moins d’ergols pour repartir sur Terre. Au tout début cela sera très important car on ne dépendra pas autant d’une production locale ISPP (pour In Situ Propellant Production) sur la planète (utilisant son eau et son gaz carbonique). En effet un stock au moins complémentaire pourrait être apporté de la Terre. Ensuite, la production obtenue par ISPP sur Mars pourra être acheminée régulièrement sur Phobos ou Deimos par petits convoyeurs. Ceux-ci seront beaucoup moins volumineux et massifs donc consommateurs d’énergie et difficiles à manier que des starships.
La posture opérationnelle : depuis Phobos (~40 ms de latence), on téléopère la surface martienne en temps quasi-réel. On est en position de tour de contrôle, pas de camp de base — capable de préparer la surface, d’y conduire des expériences, d’y construire des infrastructures, depuis une position réversible sans trop s’engager dans le puits gravitationnel de la planète.
L’assemblage de grandes structures : l’avantage de la microgravité n’est pas principalement celui de se passer de grues — l’inertie des masses reste entière, comme nous le verrons. Il est plus profond : en microgravité une structure en cours d’assemblage ne fléchit pas sous son propre poids. Un tore de 160 mètres de diamètre ou des tubes radiaux de 80 mètres, ne peuvent pas être assemblés en surface de la planète Mars sans échafaudages massifs. Dans le vide en microgravité d’une lune, on les assemble segment par segment sans déformation. C’est un avantage décisif pour la construction d’une station rotative ancrée dans le sol de Deimos comme pour toutes les autres stations libres d’ancrage qui suivront et qui sont l’objectif à long terme.
L’absence de perturbation météorologique : pas de tempêtes de poussière, pas de vent. Donc pas d’obstruction des mécanismes et ce qu’on dépose reste exactement là où on l’a mis.
La liberté de choisir son niveau de gravité : sur Mars, la gravité de 0,38g est subie 24h/24 sans possibilité d’en sortir. Mais une fois le tore de Deimos-II opérationnel, l’équipage vivra à 0,7g — valeur choisie pour la probabilité forte qu’elle sera suffisante pour protéger les corps sur le long terme, sans entraîner la construction d’une station démesurée.
Deimos-II comme étape transitoire : l’ancrage d’une structure rotative massive dans un régolite soumis à des cycles thermiques intenses génère des contraintes mécaniques permanentes et croissantes — roulements, jonctions, ancrages du trépied dans un sol qui se dilate et se contracte. La durée de vie structurelle de Deimos-II est estimée à 15 à 20 ans — suffisante si la séquence est engagée sans délai. Cela veut dire que pendant ce temps on devra entreprendre de construire la suite, la première station en orbite aréostationnaire (l’équivalent local de géostationnaire), libérée de toute contrainte d’ancrage et mécaniquement saine sur le long terme. Deimos-II est une école, pas une maison définitive.
La trajectoire qui en découle
Étape 0 — Station rotative de 80 m de rayon au point de Lagrange L1 Terre-Lune : apprendre à assembler et habiter un tore dans l’espace cislunaire avant d’engager des moyens dans le système martien. Cette station devrait remplacer l’ISS.
Étape 1 — Phobos-base : Base enfouie dans le régolite, protégée des radiations, nœud logistique et centre de téléopération de la surface martienne, faible coût de retour vers la Terre — position stratégiquement flexible.
Étape 2 — Deimos-II : station torique ancrée sur Deimos, gravité artificielle à 0,7g, première présence humaine durable dans le système martien. Durée de vie volontairement limitée à 15-20 ans par les contraintes d’ancrage.
Étape 3 — Stations en orbite aréostationnaire : libérées de l’ancrage, mécaniquement saines, construites progressivement avec des matériaux martiens produits sur place, suspendues en permanence au-dessus d’un territoire martien qu’elles contrôlent et exploitent. L’horizon véritable.
II. La poussière
Nature du régolite
Poudre extrêmement fine (quelques microns à quelques centaines de microns), porosité ~30%, quasi sans cohésion, chargée électrostatiquement par le rayonnement UV et les particules solaires. En microgravité, rien ne « retombe » au sens terrestre : une particule projetée à 1 cm/s met plus de 30 secondes à retomber d’un mètre sur Phobos. Les nuages soulevés persistent, migrent et contaminent tout — optiques, joints, connecteurs, visières.
