conquête de Mars

Mennella Alban 1°S1

Thomas Lecas

TPE : Quelles sont les caractéristiques de Mars et quelles sont les avancées d'hier, actuelles

et de demain qui pourraient nous permettre

d'y aller ?

Professeur : Mme.Blin-Gemot (S.V.T) Année 2010-2011 M.Laugier (Physique-Chimie)

Sommaire :

I-) Présentation de Mars et découverte

a) Composition de Mars – Présentation de la géologie, Climat.

b) Les différentes missions et ce qu'elles ont apporté.

II-) Les Technologies et les projets/missions qui pourraient nous permettre d'aller sur Mars.

a) Projet d'un voyage sur mars : difficultés, risques.

b) Les différents moyens de propulsions.

*

Introduction :

-Jusqu'à présent, l'homme a toujours entretenu un mythe avec la planète rouge depuis près de 300 ans, l'homme a toujours voulu mettre en évidence qu'une civilisation Martienne existait.Aujourd'hui notre technologie et nos découvertes nous permettent d'en savoir plus sur la Planète rouge et d'éclaircir les interprétations humaines sur Mars.

-Depuis les années 60 l'homme a entrepris sa conquête de l'espace et envoie des missions interplanétaires ( Terre > Lune; Terre > Mars) avec l'espoir de découvrir un indice sur une possible présence extraterrestre ou de trace de celle-ci.Il faut aussi comprendre que l'homme a depuis longtemps voulu étendre ses frontières ... de plus l'installation de l'homme sur une autre planète marquera l'entrée d'une nouvelle ère pour l'humanité et peut être avec elle de nouvelles découvertes scientifiques qui changeront la face de la planète bleue. L'homme à depuis lors envoyé de nombreuses missions d'exploration par le biais de machines robotisées et même si la terre est entre 56 millions de km et 400 millions de km de Mars, elles ont permis de faire de nouvelles découvertes comme celle de présence possible d'eau sur Mars .Mais beaucoup d'entre elles ont échoué comme le projet Américain Mariner ou Marsnik de l'URSS (Années 60-70 )qui a lui aussi connu un échec retentissant dû aux mauvaises connaissances de la géologie ou du climat de Mars.

Mais quelles sont les avancées d'hier,actuelles et de demain qui pourraient nous permettre d'y aller ?

C'est pour cela que nous allons vous montrer dans ce TPE que le voyage sur Mars est devenu possible dans un avenir proche. Grâce à toutes ces avancées, l'homme à été capable de faire une description précise de Mars.

cela lui permet d'envisager des zones d'atterrissage abordables; mais même si ces avancées sont extrêmement importante pour la conquête de Mars, la plupart sont encore à un stade expérimental. De plus, même si beaucoup de missions d'explorations ont été envoyées sur Mars, la planète rouge réserve encore beaucoup de mystères.

a) Les caractéristiques climatique et géologique de Mars

Mars, à cause de sa distance plus importante que la Terre du soleil, reçoit beaucoup moins d'énergie solaire(chaleur) que la Terre. L'effet de serre (phénomène qui empêche les rayons du soleil de repartir vers l'espace et donc de refroidir la planète), à sa surface est aussi moins important. La température moyenne de Mars est de -53C° (14C° pour la Terre) mais elle varie de -125 à 23°C. La variation verticale de la température est aussi importante ( 20°C de différence entre les pieds et la tête d'un homme si il y allait ).Une autre caractéristique de l'atmosphère de Mars est aussi son échange de matière avec les calottes polaires: en effet on peut observer, de ces sortes de glaciers, plusieurs transports de vapeur d'eau;ce phénomène de passage de l'état gazeux à l'état solide se nomme la condensation. A cause de ce phénomène, l'hiver, ces calottes constituées de glace et d' une couche de dioxyde de carbone grandissent alors qu'en été leur taille diminue au cause du phénomène de la sublimation( passage de l'état solide a l'état gazeux). Il y a donc de fortes différences de relief entre ses deux hémisphères ;au nord , il y a des jeunes plaines alors que l'hémisphère sud est caractérisé par des cratères indiquant la vieillesse du sol. Ces deux hémisphères ne sont pas comme la terre séparés par l'équateur mais par un grand cercle incliné de 35°C par rapport à cet équateur. Les scientifiques qui ont découvert la planète ont donné des noms aux différentes régions volcaniques de ces deux hémisphères. L'hémisphère bas est caractérisé par la province volcanique d'Elysium:

Region Volcanique d'Elysium

Elysium Mons (Mont Elysium)

( cette région est étendue de 1700 sur 2400km pour 4 à 5km de haut; le volcan le plus gros de cette région est appelé Elysium Mons et culmine à 10 000m au dessus des plaines et son diamètre atteint les 170km. Il est appelé volcan bouclier à cause de ses pentes relativement faibles (4-5°)Même si l'origine de ce dôme demeure inconnue, des chercheurs pensent que ces deux bombements de la croûte se sont formés à cause d'impacts de météorites; l'impact d'une météorite avec une planète donne lieu à des ondes de choc d'une puissance gigantesque. Ces ondes se propagent dans toute les directions avant de finalement converger en un point à l'opposé de cet impact ; on remarque ainsi que le dôme de Tharsis est opposé au bassin d'impact d'Hellas se trouvant donc dans l'hémisphère opposé:formé comme son nom l'indique d'impact de météorites.

