Mars ou la Lune ?
Après l’élection à la présidence des Etats-Unis de Donald Trump et l’influence très forte d’Elon Musk dans son administration, le problème du choix de la Lune comme objectif prioritaire des missions habitées de la NASA se pose. En effet Elon Musk a déclaré le 25 décembre et répété le 03 janvier : « we are going straight to Mars, the Moon is a distraction ». Les partisans du programme Artemis ont du souci à se faire ! Sur le fond, que doit-on en penser ?
A priori, il peut sembler qu’il est plus facile d’aller sur la Lune que sur Mars pour s’y établir, parce que la Lune est plus proche de la Terre. Mais ce n’est pas si simple. Comparons les deux astres.
D’abord en ce qui concerne l’énergie solaire reçue. Sur la Lune, les nuits sont de 14 jours et il fait très froid (-170°C). Il est évidemment impossible d’y faire des cultures sous serre en utilisant l’énergie solaire et il faut prévoir un chauffage puissant, sans recharge solaire possible pendant une très longue période (les 14 jours !). Par ailleurs, la température des surfaces exposées au Soleil le jour atteint les 120°C, ce qui implique un système de refroidissement (notamment des scaphandres, également très puissant. Sur Mars, par contre, il y a alternance jours/nuits de 24h39, ce qui veut dire que la recharge des batteries solaires sera possible (même si la ressource énergétique la plus sûre et la plus efficace restera le nucléaire) relativement fréquemment, et que les plantes pourront pousser sous serre en utilisant en partie l’énergie solaire. Elle devra certes être complétée par un éclairage artificiel, surtout pendant l’hiver martien pendant lequel l’irradiance solaire tombe à 492 W/m2, mais l’apport solaire sera quand même non-négligeable (été austral 715 W/m2). Par ailleurs l’alternance jour/nuit, à l’équateur, sera moins grande : -140°C et +20°C au Soleil. La raison en est l’éloignement du Soleil qui atténue les températures diurnes et la présence d’une atmosphère qui maintient une certaine chaleur pendant une nuit qui n’est pas trop longue (pratiquement comme sur Terre). La conséquence pour un établissement humain sur la Lune est d’en réduire la possibilité à quelques km2 aux pôles (puisque c’est le seul endroit où l’on pourrait disposer d’un éclairage permanent).
La deuxième comparaison porte précisément sur cette atmosphère. Sur la Lune elle est réduite au cent millionième de celle de la Terre (elle provient de son dégazage). Sur Mars, elle atteint 0,6% de celle de la Terre (à l’altitude moyenne du « datum ») et fournit une certaine protection, non seulement thermique comme mentionné mais aussi physique, en faisant écran aux micrométéorites les plus petites. Elle est en outre une ressource en éléments chimiques les « C » et « O » du gaz carbonique qui la constituent à 95% mais aussi l’azote (1,89%) et l’argon (1,93%), même si ces derniers pourcentages sont très faibles.
La troisième comparaison peut se faire en ce qui concerne la gravité. Sur Mars, la gravité est de 0,38g et sur la Lune de 0,16g. L’expérience a montré sur la Lune qu’une telle gravité était très handicapante pour les mouvements mais on n’a pas pu mesurer les effets à long terme sur les fluides à l’intérieur du corps. Plus on reste proche de l’apesanteur plus on sait que ces effets sont délétères.