Sources de perturbation
Atterrissages et décollages (éjectas projetés sur des kilomètres — zones d’atterrissage éloignées avec déflecteurs obligatoires), déplacements de robots et d’humains (contamination continue et diffuse), opérations mécaniques (vibrations propagées dans le sol qui soulèvent de la poussière à distance).
Le chemin surélevé
Le chemin surélevé est la solution principale pour les trajets de circulation entre Phobos-base et le dépôt dans le cratère Stickney (ou d’autres sites installés) : une passerelle surélevée portée par des portiques en paires, vissés dans le régolite, constituant une discontinuité physique permanente entre la surface perturbée et la zone de transit.
Structure de bas en haut : ancrage hélicoïdal de 70 cm complété d’une embase évasée (champignon renversé) travaillant en compression latérale dans le régolite pulvérulent ; gouttière de récupération suspendue sous les rails récupérant passivement tout objet échappé ; grillage tendu au-dessus de la gouttière, constituant la surface d’appui pour les pieds des opérateurs (la gouttière elle-même, inclinée vers le sol, n’est pas praticable directement) ; rails porteurs sur lesquels se tractent les robots ; câbles de vie longitudinaux sur lesquels tout opérateur humain se clippe avec un mousqueton à blocage automatique avant de s’engager sur le chemin.
Dimensions :
| Élément | Dimension |
| Ancrage enterré | 70 cm |
| Embase affleurante | 10 cm |
| Jeu sol-gouttière | 30 cm |
| Gouttière (hauteur de pente) | 45 cm |
| Rail | 15 cm |
| Grillage de marchepied (largeur) | ~2,5 m |
| Col de cygne au câble de vie | 30 cm |
| Hauteur totale du pic | ~200 cm |
| Hauteur du rail au-dessus du sol | ~100 cm |
| Hauteur du câble de vie | ~135-140 cm |
| Largeur hors-tout | ~3 à 3,5 m |
| Espacement longitudinal des paires de pics | 8 à 10 m |
| Écartement transversal d’une paire de pics | 2 à 2,5 m |
Le sas d’accès aux modules enterrés de Phobos-base débouche à la hauteur des rails (~100 cm), avec plateforme de transition permettant de se clipper sur le câble de vie avant d’ouvrir la porte extérieure. La hauteur du sas est donc une contrainte architecturale fixée par la géométrie du chemin.
Col de cygne et câble de vie : le col de cygne est un support fixé sur la tête du pic, déporté latéralement au-delà du rail. Il porte le câble de vie sur le côté du chemin et non au-dessus du rail, de sorte que le mousqueton de l’opérateur puisse être clippé sans gêner le déplacement sur le rail lui-même.
Liaison longitudinale entre paires de pics : une barre ou un câble de tension solidarise les paires successives sur toute la longueur du chemin. Cette liaison empêche qu’un pic isolé soit arraché par un effort excentré — notamment lors du transport d’une charge lourde dont l’inertie, mal contrôlée, exercerait une traction latérale sur un seul portique.
Matériaux : rails et grillage de marchepied en alliage de titane (le grillage en titane tressé, pour résister à un usage intensif sur 15 à 20 ans) ; filets, câbles de vie et gouttière en Dyneema/Spectra — filière commune avec le filin de gravité artificielle du transit interplanétaire.
Protection des équipements fixes : capots mécaniques à ouverture commandée pour optiques et connecteurs ; sas de dépoussiérage à double étage (décharge électrostatique active en premier, aspiration mécanique ensuite — l’ordre est impératif).
III. L’inertie des masses
Le paradoxe fondamental
Un objet de 2 tonnes ne pèse que ~11 N sur Phobos mais sa masse inertielle reste exactement 2 tonnes. La microgravité facilite la mise en mouvement mais ne facilite pas le contrôle du mouvement. C’est donc le contrôle qui compte dans le travail de construction et d’assemblage.
Les trois situations dangereuses
La masse qui part — un objet lourd reçoit une impulsion non voulue et dérive sans friction pour l’arrêter. La masse qui arrive — un module de 500 kg à 0,1 m/s représente 2 500 joules d’énergie cinétique, invisible à l’œil nu sans référentiel fixe. La réaction sur l’opérateur — tout effort exercé sur une masse se retourne intégralement sur celui qui l’exerce s’il n’est pas ancré.