Dôme de Tharsis

Dôme de Tharsis situé dans l'hémisphère nord ( en légende)

C'est un vaste plateau de 5,5km de diamètre et de 6-10km de haut. Cet énorme dôme comprimerait sa croûte sous 400 bars de pression. D'après estimation les activités volcaniques de ce dôme pourraient avoir commencé il y a 3 milliards d'années pour s'achever il y a environ 800 millions d'années (relativement récemment).

Ici aussi ,il est constitué de «volcan bouclier» formés par la superposition de nombreuses coulées de lave ; il est semblable aux volcans terriens comme ceux d'Hawaï ou de reunion .

Néanmoins la géologie martienne reste caractérisée principalement par cette gigantesque «balafre» qui enlaidi la surface de Mars

le Valles Marineris, cet énorme canyon du système solaire possède une entaille d'une distance incroyable de 600km. Elle a été découverte par mariner 9, une sonde de la NASA envoyée le 30 mai 1971.

Valles marineris est en bref un énorme réseau de vallées qui s'étendent d'est en ouest à peu prés au niveau de l'équateur. Ses dimensions sont de 4000km de long pour 700 km de large. Par endroit, ces vallées sont profondes de 10km; il est formé de 3 régions composées de zones très touchées qui forment une sorte de mosaïque à la surface de Mars .

SA FORMATION:

Vallès Marineris est liée à celle du Dôme de Tharsis. Cette succession de canyons est probablement née lors du soulèvement de Tharsis et a été remodelée ensuite a cause de l'érosion. Après ce phénomène d'autres se succédèrent:

-le Sapement (formation de crevasse)

-l'effondrement

à cause de l'érosion, la largeur de certains canyons a triplé. Les versants de Valles Marineris sont caractéristiques de Mars; on pense qu'au paravent ces vallées étaient recouvertes de lacs protégés par une épaisse couche de glace mais tous cela n'est qu'hypothèse.

Illustration 1: Vallès Marineris

La sonde Mars global Surveyor nous a permis de réaliser la première carte géologique de Mars:

Carte en fausse couleur montrant le relief martien, obtenue par l'altimètre laser de la sonde Mars Global Surveyor. Le rouge et le blanc indiquent une forte élévation. Le bleu indique au contraire des régions de basse altitude. Sur cette portion du globe martien, on note sans problème l'imposant bassin d'impact d'Hellas (la zone en bleue foncé, en bas à gauche). Le plus haut sommet de cette planète atteint 30 kilomètres (depuis le sommet d'Olympus Mons jusqu'au plancher du plus profond bassin d'impact, Hellas), soit une fois et demi celle de la Terre. Grâce à Mars Global Surveyor, le relief martien est maintenant connu avec une plus grande précision que le relief terrestre. Les mesures d'altitude ont une précision de 13 mètres en moyenne, et l'altitude de larges régions de l'hémisphère nord est connue avec une précision de 2 mètres, le sol martien s'est sans doute formé à partir du mélange d'un grand nombre de roches différentes (brèches d'impact, laves, fragments écrasés sous l'impact de grosses météorites), dont les constituants ont été eux aussi mélangés, brassés et distribués sur la totalité de la planète (en particulier grâce aux vastes poussières qui peuvent frapper la totalité de la planète rouge). Ce sol est aussi constitué de chlore et de sulfates, produits de l'altération chimique des roches martiennes et d'émanations gazeuses volcaniques. Le sol peut être considéré comme une bonne approximation de la composition de la surface martienne.

Une vue du site d'atterrissage depuis l'atterrisseur de Viking 1 dans Chryse Planitia (26,7 ° N 320.0 ° E ); une région martienne.

Le site possède une géologie variée, avec quelques gros blocs et des reliefs pouvant atteindre 5 mètres. Les cailloux sont parfois pris dans des sédiments déposés par le vent. Ils présentent le plus souvent des formes anguleuses et de nombreuses petites cavités. Leur origine est vraisemblablement liée aux impacts de météorites ou au volcanisme. Par endroits, la surface est recouverte d'une croûte durcie riche en sulfates.

