EXPLORATION SPATIALE - LE BLOG DE PIERRE BRISSON

Architecture d’un établissement humain sur Mars

Dans mon concept, l’unité de vie, ‘l’habitat’ martien, sera le ‘terrier de lapins’ (Rabbit Hole) décrit dans mon article précédent. Mais cet habitat qui ne pourra abriter qu’une quinzaine de personnes, ne sera évidemment pas suffisant dans le cas d’un établissement permanent et autonome qui, pour survivre, devra en compter bien d’avantage (hypothèse un millier de personnes). Voici donc ce que je propose.

Les habitats seront alignés sur huit lignes courbées en arc d’ellipse, partant d’un centre périapside (‘le Centre’), comme les bras d’une galaxie elliptique partent de leur bulbe central. L’idée est de construire en ligne tout en réduisant la distance entre le Centre et l’extrémité, et aussi de couper le passage du vent pour limiter l’apport de poussière à l’intérieur de l’Etablissement. Au Centre, on construira en demi-sphère, un dôme géodésique*de 20 mètres de diamètre, au pourtour duquel seront ajoutés huit autres dômes géodésiques plus petits, chacun de 10 mètres de diamètre (l’ensemble communiquant mais chaque volume pouvant être fermé par des portes coupe-feu). Les habitats (un disque creusé dans le sol puis percé de galeries viabilisées), auront chacun 25 mètres de diamètres et seront chacun entourés d’une tranchée-jardin de 6 mètres de large (diamètre total de 37 mètres) et de 4 mètres de profondeur (couverte par un toit transparent !).

*Définition (selon Wikipedia) : une structure sphérique, ou partiellement sphérique, en treillis dont les barres suivent les grands cercles (géodésiques) de la sphère. L’intersection des barres géodésiques forme des éléments triangulaires qui possèdent chacun leur propre rigidité, provoquant la distribution des forces et des tensions sur l’ensemble de la structure qui est de ce fait autoporteuse, laissant l’intérieur entièrement disponible.

Le premier habitat de chaque arc sera distant de 25 mètres de chaque dôme périphérique du grand-dôme central (‘dômes-périphériques-centraux’), les habitats se touchant par leurs tranchées-jardins. Après quatre habitats, le cinquième sera remplacé par un ‘dôme-intermédiaire’ de 20 mètres de diamètre. A la suite, sur le même arc, d’autres habitats seront encore construits jusqu’à un total de 8. La liaison de l’un à l’autre se fera par les tranchées-jardins.

Le premier habitat sera relié aux dômes-périphériques-centraux, par une tranchée-jardin de 6 mètres de diamètre (comme les suivantes mais seulement très légèrement incurvée, dans la ligne de l’arc d’ellipse). Les huit dômes-intermédiaires seront également liés entre eux par une tranchée-jardin, circulaire par rapport au Centre. Au milieu de chaque segment de cette tranchée-jardin circulaire reliant un dôme à l’autre, un tronçon de quelques mètres (6 ou 7 mètres) sera couvert par un toit solide, qui permettra à un véhicule de passer pour aller jusqu’aux dômes centraux (service d’entretien). Après la deuxième série de 4 habitats d’une ligne, un nouveau dôme, ‘dôme-terminal’, sera construit. Comme on aura alors une disponibilité de logement de 960 personnes (15x8x8) on s’arrêtera car on aura atteint une densité maximum raisonnable d’habitants à un seul endroit sur Mars, et on recommencera une autre implantation ailleurs. Les dômes-terminaux feront vingt mètres de diamètre.

Les tranchées-jardins, à partir du premier habitat jusqu’au dernier (comme la tranchée-jardin circulaire reliant les dômes-intermédiaires) seront creusées par un tunnelier (The Boring Cy) selon un tracé sinusoïdal (un demi-cercle de tranchée en périphérie d’un habitat d’un côté, à un demi-cercle en périphérie de l’habitat suivant du côté opposé), aller et retour. Toutes les tranchées seront fermées par des toits semi-cylindriques en triangles de verre laminés tenus par des poutres en acier (type construction géodésique). Toutes les tranchées-jardins seront bien entendu protégées par des matelas d’hydrogène (40 cm d’épaisseur) comme décrits dans mon article précédent (voir note complémentaire sur ce matelas en fin du présent article). Les dômes-terminaux seront idéalement reliés entre eux par une galerie couverte (sécurité), surmontée également d’un matelas gonflé à l’hydrogène. Mais comme la distance au Centre (rayon) sera d’environ 320 mètres, compte tenu de l’angle (65°) de l’arc de la ligne d’habitats (346 mètres), on aurait 2000 m de galeries, ce qui ferait une construction très longue, consommatrice de beaucoup de temps et d’énergie pour la construire puis ensuite d’énergie et de gaz respirables pour la maintenir viabilisée. On pourra donc commencer par ne lier les dômes-terminaux que 2 par 2. Cela permettra aussi à des véhicules d’accéder jusqu’à la tranchée-jardin intermédiaire puis au-delà (passage dans la tranchée-jardin circulaire), jusqu’aux dômes centraux.