La quatrième comparaison peut se faire en ce qui concerne la présence d’eau. La Lune est un astre extrêmement sec. A ce jour, on n’a trouvé de la glace d’eau (héritage de la période de formation) que dans les cratères du pôle sud les plus profonds (surtout Shackleton) et donc jamais exposés aux radiations solaires. Les volumes sont donc limités et les conditions d’extraction très difficiles. Sur Mars, on pourrait presque dire que « l’eau est partout ». Ce serait exagéré bien sûr puisque la surface de Mars est généralement sèche mais en tout cas il y en a beaucoup plus que sur la Lune. L’altitude du datum (mentionné plus haut) est précisément celui du point triple de l’eau pure (614 pascals), au croisement des trois états possibles de cet élément, à 0°C : solide, liquide, gazeux. Compte tenu de l’évolution des températures, il n’y a pas d’eau liquide en permanence sur le sol de Mars mais elle peut apparaître dans une fenêtre de quelques degrés en dessous du datum (la pression monte jusqu’à 1155 Pascals dans Hellas Planitia), d’autant qu’elle est très salée. Les gisements de glace sur Mars sont beaucoup plus nombreux que sur la Lune et présents un peu partout, en dehors de deux calottes polaires très importantes, compte tenu d’une histoire géologique beaucoup plus favorable (changements périodiques de l’axe de rotation de la planète, volcanisme et proximité de la Ceinture d’astéroïdes, riches en petits astres glacés). Il ne sera pas difficile d’en trouver dans la région équatoriale (Medusa Fossae ou Valles Marineris, par exemple).
La cinquième comparaison peut se faire en ce qui concerne la richesse minéralogique et la poussière. Mars a connu une longue période, un milliard d’années, suivie de nombreuses périodes de plus en plus espacées et de plus en plus courtes, pendant lesquelles elle a été une planète géologiquement vivante. Il y a eu beaucoup d’eau liquide en surface sous une pression atmosphérique importante, il y a eu diagénèse et métamorphisme même si cela fut à une échelle beaucoup plus réduite que sur Terre. Il y a eu beaucoup de volcanisme, et aussi un champ magnétique (dont il reste des traces locales). Il en résulte une diversification des roches du sol beaucoup plus grande que sur la Lune, sans doute même des filons de minerais métalliques. Par ailleurs les particules de poussière bien que généralement de formes moins adoucies que sur Terre, sont cependant nettement moins acérées que sur la Lune compte tenu du brassage constant des grains par le vent et par la saltation. Cela signifie une moindre dangerosité et donc un avantage relatif pour les futurs colons.
La sixième comparaison, c’est l’intérêt scientifique. La planète Mars peut nous apprendre beaucoup plus que la Lune sur l’évolution des molécules organiques vers la vie puisque le « réacteur » biochimique de la Lune s’est éteint quasiment immédiatement après sa formation, alors que sur Mars il a fonctionné au moins jusqu’au début de la vie sur Terre (il y a 3,5 milliards d’années).
Il faut aussi dénoncer quelques idées fausses.
La première est celle que la proximité faciliterait le voyage. Cela est effectivement faux, sauf pour la durée du voyage et les fenêtres de lancements. Pour l’essentiel, la puissance du vaisseau et donc sa charge en ergols, la plus grande partie de la masse est nécessitée (plus de 95%) par le décollage de la Terre, l’atteinte de la vitesse de libération puis par l’atterrissage sur la Lune ou sur Mars. Au retour, le décollage de la Lune requiert évidemment moins d’énergie que de repartir de Mars puisque la force de gravité lunaire est plus faible. Mais dans les deux cas (surtout pour Mars) la vitesse à l’approche de la Terre est plus forte que si on avait simplement atteint la vitesse de libération. Il faudra donc freiner davantage. Au passage, mentionnons que passer par la Lune pour aller sur Mars, est une fausse bonne idée puisque (1) on ne se rapproche pas de Mars (la Lune tourne autour de la Terre et elle n’en est distante que de 385.000 km alors qu’il faut parcourir en moyenne 500 millions de km pour atteindre Mars) ; (2) faire cette escale suppose un atterrissage et un redécollage en plus, donc beaucoup d’énergie et des risques en plus.