Les principes de gestion
Toute masse au-delà de 50 kg doit être sur un rail, un câble guidé ou un treuil contrôlé — jamais en déplacement libre. Les vitesses doivent rester inférieures à 0,02-0,03 m/s pour les opérations d’assemblage, mesurées par instrument et non estimées à l’œil. Les systèmes d’arrêt (amortisseurs à fluide visqueux, butées progressives) doivent absorber l’énergie cinétique à vitesse maximale de consigne avec un facteur de sécurité de 3. Les opérateurs humains ne doivent jamais s’interposer physiquement — règle de culture opérationnelle autant que technique, qui désapprend un réflexe terrestre dangereux ici.
Équipements spécifiques
Treuils à câble avec frein intégré et contrôle de vitesse sur les portiques du chemin ; butées progressives en extrémité de tout rail ; systèmes de capture douce pour les modules arrivant de l’espace (sur le modèle du bras canadien de l’ISS) ; robots Optimus reprogrammés en mode amortisseur actif avec mesure en temps réel de la force reçue.
Le cas de l’assemblage du tore de Deimos-II
Segments de 15 à 25 tonnes devant être ralentis jusqu’à quasi-zéro relatif par rapport à la structure en cours, guidés sur les derniers mètres avec une précision millimétrique (vitesse résiduelle inférieure à 0,005 m/s), immobilisés pendant le boulonnage malgré les vibrations générées par les opérations elles-mêmes. Chaque opération de boulonnage génère un couple de réaction que le robot exécutant doit absorber via son ancrage — sans quoi c’est lui qui tourne autour du boulon.
IV. L’usure des matériaux et des jonctions
Un système d’agressions croisées
Les agressions ne sont pas indépendantes — elles se combinent et s’amplifient. Un matériau affaibli par les cycles thermiques résiste moins bien aux radiations. Une jonction fragilisée par la poussière électrostatique cède plus facilement sous les contraintes mécaniques. L’usure doit être pensée comme un système, pas comme une liste.
Cycles thermiques
Sur Phobos : plus de 1 100 cycles par an entre −40°C et +80°C. Sur les métaux, la dilatation thermique différentielle entre matériaux assemblés crée du jeu, puis de la fatigue, puis des fissures. Sur les polymères (joints, gaines), perte d’élasticité et fissuration accélérée — un joint torique conçu pour 10 000 cycles sur Terre peut atteindre cette limite en moins de 10 ans. Sur les composites, micro-délaminages cumulatifs invisibles à l’œil nu. Réponses : matériaux à coefficients de dilatation proches dans tout assemblage bimétallique ; liaisons à jeu contrôlé là où la dilatation différentielle est inévitable ; surdimensionnement des durées de vie d’un facteur 3 à 5.
Radiations
Effets sur l’électronique : dose totale accumulée dégradant progressivement les composants ; événements singuliers provoquant des basculements de bits instantanés catastrophiques dans un système de contrôle. Toute électronique extérieure doit être blindée et redondante avec correction d’erreur intégrée. Effets sur les polymères : cassure des chaînes moléculaires par UV et particules ionisantes — câbles Dyneema extérieurs à gainer ou remplacer périodiquement. Le titane reste le métal le plus résistant sur ce plan.
Poussière comme abrasif
Des particules de quelques microns chargées électrostatiquement se déposant sur une surface en mouvement relatif agissent comme un abrasif ultra-fin continu. Les roulements magnétiques de Deimos-II, sans contact mécanique direct, éliminent ce mode d’usure — c’est l’un de leurs avantages essentiels.
Les jonctions : points de concentration de toutes les agressions
Boulons : fatigue sous cycles thermiques, variation cyclique de la précontrainte, desserrage progressif — réponse par boulons à auto-blocage systématiques et surdimensionnement en diamètre. Joints d’étanchéité : point le plus critique pour la survie humaine — joints métalliques en C ou W préférables aux élastomères, ou joints à double lèvre avec espace intermédiaire monitoré détectant la défaillance de la première lèvre avant que la seconde ne cède. Connecteurs électriques : connecteurs hermétiques à passage traversant pour les liaisons permanentes, contacts dorés et capots de protection pour les connexions débrochables. Interfaces rotatives de Deimos-II : redondance totale des roulements magnétiques obligatoire, avec roulements mécaniques de secours en position repliée.