Le Sol de Mars est recouvert de plusieurs couches comme la terre:

Le manteau martien est principalement constitué d'olivine (silicates de fer et de magnésium) et d'oxyde de fer. En fonction de la profondeur, la température et la pression modifient les minéraux. Le manteau de la planète Mars présente donc une structure en couches. On distingue deux transitions de phase. La première, qui correspond au passage de l'olivine en ß-spinelle, se produit entre 1000 et 1150 km. La deuxième se situe entre 1350 et 1650 km, lorsque la ß-spinelle se transforme en g-spinelle. (le B-spinelle et g-spinelle étant des états de densités de celui-ci)

Le rôle de l'eau sur Mars:

Les nombreuses photographies de Mars montrent qu'un liquide, vraisemblablement de l'eau, a coulé sur la planète. En effet des réseaux de vallées sont présents presque partout à la surface et sont la plupart du temps situés sur des vieux terrains.

On peut distinguer deux types de réseaux: des réseaux longs avec peu d'affluents (Nirgal Vallis) et des réseaux petits, complexes avec de nombreux affluents. Les réseaux des vallées ressemblent aux vallées terrestres. Cependant nous n'avons pas encore observé de lits de rivières au fond des vallées martiennes. De plus, les réseaux de vallées sur Mars ne sont jamais aussi denses que ceux de la Terre. Ces éléments indiquent que les vallées martiennes n'ont pas uniquement été formées sous l'action d'un cours d'eau. Les formes observées sur Mars pourraient également s'expliquer par un sapement de terrains (affaiblissement du sol par des eaux souterraines) ou par liquéfaction(changement de l'état gazeux à liquide, le contraire de l'évaporation) de la glace du sous sol et effondrement d'une partie du terrain. Il y a eu les mêmes phénomènes sur Terre . Le sapement permet d'expliquer correctement les réseaux longs et sinueux.

De plus les courants d'eau semblent avoir provoqué la formation d'îles larmes comme le montre cette photo:

Cependant, l'eau n'est pas forcément sous forme de grands lacs ou de rivières mais l'eau a pu exister en très grande quantité dans les sous-sol soit sous forme d'eau liquide soit sous forme de glace qui occupe les pores situés entre les rochers et le sol.

L'eau solide a probablement fondu à cause des très fréquentes éruptions volcaniques. L'eau fondue a eu des effets catastrophiques; cela a provoqué la mise en mouvement de régions.

L'eau a pu apparaître pendant ces mouvements de régions et arriver en surface grâce à la montée de magma qui a émis de la vapeur d'eau ( 99% du gaz émis par les volcans est constitué de vapeur d'eau )

L'eau a aussi pu être apportée par des comètes qui ont heurtées la planète au début de son existence.

L'eau a imbibé les roches et a ainsi joué un rôle dans l'effondrement de régions de Mars. Des pans entiers de falaises s'écroulent, formant des montagnes de débris s'étendant parfois sur plus de 50 km.

Les déclencheurs de ces phénomènes sont les secousses sismiques; l'affaissement des paysages a pu aussi être dû au phénomène de subsistance, phénomène qui expliquerait ces gouffres et crevasses par la dissolution du calcaire par l'eau de pluie chargée de CO2.

Il y a deux types de subsistances:

-les dépressions(chute de la pression atmosphérique)

-les zones chaotiques

Les dépressions peuvent s'expliquer par le retrait du magma ou de la glace.

Ceci est donc des brèves caractéristiques de Mars étant donné le nombres d'informations qui existent sur elle mais où et quand avons nous obtenue ces informations ?

b) Les différentes missions et ce quelles ont apportées. Durant toute la partie de la course à l'espace et du début du 21éme siècle

L’intérêt des grandes puissances pour la planète Mars remonte à 1960 : depuis cette période, plus de 38 sondes ont été envoyées :

• 18 soviétiques (programmes « Marsnik » et « Mars »), deux succès

• 17 américains, 12 succès (les séries Viking et Mariner, Mars Exploration Rover et Phoenix)

• Une tentative japonaise, Nozomi, qui a échouée

• Une mission européenne (Mars Express) réalisée avec succès

Les Américains qui, en 1954, au bout de 2 lancements du programme spatial Mariner, envoyèrent Mariner 4 qui fut le premier satellite à prendre les premières photos du paysage et de l'atmosphère de Mars. Les Américains, étant donné leur manque de connaissance sur Mars, n'ont pas réussi à mettre Mariner 4 en orbite.