La seconde idée fausse est qu’il faudrait toujours apporter avec soi son énergie pour repartir sur Terre. C’est vrai pour la Lune mais ce n’est pas vrai pour Mars. En effet sur Mars, l’atmosphère de CO2 pourra être exploitée (réaction de Sabatier) pour produire les ergols dont on aura besoin, méthane et oxygène moyennant un apport d’hydrogène (que l’on pourra extraire de la glace d’eau par électrolyse). Sur la Lune rien de comparable. On dit que le régolithe contient 40% d’oxygène mais il semble beaucoup plus facile de l’extraire de l’atmosphère de CO2 que d’une ressource minérale qu’il faut identifier et extraire. Par ailleurs, sur la Lune où se trouve l’hydrogène, si ce n’est dans les gisements de glace d’eau rares et difficiles d’accès ? Cela implique que pour aller sur la Lune, il faudra au moins apporter son hydrogène. Or l’on sait que la molécule d’hydrogène plus petite que toutes les autres, fuit très facilement, qu’elle nécessite des réservoirs volumineux, très refroidis, très lourds, donc des fusées encore plus puissantes (ou transportant moins de charge utile). C’est d’ailleurs une des raisons pour lesquelles il serait plus judicieux de descendre sur la Lune avec des modules détachés d’un vaisseau porteur plutôt que de descendre au sol avec une méga fusée (et une des raisons pour lesquels le Starship tel qu’il est, n’est pas le vaisseau le mieux adapté aux missions lunaires).
Pour terminer, et c’est une objection que soulevait Robert Zubrin dès les années 1990, aller sur la Lune peut être un piège pour la suite, une « sirène » comme il disait. Aller sur la Lune et surtout y établir des « villages », sera très difficile compte tenu de ce que j’ai exposé ci-dessus. On dépensera beaucoup d’énergie, de temps et d’argent, la vie y sera très pénible et dangereuse…et on renoncera à Mars en pensant (à tort) que ce serait pire.
Les seules objections que l’on puisse faire à l’installation sur Mars plutôt qu’à l’installation sur la Lune, c’est la distance (décalage temporel et durée du voyage beaucoup plus longue avec exposition plus longue aux radiations) et l’évolution différente des planètes sur leurs orbites (fenêtres de départ très espacées dans le temps). Ce n’est pas négligeable. Mais ne vaut-il pas mieux ne chercher à s’installer physiquement que sur Mars ? La présence de l’homme y est beaucoup plus souhaitable et la survie y serait beaucoup moins difficile. La Lune peut continuer à faire l’objet de missions robotiques de plus en plus sophistiquées puisqu’on peut les commander en direct depuis la Terre. Enfin et surtout, n’oublions pas que la Lune est une sirène !
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Illustration de titre : les trois astres en cause. Ils sont représentés ici à leurs tailles respectives. Le diamètre de Mars fait à peu près la moitié de celui de la Terre et celui de la Lune la moitié de celui de Mars.
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Index L’appel de Mars 25 02 07
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17 réponses
Attention de ne pas « lâcher la proie pour l’ombre », … avec pour résultat de n’avoir au final ni la Lune, ni Mars! Le risque est bien réel.
Mon sentiment est que les USA ont déjà perdu le seconde course à la Lune.
Pour ne pas perdre la face, ils préfèrent se comporter comme si cet objectif n’avait pas ou plus d’intérêt.
Bonjour
Je pense que la lune est interressante comme gisement de deuterium et tritium pour alimenter nos futures centrales a fusion d ailleurs recemment les francais sont parvenus recemment a confiner un plasma dans un tokamak pendant me semble t il (a verifier) 20 minutes:donc les centrales a fusion arrivent.
Cette donnee mise a part MARS me semble beaucoup plus interressante…
Mais bon avec tout ce qu il se passe actuellement dans le monde de gros retards sont possibles…helas.
