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Les conditions de l'environnement spatial

Dossier - Mars : les données du voyage
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Mars, la plus accessible et la moins inhospitalière des planètes, riche d'un fabuleux potentiel scientifique et de ses ressources, s'impose comme le prochain objectif de l'exploration du système solaire. Mais que représente cette nouvelle avancée ?

  
DossiersMars : les données du voyage
 

Voyager dans l'espace expose à des facteurs environnementaux préjudiciables, dont il convient de se préoccuper pour en protéger au mieux l'équipage ; il s'agit principalement des rayonnements ionisants et de l'apesanteur.

  • a) L'environnement radiatif

C'est une question importante au plan médical. Pour le programme de la Station Spatiale Internationale (ISS), elle est traitée par un règlement sanitaire, édicté en 1995, qui précise les doses maximales admissibles mensuelle, annuelle et sur l'ensemble d'une carrière, en fonction du sexe et de l'âge. Les séjours dans l'ISS respectent largement ces normes, le champ magnétique terrestre déviant en partie les particules ionisantes. Pour le voyage martien, deux facteurs méritent attention.

Doses admissibles et doses maximales encourues lors d'une mission martienne. GCR : rayons cosmiques ; SPE : orages solaires. Crédits : APM/R.Heidmann ; source : L.W.Thownsend, J.W.Wilson, NASA, AAS 956486

Le premier, ce sont les « orages solaires », ces événements imprévisibles qui, de temps en temps (une fois par an ou tous les deux ans), expulsent pendant quelques heures des flux intenses de particules, essentiellement des protons. Si on ne s'en protège pas, ils sont dangereux, voire mortels. Fort heureusement ces particules, relativement peu énergétiques, sont faciles à arrêter. Il suffit de prévoir un réduit où les astronautes viendront s'abriter en cas d'alerte ; une épaisseur de 30 cm de matériaux riches en hydrogène, le meilleur élément de protection (réservoirs d'eau, de nourriture, panneaux de polyéthylène)... permettra de faire face aux événements les plus intenses.

Effets protecteurs de différents matériaux sur la dose reçue au cours d'un trajet interplanétaire de 6 mois. Crédits : NASA

Le second, c'est le rayonnement cosmique. Contrairement au précédent, son flux est constant, prévisible, mais... plus difficile à filtrer, ses particules étant beaucoup plus énergétiques. L'hydrogène garde une efficacité, qu'on cherchera à mettre à profit (un écran d'eau de 30 cm divise par 2 la dose reçue). L'idéal, c'est de réduire la durée des transferts interplanétaires, d'où le choix de trajectoires suboptimales de 6 mois. Sur Mars, les effets du sol et de l'atmosphère ramènent l'exposition à un niveau inférieur à ce qui est accepté pour l'ISS, en la divisant par un facteur 4 ou 5.

Pour l'ensemble de la mission, dans les conditions les moins favorables (elles varient en fonction du cycle d'activité solaire), on atteint environ 25 % du maximum admis pour un individu moyen (la sensibilité diminue fortement avec l'âge). C'est acceptable mais non négligeable. Soulignons que nous manquons encore de données expérimentales, tant sur l'environnement radiatif à la surface de Mars que sur les effets du rayonnement cosmique sur les organismes.

  • b) L'apesanteur

Les effets débilitants de l'apesanteur prolongée sont bien connus : perte de masse osseuse et musculaire, modifications cardio-vasculaires, troubles de l'équilibre. Or, au moment crucial de l'atterrissage sur Mars, les astronautes devront être en pleine possession de leurs moyens, afin de pouvoir éventuellement affronter une situation d'urgence, comme dut le faire Neil Armstrong lors du premier atterrissage lunaire (mais après seulement quelques jours d'apesanteur).