A l’intérieur des dômes, on aura à environ 3 m du sol un toit en béton (duricrete) de 2 mètres d’épaisseur. L’objet sera de donner en-dessous, une bonne protection contre les radiations. Cela fera un poids important mais il ne faut pas oublier que sur Mars la gravité n’est que de 0,38g). Ce toit sera en forme d’anneau ce qui laissera passer la lumière (et les radiations) au centre. Les activités impliquant la vie se dérouleront bien sûr sous le toit-anneau. Le centre serait occupé par une pièce d’eau. Le dessus de la dalle du toit pourrait être occupé pour des activités diverses ne durant pas trop longtemps (à vérifier sur les compteurs Geiger personnels).

Entre les arcs d’habitats et tout autour de ces habitats, on installerait autant de biopods (Interstellar Lab) que possible (c’est-à-dire qu’il y en aurait autour de tous les habitats sauf des premiers puisqu’il n’y aurait pas la place suffisante pour les installer. Il y aura aussi toutes sortes d’ateliers pour des activités qui ne nécessitent pas une viabilisation (par exemple production de plaques de verre laminé ou de poutrelles de fer). Dans ces ateliers, des Optimus opéreront sous télécommande humaine à partir de centres de contrôles dans l’Etablissement. Ces ateliers seront en général protégés de la poussière. Le stockage des gaz liquéfiés (oxygène, hydrogène, azote, méthane…) se fera également dans ces zones (4 zones de stockage, tous les deux bras spiraux, de part et d’autre du Centre).

Les sources d’énergie seront principalement nucléaires et, subsidiairement, solaires. Il y aura deux (redondance en cas de non fonctionnement) réacteurs par bras spiral. Pour des raisons de sécurité, ces réacteurs seront éloignés de 200 mètres de l’extrémité des bras spiraux. Ils seront surveillés régulièrement par des Optimus télécommandés par des humains depuis l’un des centres de commandes de l’Etablissement. Il y aura aussi des panneaux solaires au-dessus des toits des habitats et entre les bras spiraux, laissant un passage aux véhicules qui voudraient accéder aux dômes centraux ou suivre les bras spiraux pour entretiens divers.

La pressurisation de l’atmosphère de l’ensemble des zones viabilisées sera de 0,5 bar afin de maintenir un différentiel de pression acceptable pour une pression atmosphérique de seulement 610 pascal au datum (0,0061 bar). Ceci implique que le pourcentage d’Oxygène de l’air interne soit de 42%.

Pour maintenir les dômes géodésiques au sol compte tenu de cette pression atmosphérique interne de 0,5 bar, le socle de béton (duricrete) des dômes les plus importants (20 mètres) serait de 2 mètres, ce qui est un maximum techniquement réalisable. Le socle des dômes de 10 mètres ne serait ‘que’ de 1 mètre.

Pour limiter les radiations à la périphérie des dômes, on peut concevoir un plateau circulaire à hauteur du toit en béton, constitué par un treillis de poutres en acier, qui porterait des sacs de glace d’eau (protons d’hydrogène de l’eau contre protons solaires).

A l’intérieur des dômes, on pourra cultiver en bacs, des algues spirulines (pour la production d’oxygène à partir de lumière et de gaz carbonique) et dans des aquariums, des poissons ou des crevettes (protéines).

Les tranchées-jardins seront comme les biopods, utilisées pour une production de végétaux. Mais elles le seront aussi comme voies de communication (à pied ou par petits engins porteurs) ce qui requerra, sur les 6 mètres de large, que 1,2 mètres soient bétonnés (ces chemins serviront aussi au service des jardins).

Partout des portes isolantes pourront descendre immédiatement au sol en cas de dépressurisation d’un des volumes viabilisés.

Le dôme-central sera un volume de rencontres et de réunions. Il y aura dans ce grand dôme, deux planchers ce qui impliquera que le toit supérieur ait une épaisseur de 2 m (pour contrer les radiations). Cette protection permettra que le premier plafond, au niveau inférieur, ait une épaisseur normale (ce qu’il faut pour principalement soutenir le toit très épais du second niveau) sauf au bord puisque le diamètre du toit supérieur sera plus petit (volume hémisphérique). Les autres dômes seront aussi des lieux de rencontre mais davantage pour le voisinage.

Bien entendu, les télécommunications seront un des éléments clefs de l’Etablissement puisqu’elles permettront les contacts avec la Terre et aussi les contacts planétaires (via satellites géostationnaires). Il y aura donc les antennes appropriées pour envoyer et recevoir les ondes appropriées ainsi que des datacenters pour stocker l’information et pouvoir l’utiliser tout comme celle produite par l’Etablissement. Toutes ces installations seront redondantes afin de faire face aux pannes ou aux accidents. Les antennes seront dans le périmètre de l’Etablissement pour pouvoir être facilement accessibles.