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de gros retards et de gros degats humains et materiels
Pour développer un peu mon commentaire de ce matin, que j’ai dû réduire au maximum faute de temps, mon opinion et que je ne vois pas pourquoi il faudrait absolument opposer la Lune à Mars: « Mars OU la Lune ». Pour moi, ce doit être: « la Lune ET Mars! Cette querelle entre « Martiens » et « Sélènes » fait penser à l’opposition de deux sectes irréconciliables; elle est stérile et contre-productive pour l’astronautique habitée. Le problème de la distance et des fenêtres de lancement limitées en direction de la la planète Mars est trop vite évacué dans l’article de ce jour. Une mission d’une durée de 30 mois, même avec ravitaillement possible sur l’astre de destination, est d’une toute autre dimension qu’un voyage de quelques jours seulement à destination de notre satellite naturel, avec possibilité d’un retour d’urgence si nécessaire à peu près quand on veut, et la possibilité, de même, de faire parvenir aux astronautes des ravitaillements vitaux depuis la Terre quasiment en tout temps s’ils en ont besoin. La fiabilité sur la durée de tous les équipements essentiels d’un vaisseau habité martien devra être incomparablement plus élevée que pour un vaisseau lunaire. Pour cette raison, il est impensable de lancer une mission vers la planète rouge avant d’avoir soigneusement testé lesdits équipements, et le seul « banc d’essai » à disposition pour cela est la Lune (à mon avis, surtout si l’on prévoit des missions de relativement longue durée sur la face cachée de notre satellite, seule manière de simuler de manière plus ou moins réaliste la « coupure » visuelle et de communication avec notre planète). On est bien d’accord que l’environnement et les conditions ne sont pas vraiment identiques entre la Lune et Mars, mais comme il et elles sont plus exigeants sur la Lune que sur Mars, c’est plutôt favorable pour des tests de résistance et de fiabilité, « qui peut le plus, peut le moins ».
Sous l’impulsion de Musk, j’ai bien peur, comme je l’ai écrit ce matin, que les Etats-Unis en arrivent à « lâcher la proie pour l’ombre ». Aussi tarabiscoté que soit le programme Artémis, au moins le lanceur existe et a fait ses preuves jusqu’à la Lune, alors que SpaceX n’a encore rien démontré de probant à ce niveau jusqu’ici et que le développement de son HLS prend de plus en plus de retard (ne serait-ce pas pour camoufler sa responsabilité dans un possible échec pour cette raison du programme Artémis que Musk parle maintenant d’abandonner ce programme?). S’il s’avérait finalement que le Starship ne peut pas « faire le job » pour ce qui est de Mars, les Etats-Unis se retrouveraient alors privés à la fois de la Lune et de Mars!
Je vois une autre raison de ne pas abandonner le programme lunaire, celui-ci a toutes les chances d’aboutir plus sûrement et plus vite qu’un programme martien. Or, après des décennies de programmes spatiaux fort peu « sexys » et ennuyeusement répétitifs (navette spatiale, ISS), qui ont fini par lasser les gens, il faut redonner au grand public le goût de la découverte et de l’aventure vers des terres lointaines. Songeons que toutes les générations nées après 1972 n’ont jamais vu en direct des êtres humains fouler le sol d’un autre astre céleste. L’établissement d’un poste avancé de l’Humanité sur notre satellite naturel, qui pourrait être suivi au jour le jour à la manière d’un feuilleton, pourrait relancer l’intérêt pour des aventures encore plus lointaines.
Pour terminer, je dois malheureusement reconnaître que je partage les doutes exprimés par Robert Niogret concernant la possibilité dans les circonstances actuelles, qui se détériorent à la vitesse « V », de consacrer encore les moyens nécessaires à une entreprise aussi exigeante (« demanding ») que la « conquête martienne ». La « fenêtre de lancement » pour cela pourrait avoir été manquée.
Je suis d’accord pour considérer la Lune comme un banc d’essais ou de tests. Mais j’ai peur que les « sélénites » poussent les tests trop loin (le village lunaire) et que la tentative de séjours trop longs dans des conditions très difficiles (plus difficiles que nécessaire) ne tournent au fiasco et fasse abandonner le rêve martien. Ce dernier étant le seul qui vaillent la peine d’un établissement permanent, comme je l’ai exposé.
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Je rappelle qu’en 2004 le premier président Bush avait lancé son programme « Moon, Mars and Beyond ». Mais très vite, on n’avait plus du tout parlé de Mars. Je réitère que la Lune est une sirène et qu’elle sait jouer de ses charmes.
La Lune est une sirène ! Heureusement !!!!