Proposition d'expérimentation, près de la Station Spatiale, du dispositif de gravité artificielle centrifuge, menée sur un prototype du futur module d'habitation martien. Crédits : Delta-Utec SRC, PaysBas

Pour éliminer ce problème, l'idée suivante a été proposée : après extinction du dernier étage de la fusée plaçant le vaisseau sur sa trajectoire, on sépare ces deux éléments, tout en les reliant par un câble, puis on met l'ensemble en rotation, créant ainsi une pesanteur artificielle par effet centrifuge. Curieusement, ce n'est que récemment que les agences spatiales se sont intéressées à cette proposition. Sans doute qu'après avoir passé 40 ans à étudier les effets de l'apesanteur et à s'échiner sur des palliatifs, il était difficile d'imaginer tout simplement en supprimer la cause... D'autres projets prévoient de mettre le vaisseau lui-même en rotation, en lui donnant une structure à fort allongement (de façon à limiter la vitesse angulaire).

  • c) La poussière martienne
Beau spécimen de tempête de poussière régionale, en pleine activité au voisinage de la calotte polaire boréale. Crédits : MSSS

Sur Mars, tout comme sur la Lune, la poussière abonde. Très fine (micrométrique), elle est facilement soulevée par les mouvements de l'atmosphère, dans laquelle est reste en suspension, donnant aux cieux martiens leur couleur saumon si particulière (et si belle) ! Les astronautes d'Apollo avaient noté le mal qu'ils avaient à se débarrasser de la poussière lunaire, qui collait à leurs combinaisons. Étant donné la durée de la mission martienne et le grand nombre de sorties à prévoir, un système de dépoussiérage des scaphandres particulièrement efficace sera nécessaire. En effet, les étanchéités des combinaisons risqueraient à la longue d'être détériorées par les gains abrasifs, et l'atmosphère du module d'habitation de se charger de poussière à des niveaux inacceptables. Tant qu'on n'aura pas mesuré la composition précise de ces minuscules particules, ni leurs propriétés physico-chimiques, on ne pourra pas en définir le taux admissible dans l'habitat, tant pour la santé des astronautes (effets sur l'appareil respiratoire, sur la peau, composants toxiques ?) que pour les équipements (corrosion, abrasion). Il faudra aussi s'assurer de l'innocuité des phénomènes électrostatiques qui pourraient se développer au sein des tempêtes de poussière, habituelles sur la planète.

Ce domaine mérite un programme d'investigation spécifique.

  • d) Autres facteurs environnementaux

Sur Mars, la pesanteur réduite (0,38 fois celle sur Terre) devrait, selon toute vraisemblance, largement suffire à maintenir les organismes en bonne condition. Mais là non plus, curieusement, rien n'a été fait depuis 40 ans pour s'en assurer, comme si nous étions destinés à tourner indéfiniment à 400 km de notre globe... Il est maintenant envisagé de vérifier ce point essentiel sur des souris placées dans une petite centrifugeuse embarquée dans l'ISS.

Les conditions atmosphériques peu clémentes de la planète sont parfois considérées redoutables : température moyenne de -55°C, avec des écarts diurnes pouvant atteindre 100°C, pression réduite de 6 ou 7 mbar (contre 1013 sur Terre), existence de forts vents (plusieurs centaines de km/h). Mais, comme on se déplacera sur la planète en combinaison spatiale, les conditions de température et de pression seront en fait imperceptibles. Quant aux vents, compte tenu de la très faible densité de l'atmosphère, les soi-disant tempêtes équivalent, en termes de prise au vent, à de petites brises terrestres. Par contre, il faudra rester à l'abri lors des tempêtes de poussière : la visibilité sera réduite, les liaisons radio sans doute perturbées, et l'on craindra l'effet abrasif des particules. Pour être complet, retenons aussi que le rayonnement ultraviolet est 600 plus intense à la surface de Mars que sur la Terre. Mais, là aussi, les astronautes en scaphandre l'ignoreront tout simplement.

La durée du jour martien, 24 heures et 37 minutes, est un heureux hasard. Elle facilitera l'acclimatation et simplifiera la planification des communications avec la Terre, tout en limitant les problèmes que posent pour les équipements le cycle thermique jour-nuit (sur la Lune, la nuit dure 14 jours).