ExoMars : pour une feuille de route européenne vers la planète rouge

L’arrivée récente de Curiosity sur Mars, le quatrième rover à s’y être posé avec succès après Pathfinder (en 1997), Spirit (2004) et Opportunity (2004), ouvre la voie à un programme d’exploration beaucoup plus soutenu que celui entrepris jusqu’à présent. Nous espérons ardemment qu’il sera suivi des préparatifs permettant enfin d’y envoyer une équipe de scientifiques.

La prochaine étape logique dans un tel programme d’exploration est de pouvoir ramener des échantillons sur Terre, afin d’être en mesure de les analyser à notre aise, avec toute la panoplie d’instruments qui sont à notre disposition ici même et qui sont trop lourds pour qu’on puisse les envoyer là-bas. C’est une étape qui intéresse l’Europe au plus haut point, mais cette dernière doit passer rapidement à l’action puis à la vitesse supérieure, après avoir effacé l’échec du rover Beagle-2 de 2003, qui s’est posé sur la planète rouge mais avec lequel nous n’avons pas pu établir le contact. Aucun pays n’a encore les capacités scientifiques et techniques pour mener à bien une telle mission, et c’est bien pourquoi il faut prendre les devants. Cet objectif a été fixé pour la fin des années 2020, il a été nommé « Mars Sample Return mission » (mission de rapatriement d’échantillons martiens) ou MSR en abrégé.

Le programme ExoMars de l’Agence spatiale européenne est donc une véritable feuille de route, comportant une phase de rattrapage par rapport aux compétences déjà acquises par la NASA, afin de maîtriser dans un premier temps les techniques d’atterrissage de précision et d’acquérir les connaissances pour opérer un rover sur la surface martienne. Ceci requiert de nombreuses connaissances en termes de communications et de calibrage par rapport aux conditions réelles sur le terrain. La gravité y est deux fois moindre que sur Terre et il existe un important décalage dans le temps pour les télétransmissions, qui est au surplus variable. En raison du changement de position constant entre les deux planètes, le temps que met un signal pour se rendre de l’une à l’autre peut varier entre 3 minutes, 7 secondes et 20 minutes, 57 secondes.

Le programme ExoMars a donc été conçu en deux phases préliminaires, l’une pour 2016 et l’autre pour 2018, correspondant aux fenêtres de lancement possible (configuration favorable des deux planètes) pour faire parvenir un chargement de la Terre à Mars.

La Mission ExoMars et EDM de 2016

La première des deux missions consiste à envoyer une sonde orbitale capable de détecter des traces de gaz comme le méthane et l’éthane dans l’atmosphère martienne, pour savoir si la vie est encore présente sur la planète. Des quantités significatives de méthane ont été détectées en 2003 et 2006 par des observatoires terrestres, dans trois régions, Terra Sabea, Nill Fossae et Syrtis Major, mais son origine biologique (des microbes opérant à de faibles profondeurs sous la surface martienne) ne pourrait être confirmée que si l’on trouvait dans l’atmosphère des traces d’éthane ne dépassant pas un certain seuil (de l’ordre du millième par rapport au méthane). Le cas contraire signifierait que le méthane est d’origine thermogénique, c’est-à-dire qu’il aurait été produit en très grande profondeur, non pas par des bactéries mais par des processus semblables à ceux qui sont responsables de la formation du pétrole sur Terre. Dans ce cas on serait plutôt amené à conclure que la vie était présente autrefois sur Mars mais qu’elle n’y est pas « active » à l’heure actuelle.

Une autre manière de résoudre ce problème est d’utiliser sur place des instruments capables de mesurer, dans certaines molécules d’origine potentiellement organique, la proportion entre les isotopes de carbone-12 et de carbone-13, sachant que la vie préfère nettement le premier. Si la première technique fait appel à des satellites situés dans l’« atmosphère » martienne, la deuxième demande une présence au sol, c’est-à-dire l’envoi d’astromobiles équipés des instruments appropriés. Il faudra donc attendre la deuxième mission pour l’utiliser.

Mission ExoMars 2016. Sonde orbitale pour la détection de traces de gaz et le Module de démonstration pour l’entrée, la descente et l’amarsissage (EDM).

Crédit : ESA-AOES Medi

Après avoir complété ses tâches de détection dans l’atmosphère, cette sonde orbitale s’établira sur une orbite circulaire et fonctionnera ensuite comme satellite de communication pour la mission qui suivra en 2018. La sonde sera lancée à partir d’une fusée Proton, fournie par l’agence spatiale russe Roscosmos, en tandem avec l’autre composante majeure que sera l’EDM (Entry, Descent and Landing Demonstrator Module). Ce dernier est un module de démonstration capable de pénétrer dans l’atmosphère martienne, d’y descendre de manière partiellement contrôlée, tant en termes d’orientation que de vitesse, et de se poser en douceur sur la surface. Cette capsule abritera un atterrisseur, une plate-forme immobile équipée de quelques instruments scientifiques utiles.