Le 31 Juin 1969 un autre satellite américain baptisé Mariner 6 arrive sur Mars. Celui-ci prend 75 photos de Mars et, étant plus avancé que son prédécesseur Mariner 4, a été capable d'analyser l'atmosphère et a trouvé qu'elle est composé de dioxyde de Carbone CO2. Ce programme fut suivi de plusieurs succès de la NASA. Le 5 Août 1969 de la même année, Mariner 7 a été capable de mesurer la pression atmosphérique, la température ainsi que les éléments qui composent la surface. Le 3 Novembre 1971, Mariner 9, fut le premier engin à entrer en orbite autour d'une autre planète. Il prit les premiers clichés haute résolution de Mars ainsi que de ses 2 satellites Phobos et Deimos. Viking 1 et 2 sont le résultats du second programme de la conquête de Mars de la NASA et font suite aux réels succès de la sonde Mariner. Viking 1 est entré en orbite autour de Mars le 19 Juin, 1976. L'atterrisseur s'est posé le 20 Juillet 1976 en liaison avec les pentes ouest de Chryse Planitia. Les deux atterrisseurs ont des expériences de recherche de micro-organismes martiens. Les résultats de ces expériences sont encore débattues. Les atterrisseurs fournissent des renseignements détaillés en couleur des vues panoramiques sur le terrain de Mars. Ils ont également suivi la météo martienne.

Les orbiteurs ont cartographié la surface de la planète. La NASA à fait l'acquisition de plus de 52.000 images. L'Orbiteur Viking 1 a été de désactivé le 7 août 1980 quand il a manqué de carburant . Le robot Viking 1 lui a été accidentellement fermé le 13 Novembre 1982, et depuis lors, la communication n'a jamais été retrouvée.

Mars Pathfinder est arrivé sur Mars le 4 Juillet 1997 et a percuté la surface à une vitesse d'environ 18 m/s (40 mph). Il a rebondi d'environ 15 mètres (50 pieds) dans l'air, et a rebondi encore 15 fois, et roulé avant de s'immobiliser environ 2,5 minutes après l'impact et à environ 1 km du lieu de l'impact initial. Le site d'atterrissage se situait dans la région est d'Ares Vallis(à 19.33° N et 33.55° W). Mars Pathfinder a transmis 2,6 milliards de bits d'informations, y compris plus de 16 000 images de la capsule d'atterrissage et 550 images de la Rover (=Petit robot), ainsi que plus de 15 analyses chimiques des roches et de nombreuses données sur les vents et les facteurs météorologiques. La dernière transmission réussie des données a été effectuée le 27 Septembre 1997, lors de la 83ème journée de la mission depuis son arrivée à la surface. Fut ensuite l'arrivé des modules « moderne » de l'ère du XXI siècle, ce fut à ce moment que les révolutions technologiques allaient nous permettre des avancées extraordinaire dans l'analyse de Mars Les Etats-Unis reprennent donc leur programme d'exploration de la planète Rouge avec le lancement de la sonde Mars Global Surveyor (MGS), 20 ans après le succès final du programme Viking. Ce lancement marque le début d'une période riches en découvertes, avec un taux de succès des missions approchent les 100% (bien supérieur aux missions soviétiques). Le vaisseau Mars Pathfinder marque un véritable tournant dans l'exploration Martienne des Etats-Unis. C'est le premier rover (Véhicule d'exploration télécommandé) à avoir atteint la surface de Mars sans s'écraser et à être opérationnel.

Il a été lancé le 4 décembre 1996. Il atterrit sans incident sur la surface de Mars le 4 juillet 1997 (inaugurant le premier système d’atterrissage amorti par airbag, repris lors des missions suivantes). Dès lors, le vaisseau libère un petit robot téléguidé, appeléSojourner, chargé d’explorer la surface Martienne. Il réalisera même des photographies de la surface (voir Fig. 6) ainsi que des analyses chimiques sur les roches superficielles.

Les robots Spirit et Opportunity, lancées respectivement le 10 juin 2003 et le 8 juillet 2003 par la NASA, représentent certainement la mission la plus avancée jamais réussie sur Mars : grâce aux nombreux instruments de mesure qu’ils embarquaient (Multiples caméras, spectromètres, capteurs de température et de pression, etc.), on a pu, par exemple, déterminer la composition des roches de Mars ainsi que la composition précise de son atmosphère. Ils sont aujourd’hui encore en activité, et continuent de nous envoyer des photographies et des données sur la composition de la planète Rouge.

Encore plus récemment, l’atterrisseur Phoenix atteignait Mars, le 25 mai 2008, après 9 mois de vol. Il embarque un véritable laboratoire (spectromètres, microscopes, conductimètres). Il permettra notamment de nous fournir de plus amples informations quant à la présence d’eau liquide sur Mars (pour l’instant non détectée), et la présence surprenante de traces de méthane, gaz instable, ce qui implique une source de production sur la planète.

Malheureusement, la dernière communication établie entre la Terre et la sonde Phoenix date du 2 novembre 2008. Elle est depuis considérée officiellement comme perdue, bien qu'un mode de survie ait été programmé, permettant de réinitialiser l'électronique de la sonde au terme de l’hiver martien. Sa mission aura au final duré plus de cinq mois.Ce fut l'une des dernières missions les plus importantes sur la recherche sur Mars.

