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Tous les trois ans martiens en moyenne*, une tempête de poussière se lève dans l’hémisphère Sud de Mars et enveloppe l’ensemble de la planète. Cette année, elle est apparue le 9 juin dans la région où opérait le rover Opportunity de la NASA. Le 10 juin, l’énergie produite par les panneaux solaires tombait à 21 Watts-heure contre environ 350 la veille et les jours précédents, et le rover entrait en veille ; simultanément le taux d’opacité de l’atmosphère, « Ƭ », montait en flèche à 10,8, beaucoup plus haut que lors de la tempête globale précédemment subie en 2007 par le même rover (Ƭ 5,5). Vers le 23 juillet, enfin, davantage de poussière retombe qu’il n’en est soulevé! On parvient donc à un renversement de situation, une sorte de phénomène de décrue, 43 jours après le début de la tempête. Il faudra bien sur un certain temps, plusieurs semaines, avant que la situation ne redevienne normale (la masse des grains de poussière est très faible et la gravité martienne seulement de 0,38g)
*Une année martienne dure 688 jours, trois ans martiens dure 5 ans et 8 mois.
Dernières mesures de production d’énergie par les panneaux solaires du rover Opportunity, crédit: NASA/JPL-CalTech/New Mexico Museum of Natural History.
Les tempêtes de poussière sont inévitables sur Mars puisqu’il n’y a pas d’eau liquide en surface et que, comme dans toute atmosphère (ou comme dans tout fluide), des mouvements de convection résultant des changements de température, emportent les éléments qu’ils peuvent soulever, dans leurs déplacements. Actuellement l’explication est la suivante : les rayons du soleil (lumineux et autres) frappent le sol de la planète et le réchauffe. Le sol chauffe la couche d’atmosphère à son contact. Celle-ci (relativement plus légère) se trouve confrontée à la couche supérieure plus froide (relativement plus lourde). L’élément léger monte, l’élément froid descend, le mouvement est lancé et il va avoir d’autant plus d’intensité qu’il se généralise et que les contrastes de températures sont importants. Or, à l’arrivée du Printemps dans l’hémisphère Sud*, on sort d’une période d’hiver long et très froid (la saison correspond à l’aphélie de la planète sur son orbite ; elle est alors au plus loin du Soleil et se déplace à vitesse croissante vers des conditions exactement opposées). C’est donc dans ces périodes que les vents martiens soulèvent le plus de poussière. Cette poussière faisant écran à la déperdition de température la nuit (effet de serre) on obtient des nuits moins froides, de l’air de surface moins froid et un sol qui se réchauffe plus lentement, idéal pour un effet qui s’auto-entretient et s’intensifie, jusqu’à retrouver un nouvel équilibre. Bien sûr « la mayonnaise » ne prend pas à toutes les occasions et elle « prend » plus ou moins fort, sans doute en raison des particularités géographiques des endroits où elle commence et sans doute parce que certaines années la jonction de plusieurs départs en même temps dans une même région ne se fait pas. Toujours est-il que le risque existe et que la probabilité qu’il se concrétise est forte.
*dans l’hémisphère Sud de Mars, le dernier équinoxe de printemps a eu lieu le 22 mai, le solstice d’été sera le 16 octobre 2018.
Les conséquences de ces tempêtes planétaires (ou « globales » comme on dit en Anglais) sont très importantes. Elles constituent des obstacles à l’exploration robotiques et demain à l’installation de l’homme sur Mars.
D’abord, l’écran constitué par les masses de poussière soulevées fait obstacle à la collecte de l’énergie solaire. Sur le graphique fournis par la NASA on voit qu’en deux jours, l’énergie disponible pour la maintenance et le fonctionnement d’Opportunity a été divisée par 15. Si l’on utilise l’énergie solaire pour les instruments d’exploration ou demain dans les bases solaires, il faut donc pouvoir passer très vite sur une autre source.
La seconde conséquence négative, c’est la réduction de la luminosité. Sur les photos du Soleil prises par le rover Opportunity (Image en tête d’article), on voit en deux jours, la luminosité passer d’une opacité quasi nulle (taux = 1) à une opacité maximum (11). Pendant la tempête, le rover Curiosity a continué à fonctionner (énergie nucléaire) et sur les photos prises, on n’a pas la même impression d’obscurité mais plutôt d’un fort rougeoiement de l’image (très peu de lumière bleue et verte peuvent pénétrer l’écran de poussière en raison de leurs longueurs d’ondes). On peut donc penser que des moyens sont déjà disponibles pour améliorer la luminosité des caméras et donc des optiques que pourront porter les astronautes en mission sur Mars, mais surtout que la densification de l’atmosphère (son encombrement par des poussières) n’est pas telle qu’elle empêche de voir à quelques centaines de mètres.
Roche “Duluth”, photo prise le 21 mai (à gauche) et le 17 juin (à droite) crédit: NASA/JPL-Caltech/MSSS. Il faut noter que le taux d’opacité ajoute une baisse de luminosité au “virage” vers le rouge: temps d’exposition à gauche 7,3 millisecondes et à droite 66 millisecondes.