La mission ExoMars Rovers de 2018

Cette deuxième mission permettra de continuer le travail avec la Russie, puisque le vaisseau faisant le voyage jusqu’à Mars sera développé par l’ESA en coopération avec Roscomos. Le module de descente et d’atterrissage sera développé par Roscosmos en coopération avec l’ESA. Une fois sur la surface, le module d’atterrissage se transformera en plate-forme immobile équipée de nombreux instruments scientifiques et sera couplée à un rover de conception européenne équipé de divers instruments, certains de conception russe.

L’objectif est de tester différentes configurations en prévision de la mission ultérieure de récupération d’échantillons martiens. Comment le rover, qui aura sélectionné et collecté les échantillons martiens avec toutes les précautions nécessaires, et ce sur une période de deux ans, devra-t-il les garder avant de pouvoir les remettre au robot qui viendra les chercher pour les ramener sur Terre ? Ce robot sera-t-il statique, intégré au module qui devra ensuite décoller pour ramener son précieux chargement, ou mobile ? Toutes ces possibilités doivent être testées d’avance.

Le rover ExoMars, concept de la phase B1, avec sa foreuse pouvant atteindre 2 mètres de profondeur.

Crédit : ESA

La possibilité d’ajouter un deuxième rover développé par la NASA est également à l’étude, mais le retrait annoncé du projet par l’administration Obama laisse plusieurs points d’interrogation sur cet aspect des choses. Si la participation américaine est rétablie, les deux rovers seront appelés à travailler en tandem tout en restant indépendants l’un de l’autre. Chaque rover sera télécommandé depuis son propre centre de contrôle (le JPL de Pasadena en Californie pour MAX-C et le Centre de contrôle des opérations de rover de Turin, en Italie, pour ExoMars). Tous deux seront transportés vers Mars à bord du même vaisseau spatial et se poseront au même endroit sur le sol martien. Le rover européen ExoMars et le rover américain, baptisé MAX-C, doivent se partager les tâches, et seront par conséquent munis d’instruments complémentaires.

ExoMars sera équipé d’une foreuse, présentement développée en Italie, pouvant prélever des échantillons jusqu’à 2 mètres de profondeur, des échantillons non altérés par le processus d’oxydation ayant transformé la surface de la planète en un immense tapis rouge. MAX-C se concentrera quant à lui sur l’exploration de la surface. Les deux pourront faire des analyses sur place, mais en utilisant des méthodes et instruments différents. Des études sont en cours pour déterminer la manière d’optimiser le partage des tâches, afin d’en faire un tandem aussi efficace que possible.

Les missions martiennes à échéance intermédiaire

Ils s’agit ici de planifier les missions qui succéderont à celles de 2016 et 2018 et prépareront la voie au rapatriement des échantillons sur Terre. Elle se feront, nous l’espérons, en partenariat avec la NASA et d’autres pays.

L’Europe devra avoir acquis d’ici là toute son autonomie par rapport aux technologies existantes, et développé d’autres techniques que l’on sait déjà être nécessaires pour l’accomplissement de ces tâches, mais que personne ne maîtrise jusqu’à présent. Cela lui permettra de recouvrer l’esprit de découverte qui l’a caractérisée par le passé, en particulier à l’époque des grandes explorations, et de préparer la voie à une nouvelle révolution industrielle.

Selon Rolf de Groot, président du bureau de coordination de l’exploration robotique à l’ESA, les résultats obtenus par ce type de missions ne peuvent être optimisés que si les missions se succèdent à un rythme soutenu, c’est-à-dire à chaque fenêtre de lancement, tous les 26 mois environ. L’enchaînement des missions doit également être planifié sur une période de 15 à 20 ans au minimum.

A plus long terme, vers la fin des années 2020, l’expérience accumulée servira sans aucun doute à poser les bases d’un programme de missions habitées vers Mars, à commencer par les scientifiques qui auront pour tâche d’y installer les composantes avancées d’un nouveau système de défense anti-astéroïde et anti-comète, l’initiative de défense de la Terre (IDT) proposée par les Russes en octobre 2011.

ExoMars pose les jalons qui nous permettront de nous projeter efficacement vers l’avenir, tout en laissant la liberté nécessaire dans le cas où nous désirerions accélérer la cadence. C’est pourquoi il est essentiel de garantir les moyens financiers permettant d’assurer qu’il sera poursuivi dans son intégralité.