Des sas pour sortir vers l’extérieur seront aménagés au nombre de deux dans les dômes-périphériques-centraux (redondance toujours) et dans chacun des dômes-terminaux à la périphérie. Ils permettront d’aller aux ateliers extérieurs ne nécessitant pas de viabilisation, au centre de télécommunication, à l’astroport (qui comprendra aussi une plateforme d’atterrissage de ‘hoppers’ pour les courtes distances et pour les vols robotiques), au gisement de glace d’eau, aux réacteurs nucléaires. L’un de ces dômes-terminaux sera la gare pour aller dans les autres établissements qui s’égraineront autour de l’équateur martien, en utilisant le tube d’un système planétaire de transport Hyperloop (un autre concept d’Elon Musk).

Pour en permettre l’utilisation fréquente, des voies seront aménagées ‘en dur’ à partir de chacun des sas de sortie de l’Etablissement. Ces voies seront légèrement surélevées par rapport au sol et revêtu régulièrement d’un produit antipoussière (pour éviter l’électricité statique). Pour mieux faire face à ce problème de poussière en l’agglomérant, les surfaces comprises dans l’habitat seront arrosées périodiquement. Dans le même esprit, on peut concevoir que tout autour de la base, une levée (1 mètre ?) de régolithe soit constituée et également arrosée.

Les robots humanoïdes Optimus seront partout, dans chacun des habitats et des dômes « to use for all tasks that are dangerous, repetitive and boring » (comme le dit Elon). Cela veut dire pour effectuer les travaux ménagers, les petits transports, pour observer avec leurs caméras embarquées tout ce qu’il sera nécessaire d’observer et de rapporter les anomalies constatées aux humains dont ils dépendront, et enfin pour réparer. Il y aura aussi des Optimus à l’extérieur des habitats et des dômes pour effectuer tous les travaux que les humains estimeront pouvoir leur confier. Ils seront ‘logés’ dans des locaux comprenant une source d’énergie abondante (avec plusieurs prises d’électricité !) pour recharger leurs batteries. Ceux qui seront à l’extérieur n’auront pas besoin d’oxygène mais devront être protégés de la poussière, des micrométéorites, et chauffés quand la température descendra trop bas pour les produits utilisés pour lubrifier leurs articulations.

Bien entendu il n’y aura pas que des Optimus comme robots sur Mars mais il y en aura beaucoup compte tenu de l’avantage que leur donnent leur mobilité et l’usage de mains libres à l’extrémité de bras articulés. Ce qui en limitera le nombre, comme celui des autres robots, ce seront les ressources en énergie et la capacité de contrôle des humains.

Vous avez remarqué que les critères principaux qui guident la structuration de cet Etablissement, sont le risque de dépressurisation, le danger des radiations, la poussière, les ressources en énergie, le besoin de redondance pour pallier les défaillances ou les accidents. Les technologies existantes devraient permettre d’y faire face grâce aux ressources locales martiennes (notamment eau, oxygène, hydrogène). La grande inconnue reste la capacité d’adaptation du corps humain à la faible gravité martienne. Seule l’expérience des premières missions nous dira si elle est possible.

Illustration de titre : NGC 4254, galaxie spirale, image du James Webb Space Telescope, 29 janvier 2024. Crédit: NASA, ESA, CSA, STScI, Janice Lee (STScI), Thomas Williams (Oxford), and the PHANGS team

NB : l’Etablissement et les habitats sont ma conception. Les dômes ont été conçus par Richard Heidmann, fondateur et ancien président de l’Association Planète Mars (membre français de la Mars Society), polytechnicien, ingénieur en astronautique, ancien directeur des programmes du futur à la SNECMA.

Lien : IFAM : https://www.ifam.fraunhofer.de/en/Aboutus/Locations/Dresden/HydrogenTechnology/powerpaste.html

Note sur le matelas d’hydrogène :

Pour tenir compte des observations qui m’ont été faites à propos du matelas proposé dans mon article précédent, l’hydrogène gazeux (aussi dense que possible) pourrait être complété (1) par une couche sous-jacente de glace d’eau (ou d’eau glacée) d’une quinzaine de cm (dans des poches) pour créer un écran plus efficace contre les radiations et stabiliser le matelas ; (2) par une couche de powerpast (de la sté IFAM) que l’on placerait sous le Dynema et qui renforcerait l’écran contre les radiations solaires du fait de sa haute teneur en hydrogène. Evidement cette charge nécessitera une armature…aussi légère que possible (en PET ?).

Un avantage annexe du powerpast serait d’être utilisé d’une façon générale sur Mars pour stocker l’hydrogène utilisable pour d’autres usages.

Le powerpast n’est pas transparent. Il faudra donc étudier un système de miroirs (films réfléchissants) pour renvoyer la lumière naturelle latérale après l’avoir filtrée, dans la tranchée.

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