II-) Les Technologies et les projets/missions qui pourraient nous permettre d'aller sur Mars.

Projet d'un voyage sur mars:

Les projets pour aller sur mars ont été nombreux mais aucun n'a réellement abouti.

Le premier scénario technique de voyage vers la planète rouge (Mars Project) fut mis au point en 1952 par Wernher von Braun, le père des fusées allemandes V2. Mais ce projet étant trop couteux, il y renonça.

Dix ans plus tard, il présentera une version réduite de ce projet, basé sur l'utilisation du moteur nucléaire NERVA.

Plus récemment un mission de simulation se nommant Mars 500 est en cours, mission pour laquelle 6 hommes ont été choisis parmi 5,000 candidats (4 russes 1 allemand et 1 français) pour rester 105 jours dans des conteneurs cylindriques inter connectés qui constituent un espace hermétiquement clos d'un volume d'environ 550 mètres cubes. Cette simulation permettra d'observer les réactions des candidats enfermés dans un espace très réduit et les organisateurs du projet de simulation ont poussé le réalisme jusqu'à inclure un délai dans les communications avec l'extérieur, comme ce sera le cas lorsque les astronautes seront à de très grandes distances de la Terre. Cependant, les participants ne seront pas soumis à l'apesanteur, puisque l'expérience se déroulera sur la Terre.

Un autre projet de 520 jours d'isolement pourrait s'amorcer au début de l'an prochain. La durée de 520 jours correspond à 250 jours pour se rendre jusqu'à Mars, à un séjour de 30 jours sur la planète rouge, puis à un voyage de retour vers la Terre de 240 jours.

Aucune date n'a encore été fixée pour un voyage habité vers la planète Mars mais il est probable que ce projet ne se concrétise pas avant l'an 2030.

Une mission humaine vers Mars pose de nombreux problèmes. On ne peut pas en effet prévoir, dans l'état actuel de nos connaissances, les effets sur un organisme humain d'un vol aussi long que le vol vers Mars. En moyenne, un aller simple vers Mars prend entre 6 à 9 mois. L'homme n'a pas séjourné plus de 14 mois dans l'espace, ce record étant détenu par le cosmonaute Valeri Poliakof à bord de la station spatiale Mir. Cela indique certes que l'homme doit pouvoir supporter sans trop de dommages un voyage vers Mars, mais cela ne nous donne aucune indication sur ce qu'il risque de subir et d'éprouver une fois à la surface de la planète rouge.

En effet les risques sont nombreux:

la fragilité des os: La gravité zéro fait grandir la colonne vertébrale des astronautes et provoque le départ du calcium et des sels minéraux des os. Dans les cas les plus graves, cela abouti à un blocage de l'urètre, ce qui nécessite alors une intervention chirurgicale. Pendant un vol spatial, un problème de ce genre pourrait compromettre la mission; pour cela il faut à bord un astronaute ayant des compétences en chirurgie et possédant le matériel approprié. Une nourriture riche en calcium, des exercices physiques quotidiens intenses et réguliers, ou le port de pantalons spéciaux faisant travailler tous les muscles permettent de lutter contre cette décalcification des os.

L'atrophie musculaire: certain muscles qui nous servent sur terre à cause de l'apesanteur ne nous servent plus en absence de gravité et cela provoque l'atrophie des muscles Les effets concernent le retour sur terre car ils peuvent persister plusieurs semaines ou même quelques mois après le retour. (cela va redemander aux muscles des efforts qui, devenus trop faibles provoquent des douleurs et des problèmes cardio-vasculaire)

problème cardio-vasculaire:Sur Terre, la gravité force le sang à s'accumuler dans la partie inférieure du corps. Les battements du cœur, la contraction de certains muscles des jambes et les valvules situées au niveau des veines contrarient ce phénomène. En apesanteur, ces mécanismes disparaissent, et on observe alors une redistribution de la masse sanguine. Une importante quantité de sang (1,5 à 2 litres) quitte les membres inférieurs pour s'accumuler au niveau de la partie supérieure du corps (cage thoracique ,cervicales) , cela provoque la dilatation au niveau des oreillettes du coeur ( car elles possèdent des capteurs très sensibles au changement de volume sanguin) ces capteurs vont diminuer en retour la sécrétion de l'hormone antidiurétique (urine) . Il y aura alors une élimination urinaire massive (fuite d'eau et de sels minéraux) et une diminution de la sensation de soif. Ici aussi, les effets se ressentiront à leur retour sur terre, mais sans gravité mortelle.