La troisième conséquence, c’est le risque de grippage des instruments et véhicules. La poussière est constituée de grains plus ou moins fins mais les particules de seulement quelques microns sont très abondantes et comme ce sont elles qui sont le plus soulevées par la tempête, ce sont elles qui posent problème, d’autant que la sécheresse, favorise l’électricité statique qui les rend collantes. Les grains de poussière portés par le vent vont s’insinuer partout et en particulier dans tout ce qui est interstices et articulations, les replis des combinaisons spatiales, les points de jonction des pièces métalliques, les serrures, toutes les jonctions de pièces mobiles. Il faudra prévoir des instruments de nettoyage particulièrement puissants et efficaces (et des surfaces de vêtements et d’instruments antistatiques) car il n’est pas question de laisser rentrer la poussière dans les habitats (les particules fines sont dangereuses pour la santé ; inhalées, elles pénétreraient profondément dans les poumons et pourraient y causer des dégâts – silicose – d’autant qu’elles sont beaucoup moins érodées que sur Terre, sans être aussi acérées que sur la Lune).
La troisième conséquence c’est que la durée contraint à l’adaptation. Un des avantages majeurs de Mars par rapport à la Lune c’est que la nuit n’y dure qu’une partie du jour (“sol”). Dans le cas d’une tempête globale ce n’est plus le cas et il faut s’adapter. Les plantes qui pousseront dans les serres ne pourront pas attendre 43 jours que la lumière revienne. Certains travaux en cours qui nécessitent des sorties devront pouvoir être interrompus, des atterrissages devront pouvoir être différés, des contrôles ou des commandes à distance interrompus, pendant la durée nécessaire.
La leçon que l’on doit tirer de ce phénomène est à mon avis la suivante : la continuité de fonctionnement du dispositif d’approvisionnement en énergie et la fiabilité de la source étant primordiales puisque c’est d’elles que dépend le support vie, il n’y a pas d’alternative à l’énergie nucléaire. Pour cela il y a heureusement une solution en vue, le projet KRUSTY (Kilowatt Reactor Using Stirling TechnologY) sur lequel la NASA travaille (voir mon article sur ce blog, paru le 20/02/18). Des tests, satisfaisants (cf lien* ci-dessous) ont été menés de Novembre 2017 à Mars 2018. Ces petits réacteurs nucléaires de petite puissance thermique (40 Kw) sont couplés à des moteurs Stirling pour délivrer une puissance électrique de 10 Kw. D’après la NASA, quatre réacteurs KRUSTY seraient suffisants pour alimenter une base d’exploration de quatre personnes pendant 10 ans. Ils ont un cœur d’Uranium 235 (235U) mais, afin d’éviter la fission spontanée (et faciliter le transport !), les ingénieurs de KRUSTY limitent l’utilisation de cette matière à 43 kg, en-dessous de la masse critique qui est de 48kg. La réaction peut être activée grâce à une enceinte en béryllium (réflecteur) et déclenchée/interrompue par une barrette en carbure de bore amovible, au centre de la masse d’uranium. La masse d’uranium est elle-même stabilisée sur le plan physique (pour éviter les problèmes de changement de phase, de température de fusion trop basse et améliorer la résistance au fluage à haute température) par un alliage avec du molybdène (7%).
Bien entendu recourir à cette source nucléaire n’exclut pas que l’on utilise le solaire ou éventuellement le géothermique (quand on trouvera un point chaud exploitable en surface !) mais la sécurité impose une source d’énergie indépendante des conditions climatiques. Par ailleurs, en période critique, aucune sortie (EVA) ne devra être autorisée pour une période dépassant une journée, sans une source d’énergie chimique (avec réserves suffisantes) ou nucléaire dans le véhicule.
NB : vous remarquerez que je n’aborde pas le faux « problème » de la force du vent, cette grossière erreur d’Andy Weir dans son roman « Seul sur Mars ». La très faible densité de l’air martien rend tout simplement impossible la destruction de la base par une tempête comme il l’imagine.
Image à la Une: évolution sur deux jours de l’opacité (9 et 10 juin) de l’atmosphère martienne vue par le rover Opportunity. Chaque prise de vue correspond à un taux d’opacité (“tau”). De gauche à droite, on passe de 1 à 3,; 5; 7 ;9 et 11. Crédit: NASA/JPL-Caltech/TAMU,
Image ci-dessous (crédit: NASA/JPL-Caltech/MSSS) : Photos du paysage vers le bord du cratère, prises le 7 juin (à gauche) et le 10 juin (à droite) par Curiosity. La baisse de lumière est moins dramatique que dans l'”Image à la Une” car la caméra de Curiosity ne fait pas face au Soleil et donc les contrastes sont moins forts. L’heure de la prise de vue n’est pas indiquée et le taux d’obscurité était sans doute plus proche de 5 que de 10 (on est sans doute entre le deuxième et le troisième rectangle, Ƭ =4). En dépit du taux d’obscurité de toute façon élevé on voit quand même encore assez loin.
Lien vers la note de presse de la NASA rendant compte des tests de KRUSTY :