La Lune parle à toutes les cultures de la Terre, depuis le début! La Lune est un récit! La Lune inspire, incite à l’effort et en plus, il ne faut pas attendre des générations pour les résultats !
Mars, c’est un petit point dans le ciel, parfois et même au télescope n’inspire pas autant ! Mars peut être promise mais le prometteur ne doit même pas se mouiller pour commencer ce projet puisque ce n’est pas lui qui en recueillera les fruits.
Vous avez raison. Je pense même que la présence d’un corps céleste aussi « visible » que la Lune, lointain mais paraissant quand même accessible, est une des raisons qui a de tout temps donné aux Hommes l’envie « d’y aller voir ». Pas sûr que l’astronautique se serait développée comme elle l’a fait si l’objectif avait été d’atteindre un petit et très lointain point rougeâtre à peine visible à l’oeil nu. De ce point de vue, la présence de ce satellite, d’une taille inhabituelle par rapport à celle de sa planète mère, est assez miraculeux.
Le deutérium et tritium je ne sais pas s’il est si abondant sur la lune mais ce dont j’ai beaucoup entendu parler c’est l’hélium3 qui semble rare sur terre. Les Français auraient réussi « confiner un plasma dans un tokamak » pour la fusion. Ça fait combien d’années que les Russes ont inventé le tokamak? De toute façon il ne produit pas une électricité rentable. Reste le projet Iter. Là, ça coûte cher malgré la collaboration de nombreux pays mais serait-ce la bonne voie? « . Pas de voyage vers les étoiles sans la fusion nucléaire!
Les USA auraient-ils déjà perdu la seconde course à la Lune? » La « course » a-t-elle un intérêt? L’essentiel c’est d’y aller… si ça vaut le coup!! Je le crois comme premier pas en direction de Mars. Si on a renoncé à y retourner depuis quelques années, est-ce uniquement parce que le risque et le prix n’en valent pas la chandelle? On change d’avis donc. Avant tout il faut donner du temps au temps et, comme le passé l’a montré, les premiers peuvent devenir les derniers. Alors l’Europe dans tout ça? Messieurs les savants européens, faites-nous rêver. Je crains que pour arriver à quelque chose elle doive utiliser la méthode russe: sacrifier un peu de bien-être pour consacrer plus d’ARGENT à la science. Et pas n’importe quelle technologie! Il y a deux sortes de scientifiques: ceux qui observent à longueur de vie du préexistant, et ceux qui créent des machines ou phénomènes qui n’existaient pas avant. Un peu de tri?
« … mais serait-ce la bonne voie (ITER)? »; mon opinion (j’ai travaillé plusieurs années sur la fusion inertielle à l’EPFL, c’était même le sujet de ma thèse de doctorat) est qu’en fusion par confinement magnétique, l’approche Tokamak est la plus prometteuse pour obtenir le fameux « breakeven » (produire au moins autant d’énergie qu’on a dû en investir pour créer les conditions de fusion). Mais ce n’est a priori pas la bonne pour de futurs réacteurs de fusion commerciaux: géométrie peu favorable (tore), entourée d’enroulements magnétiques très complexes et d’une couverture pour la régénération du tritium (autre problème critique) et la récupération de l’énergie, tout cela devant être démontable pour changer périodiquement (après une ou deux années de fonctionnement seulement) la première paroi, opération d’autant plus difficile et délicate, mis à part la forme toroïdale, que cette paroi sera fortement radioactive.
Quant au « voyage vers les étoiles », auquel je ne crois pas (mais ce serait trop long d’expliciter ici pourquoi; peut-être le ferais-je à une autre occasion), et qui nécessiterait impérativement de maîtriser la propulsion nucléaire de fusion comme relevé dans votre commentaire, ce ne pourrait alors être de manière réaliste que la fusion inertielle, certainement pas la fusion magnétique.