Affaiblissement du système immunitaire:Les globules blancs, responsables de la défense de l'organisme, sont également touchés lors d'un vol spatial. Le système immunitaire voit une diminution très nette du nombre et des fonctions (réactivité) des lymphocytes T, une variété de globules blancs impliqués dans l'immunité à médiation cellulaire. Ce phénomène devient préoccupant s'il y a le moindre risque d'infection. En apesanteur, les bactéries, les virus ou les champignons microscopiques flottent bien plus longtemps dans l'air que dans un environnement soumis à une gravité (artificielle ou non).

Des filtres devront être utilisés autant que possible pour purifier l'air. Pour l'instant, aucune infection aggravée par une baisse des capacités du système immunitaire ne s'est produite en vol. Mais le risque existe. La sensibilité à des infections pendant le voyage vers Mars et les risques encourus lors du retour sur Terre ne sont pas à prendre à la légère. Là aussi, la situation est réversible une fois revenu sur Terre et le système immunitaire retrouve son état normal.

Moyens de protection :

Pour protéger l'équipage contre des doses de radiations excessives, il faudra équiper le vaisseau de blindage, la mince coque métallique extérieure étant bien insuffisante. Cette coque protège quand même l'équipage contre les impacts de petites météorites. Elle se déplacent à très grande vitesse (de 10 km/s à 270 km/s), mais heureusement, leur masse est en générale très faible (de l'ordre du picogramme), ce qui empêche la perforation de la paroi extérieure du vaisseau lors d'un choc. Le risque de rencontrer un corps possédant une masse et une vitesse suffisante pour percer la coque, même s'il n'est pas nul, peut être considéré comme négligeable.

Le blindage représentera un coût important. Il aura intérêt à être à la fois efficace et léger. En plus du blindage léger, les réservoirs d'eau ou de carburants offriront une protection supplémentaire. L'équipage pourrait également se relayer pour aller dormir à tour de rôle derrière les boucliers, pour une protection accrue.

Un blindage de quelques centimètres d'épaisseur pourra arrêter une bonne partie des particules issues des éruptions solaires. Cependant les rayons cosmiques sont beaucoup plus énergétiques.

Pour stopper les particules cosmiques, il faut employer des boucliers épais de plusieurs mètres. C'est une solution impossible à mettre en œuvre dans notre cas, pour un simple problème de poids et de coût. De plus, même avec l'aide de boucliers, des particules secondaires sont émises au contact de la surface protectrice, ce qui diminue de beaucoup l'efficacité de celle-ci.

Une fois sur Mars, la situation s'améliore car la masse de la planète offre une protection, en éliminant la moitié des particules du rayonnement cosmique. L'atmosphère martienne offre aussi une protection contre les éruptions solaires. Pour les sorties à l'extérieur du vaisseau, les astronautes devront emporter des dosimètres(appareils mesurant le taux de radioactivité).

Les risques sont donc très présents, un voyage sur Mars ne sera pas évident et beaucoup de moyens devront être mis en œuvre pour les y aider mais, si le voyage terre Mars dure peu de temps alors, les risques diminue donc quelles sont les différents potentiels moyens de propulsions ?

b) Différents moyens de propulsions en mesure d'emmener les hommes sur Mars

Actuellement beaucoup de projets sont en cours de développement sur la possibilité d'aller sur Mars, le problème majeur est que le chemin est long. Il varie de 50 millions à 400 millions de kilomètres. C'est pour cela que la NASA met en place son plan d'acquisition de technologies de propulsion spatiale nécessaires pour ces différents projets d'exploration en alliance avec les russes et l'ESA ( L'agence spatial européenne), adapter les moyens utilisés sur la Navette aux futurs véhicules spatiaux et en parallèle relancer le développement d'un nouveau moteur à ergols liquides oxygène/méthane.

Actuellement en service sur toute les fusées qui effectuent des missions opérationnels sont des moteurs à ergol les seuls à pouvoir actuellement s'arracher de la gravité terrestre. Ces moteurs sont des moteurs chimique qui utilisent des comburants et du carburant. Les principaux couples d'ergols luiqide sont :

• acides nitrique - Kérosène

• hydrogène liquide – Oxygène liquide

• oxygène liquide -kérosène

• peroxyde d'hydrogène

• oxygène - hydrazine

• peroxyde d'azote - kérosène

• peroxyde d'azote-hydrazine

• peroxyde d'azote – diméthylhydrazine

Cette réaction produit un gaz sous très haute pression, qui est expulsé par l’intermédiaire d’une tuyère, pour produire la force de poussée et propulser le vaisseau (La forme de la tuyère est un élément clé pour la performance du système il permet de diriger le flux d'énergie libéré par la réactions entre ces éléments).