V. Conclusion
La durée de vie de Deimos-II : 15 à 20 ans
C’est la conclusion centrale de cette analyse. L’ancrage du trépied dans le régolite de Deimos — soumis à ~2 900 cycles thermiques sur dix ans, aux vibrations de la rotation, au tassement progressif du régolite sous les ancrages — est la fondation irremplaçable de la station. Quand elle arrive en fin de vie, c’est la station entière qu’il faut repenser. Les modules du tore peuvent être remplacés un par un ; les tubes radiaux peuvent être inspectés et renforcés ; les ancrages, non.
Cette limite n’est pas un échec de conception — c’est une contrainte physique assumée. Elle est suffisante si la séquence est engagée sans délai : pendant les 15 à 20 ans de fonctionnement de Deimos-II, on dispose du temps, de l’expérience accumulée et des matériaux martiens nécessaires pour construire la première station en orbite aréostationnaire. Les stations aréostationnaires, libérées de toute contrainte d’ancrage, ont une durée de vie structurelle beaucoup plus longue — limitée essentiellement par la fatigue des matériaux sous radiations et l’usure des systèmes rotatifs internes, deux problèmes bien plus maîtrisables.
La semaine prochaine nous verrons l’éclairage naturel et les cycles thermiques sur les sites.
Deimos-II n’est pas une destination finale. C’est le premier pas qui rend possible tous les suivants.
Copyright Pierre Brisson
Illustration de titre: Deimos vue par la sonde Hera de la NASA lors de son flyby vers l’astéroïde Dimorphos (12 mars 2025). Crédit ESA.
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3 réponses
Je ne sais pas s’il peut y avoir une comparaison entre la conquête éventuelle de Mars et celle de l’Everest. D’abord quelques individus (Hillary, Norgay) et aujourd’hui des hordes d’alpinistes suréquipés (mais qui redescendent vite!). Plus il y aura de gens, plus il y aura de chances qu’il y ait des morts (Mais il y en a aussi sur terre dans des circonstances usuelles). Oui, il est intéressant que les expéditions incluent un ou plusieurs médecins. Mais il faut réfléchir au matériel qui pourrait sauver les vies autant contre des défaillances de santé que des menaces propres aux conditions physico-chimiques de la planète Mars, à plus de confort, aux conséquences du voyage. L’exercice physique perpétuel contre les effets de la pesanteur moindre ce sera pas marrant! Il faudrait en savoir plus sur les processus biologiques de ce phénomène. Rassurer face à l’inconnu. Combien de cosmonautes enverra-t-on au premier voyage? Combien de temps resteront-ils sur Mars? Quelle sera leur tâche si tant est qu’un premier voyage ne peut se borner à un court séjour et à quelques recherches non-robotisables (?). La sagesse voudrait des aménagements et explorations automatisés et approfondis avant l’arrivée d’humains. Mais à quoi doit-on réfléchir? Que va-t-on oublier? Cela pourrait-il se passer comme pour la lune: un premier abord puis un long oubli face à l’apparente inutilité de cette prise de risque? Et surtout quel niveau de connaissance atteindra-t-on pour aller sur Mars: vaisseau plus rapide (plasma, voire cette fameuse antimatière dans nos rêves), plus économique en carburant, plus puissant pour un redécollage, plus sûr contre les radiations… Va-t-on attendre d’être plus puissants, attendre? Choisira-t-on Deimos comme vous le suggérez ou trouvera-t-on sur Mars une forte motivation? Personnellement je pense qu’aujourd’hui nous devons partager la vision d’Elon Musk.
Merci Martin de votre commentaire.
Pour le premier voyage, il faudrait une douzaine d’astronautes compte tenu de tout ce qu’il y aura à faire. Mais pour des raisons de sécurité, on n’en enverra probablement moins (6 ou même 4). Le séjour sur Mars ne pourra pas durer moins de 18 mois. On ne peut faire abstraction de l’évolution respective des planètes sur leur orbite. On peut un peu accélérer au départ de la Terre et réduire le voyage à 6 mois à l’aller mais pas au retour car on arriverait trop vite près de la Terre et le vaisseau ne résisterait pas au freinage. Il faudra donc 8,5 mois au retour.
Bien sûr il faudra des missions robotiques préparatoires. A mon avis deux suffiront.
Pour le futur on peut envisager ce qu’on veut. Pour ma part je tiens à rester réaliste. Autrement on peut dire n’importe quoi (ce que beaucoup font). C’est pour cela qu’Elon Musk a tort de parler d’une colonie d’un million de personnes dans quelques petites dizaines d’années. On peut y penser et en rêver, pas plus.
mais pour la gravite artificielle pendant le voyage comment faire ?