Dans mon esprit je ne pensais pas « propulsion nucléaire de fusion » mais pour tout le reste justement. Einstein préconisait l’utilisation d’antimatière pour la propulsion. C’est peut-être une voie mais nous n’y sommes pas encore. On n’est encore capable que de produire qu’une infime quantité de cette antimatière. Mais, je suis un optimiste pathologique et j’ai confiance en l’homme. Il nous faudra certainement des siècles mais pensez-vous être capable de stopper la marche en avant de la Curiosité et de la Créativité humaines? Un autre moteur serait la perspective de la fin de notre monde. Tout être vivant cherche à « persévérer dans son être » et j’espère que notre espèce n’acceptera pas de se faire détruire sans rien tenter. Les « mariners » sont partis vers on ne sait où, on sera incapables des localiser mais c’est un premier pas, certes un peu irréfléchi. Un jour, nous aurons des machines plus rapides. Il y a aussi toutes ces énigmes: trous de ver, univers parallèles (?)… Nos ancêtres parcouraient la terre à pied faute d’autre moyen mais ils sont quand même allés un peu partout. C’est dans notre âme de voyager… surtout la peur au ventre.
dommage que nos 2 fusees ne soient pas parties !
Bonjour
A propos de l interet de la Lune en dehors de l helium 3 je me demande s il est possible que l on y trouve des terres rares ? cet le sujet d actualites!
Bonjour Niogret,
Vous savez que la Lune a été formée à partir des mêmes « matières premières ». Donc il n’y a aucune raison qu’il n’y ait pas de terres rares sur la Lune. Ce qu’on peut dire aussi c’est que, compte tenu de ce que l’histoire géologique de la Lune a ete tres limitée, les autres métaux n’ont pas dû pouvoir se concentrer en filon. Les conditions d’exploitation seraient donc les mêmes (très difficiles).
Mais encore une fois on ne peut toujours pas faire grand chose avec l’hélium 3.
Je crois pour ma part que l’hélium-3 est très prometteur pour deux intéressantes réactions de fusion nucléaire :
D + He-3 —> He-4 + p (+18,3 MeV) et He-3 + He-3 —> He-4 + 2 p (+12,86 MeV)
Ces réactions sont « propres » dans ce sens qu’il n’y a pas de neutrons formés (fusion aneutronique) et donc pas d’activation de la matière du réacteur, comme c’est le cas avec la plupart des autres réactions nucléaires de fusion envisagées. Voir ici : https://fr.wikipedia.org/wiki/Hélium_3#Fusion
Il y a encore une autre application possible dans un moteur de fusée à fusion nucléaire, avec utilisation directe des produits de fusion comme agents expulsés dans la tuyère. Voir ici :
https://en.wikipedia.org/wiki/Fusion_rocket#Electricity_generation_vs._direct_thrust
Bonjour
Oui pour l interet de l helium 3 mais c est quand meme toute une organisation tres complexe a mettre en place …
Les réactions de fusion mettant en oeuvre l’hélium-3 sont beaucoup plus difficiles à « déclencher » (elles demandent d’atteindre des températures nettement plus élevées et de réaliser des temps de confinement au moins 25 fois plus longs!) que la réaction D-T (deutérium-tritium) sur laquelle sont basées les machines actuellement en développement … qui n’ont pas encore permis, après des décennies de recherche, d’atteindre simplement le « breakeven » (obtenir juste autant d’énergie par les réactions de fusion qu’il a fallu en investir pour réaliser les conditions permettant à ces réactions d’avoir lieu).
Il n’est par ailleurs pas correct d’affirmer que la première des réactions citées est « propre », car si on a du deutérium dans la machine, on ne pourra éviter qu’il se produise aussi des fusions D-D (proche des températures minimales pour déclencher ces réactions, déjà difficiles à réaliser, les sections efficaces ne sont pas très différentes) qui, elles, génèrent des neutrons: directement par D + D -> He-3 + n + 2,45 MeV ou indirectement par D + D -> T + p + 3,03 MeV suivi alors de fusions D-T, D + T -> He-4 + n + 14,1 MeV, beaucoup plus faciles à réaliser.
vraiment super ARIANE6 vraiment dommage STARSHIP