Le principal défaut de ce système est qu'il est très compliqué à mettre en place et nécessite de grands réservoirs pour stocker ces réserves importante de carburant et comburant. Il en a besoin, car malgré sont efficacité le rendement est assez faible ( beaucoup de carburant utilisé pour une faible poussée ). ce mécanisme est difficilement réalisable du fait de sa complexité et des contraintes qu'imposent le fait de propulser un objet dans l'espace. En effet, l'exemple le plus frappant est la tuyère qui doit résister à des températures supérieures à 3000°C

Il existe aussi une autre version de ce moteur à Ergols Solide (Rocket solide Engine). Ce sont des moteurs plus simple d'utilisation; ils nécessitent très peu de moyens et de soins, ils sont faciles à transporter et peu chers. Les propergols les plus courants sont:

• poudre noire, très souvent utilisée dans la construction amateur.

• Monergol à base de nitrocellulose, amélioré par l'ajout d'aluminium.

• Nitrate d'Ammonium, souvent mélangé avec de la poudre d'aluminium

• Perchlorarte d'Ammonium

• Zinc-Souffre

Ce sont ces éléments qui reviennent le plus souvent. Pour donner un exemple de la complexité réelle (au-delà des informations de base données plus haut), dans les propulseurs d'appoint de la navette spatiale américaine, la mixture d'ergol dans chaque moteur de propulseur consiste en (% massiques):

• 69,6% de Perchlorate d'Ammonium - le comburant / oxydant

• 16% d'aluminium - le carburant

• 12,04% de polymère qui permet de lier les deux composants

• 1,96% d'un agent de nettoyage époxy

• 0,4% d'oxyde de fer - catalyseur

D'autres moteurs existent qui utilisent une réaction non chimique pour une production de poussée. Leurs avancées techniques ne permettent qu'une poussée modeste, mais grâce à leur faible consommation, ils procurent une accélération constante de très longe durée ce qui au final dans l'espace permet d'atteindre de grande vitesse. C'est le cas des moteurs Ioniques.

Ce type de propulsion, utilise les ions accélérés par un champ électrique ou magnétique ( ou les 2 combinés ) pour produire une poussée, conformément à la troisième loi de Newton. Comparés aux moteurs chimiques, les moteurs ioniques produisent une poussée faible, mais possèdent une impulsion spécifique très grande (manière de décrire l'efficacité de fusées moteurs. Il représente l'impulsion par unité de propulseur. Plus l'impulsion spécifique est haute, moins le propulseur est nécessaire pour gagner une quantité donnée d'élan. ) elle est de l'ordre de 3 000s ce qui les rend intéressants dans des

voyages interplanétaires donc pour Mars. De plus, la mise en œuvre d’un système propulsif ionique est généralement facile, puisque, outre le fait que le principe de propulsion soit assez simple, l’énergie électrique qu’il utilise est, à ce jour, assez bien maitrisée, ce qui apporte une plus grande flexibilité au niveau de la réalisation et de l’intégration du moteur au vaisseau spatial. Ces systèmes font actuellement l’objet de recherches poussées, et de nouveaux moteurs toujours plus puissants sortent des laboratoires (notamment le NASA Jet Propulsion Laboratory).

Il existe plusieurs moteurs qui utilisent un phénomène ionique pour leurs propulsions :

Le moteur ionique électrostatique :

Ce type de propulseur produit les ions en bombardant des atomes de gaz (du xénon, choisi pour sa masse atomique élevée et son énergie d’ionisation faible) avec des électrons. Les ions ainsi formés sont ensuite accélérés lors de leur passage à travers deux grilles chargées positivement et négativement. Les ions sont ainsi propulsés à des vitesses pouvant atteindre 29000 m/s.

Le moteur ionique électromagnétique :

Les ions sont produits de la même façon qu’avec un moteur ionique électrostatique, mais les ions sont accélérés à l’aide d’un champ magnétique, ce qui évite tout contact du carburant avec le système accélérateur, augmentant ainsi la durée de vie du moteur en évitant de mettre en contacts ces deux éléments.

Moteur à effet Hall :

Ce moteur utilise une combinaison entre un champ magnétique et électrique pour accélérer les ions. Il fait aussi appel à l’effet Hall, processus complexe, il est aussi appelé Stationnary Plasma Thruster Ces propulseurs ont une faible poussée (quelques centaines de mN) mais une forte impulsion spécifique (> 1 000 s). Ils sont surtout utilisés pour :

• le maintien en orbite de satellite;

• les transferts d'orbites;

• la propulsion des sondes spatiales.

Le SPT ( ou moteur à effet hall ) est intéressant par exemple pour les satellites de télécommunications. Il permet par rapport à un propulseur chimique d'économiser environ 20 % du poids sur un satellite de 3 500 kg et bénéficie d'une durée de vie de plus de 7 000 heures.

Actuellement les recherches continuent sur ce type de propulseur. En France, elles sont menées principalement le LPTP (Laboratoire de Physique et Technologie des plasmas, École Polytechnique) et le CNES (Centre national d'étude spatiale). Elles visent principalement à améliorer le rendement de ce type de propulseur et à régler des problèmes d'optimisations. Ces recherches passent par la compréhension de la physique interne ( de phénomène de transport, particules, physique des plasmas ) grâce à la simulation par ordinateur et à l'expérimentation en simulant un milieu comparable à l'espace ( à vide ) .

Tous ces moteurs sont donc susceptibles d'emmener la première navette humaine sur mars, mais un système pourrait bien leur voler la vedette, en effet un système très prometteur est en développement son nom: VASMIR ( Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket ).

Puissant et efficace : des atomes de gaz sont injectés dans le système, puis sont ionisés à l’aide de radiofréquences (correspond à la fréquence des signaux électriques normalement utilisés pour produire et détecter les ondes radio. Radio Fréquence se réfère généralement à des phénomènes électriques plutôt que des oscillations mécaniques, bien que des systèmes mécaniques à radiofréquences existent. ) , qui créent une induction électromagnétique (on fait circuler de l'électricité à travers un corps conducteur pour le chauffer) qui porte le gaz ionisé (devenu un plasma) à de très hautes températures (30000 kelvins soit 2737C°). A la sortie du propulseur, un système comparable accélère le plasma et porte sa température à environ 10 MK (méga kelvins). Il est ensuite expulsé par une tuyère qui, grâce à un champ magnétique, permet de contrôler la trajectoire du jet. L'impulsion spécifique pourrait atteindre 30000 secondes.

VASIMR est une solution polyvalente, alternative aux deux systèmes spécialisés existants que sont les propulseurs à haute poussée et à faible impulsion spécifique (comme les moteurs-fusées à propulsion chimique) d'un côté, et les propulseurs à faible poussée et à haute impulsion spécifique (comme les moteurs ioniques) de l'autre, car il est capable de fonctionner dans les deux modes en ajustant à tout moment ses paramètres de fonctionnement. La NASA estime à trois mois le temps de trajet nécessaire pour atteindre Mars avec un vaisseau équipé d’un tel système. Il reste cependant encore à l’état expérimental.

Toutes ces propulsions sont donc potentiellement capables d'aller sur Mars mais la plus part ont un coût de développement élevé et sont donc difficiles à développer et ralentissent beaucoup la conquête de Mars.

En effet, les mécanismes utilisés sont très difficiles à mettre en place de part leur complexité.

Conclusion :

L'homme est donc aux portes de Mars et de la conquête d'une nouvelle planète. Le problème, ce sont les ressources, car aujourd'hui les états ne pense pas que l'exploration interplanétaire soit importante. Mais depuis des années, l'homme à appris beaucoup sur la composition de Mars et sur son climat. Mais le plus intéressant est l'aspect de sa géologie. Mars est une planète volcanique, mais elle est très proche de la terre ce qui facilite les entraînements et simulation. Les seules choses qui rendent une mission sur Mars risquées, ce sont les tempêtes de sables, fréquentes, puissantes et meurtrière, mais aussi les températures extrêmes.

Mais l'homme est capable de surmonter ces obstacles.

Même si toute ces avancées nous ont beaucoup apporté la connaissance de Mars, seul l'homme une fois sur place découvrira réellement la planète et lui seul pourra résoudre le mystère de Mars et ouvrir une nouvelle ère pour l'humanité.

Bibliographie & sources :

Impulsion spécifique :http://www.worldlingo.com/ma/enwiki/fr/Specific_impulse

http://bm77.blog-generation.com/2010/10/17/technologie-meconnu-du-public/

Propulsion spatiale : http://fr.wikipedia.org/wiki/Propulsion_spatiale

http://www.nasa.gov/

http://tpemars.free.fr/htm

Fréquence radio : http://en.wikipedia.org/wiki/Radio_frequency

http://www.esa.int/esaCP/SEMXZY274OD_index_0.html

L'ESA recrute pour des \"Missions vers Mars\" simulées : http://www.techno-science.net/?onglet=news&news=4203

Exploration of Mars : http://en.wikipedia.org/wiki/Exploration_of_Mars

President Bush Announces New Vision for Space Exploration Program : http://history.nasa.gov/Bush%20SEP.htm

Mars Exploration Rover Mission : http://marsrovers.jpl.nasa.gov/home/index.html

Aurora Exploration Programme : http://www.esa.int/esaMI/Aurora/index.html

Mars Pathfinder : http://www.nirgal.net/pres_mpf1.html

Géologie Mars :http://www.nirgal.net/geologie.html

Structure interne :http://www.nirgal.net/geol_internal.html

Eau sur mars : http://www.nirgal.net/water.html

Danger d'un voyage sur Mars :http://www.nirgal.net/homme2.html