En 2012, le projet ”Mars One », mené par une organisation à but non lucratif néerlandaise, a annoncé son intention d’établir la première colonie humaine sur la Planète Rouge d’ici 2025. La mission enverrait initialement quatre astronautes pour un aller simple vers Mars, où ils passeraient le reste de leur vie à construire le premier établissement humain permanent.

C’est une vision audacieuse — d’autant plus que Mars One prétend que toute la mission peut être construite sur des technologies qui existent déjà. Comme l’indique son site Web, établir des humains sur Mars serait « le prochain saut de géant pour l’humanité. »

Mais les ingénieurs du MIT disent que le projet devra peut-être prendre du recul, au moins pour reconsidérer la faisabilité technique de la mission.

Les chercheurs du MIT ont développé un outil détaillé d’analyse des colonies pour évaluer la faisabilité de la mission Mars One, et ont constaté que de nouvelles technologies seront nécessaires pour maintenir les humains en vie sur Mars.

Par exemple, si toute la nourriture est obtenue à partir de cultures locales, comme l’envisage Mars One, la végétation produirait des niveaux dangereux d’oxygène, ce qui déclencherait une série d’événements qui finiraient par étouffer les habitants humains. Pour éviter ce scénario, un système d’élimination de l’excès d’oxygène devrait être mis en œuvre — une technologie qui n’a pas encore été développée pour une utilisation dans l’espace.

De même, l’atterrisseur Mars Phoenix a découvert des preuves de glace à la surface martienne en 2008, suggérant que les futurs colons pourraient être en mesure de faire fondre de la glace pour l’eau potable — un autre objectif de Mars One. Mais selon l’analyse du MIT, les technologies actuelles conçues pour « cuire” l’eau du sol ne sont pas encore prêtes à être déployées, en particulier dans l’espace.

L’équipe a également effectué une analyse intégrée du réapprovisionnement en pièces de rechange – combien de pièces de rechange devraient être livrées à une colonie martienne à chaque occasion pour la maintenir en activité. Les chercheurs ont constaté qu’à mesure que la colonie se développait, les pièces de rechange domineraient rapidement les livraisons futures vers Mars, représentant jusqu’à 62% des charges utiles de la Terre.

En ce qui concerne le voyage vers Mars, l’équipe a également calculé le nombre de fusées nécessaires pour établir les quatre premiers colons et les équipages suivants sur la planète, ainsi que le coût du voyage.

Selon le plan Mars One, six fusées Falcon Heavy seraient nécessaires pour envoyer des fournitures initiales, avant l’arrivée des astronautes. Mais l’évaluation du MIT a révélé que ce nombre était « trop optimiste”: L’équipe a déterminé que les fournitures nécessaires nécessiteraient plutôt 15 roquettes Falcon Heavy. Le coût de transport pour cette seule étape de la mission, combiné au lancement des astronautes, serait de 4,5 milliards de dollars — un coût qui augmenterait avec des équipages et des fournitures supplémentaires pour Mars. Les chercheurs affirment que cette estimation n’inclut pas le coût de développement et d’achat d’équipement pour la mission, ce qui augmenterait encore le coût global.

Olivier de Weck, professeur d’aéronautique et d’astronautique et de systèmes d’ingénierie au MIT, déclare que la perspective de construire une colonie humaine sur Mars est passionnante. Cependant, pour que cet objectif devienne réalité, il faudra des innovations dans un certain nombre de technologies et une perspective systémique rigoureuse, dit-il.

« Nous ne disons pas, noir et blanc, Mars One est infaisable », dit de Weck. « Mais nous pensons que ce n’est pas vraiment faisable selon les hypothèses qu’ils ont formulées. Nous pointons vers des technologies dans lesquelles il pourrait être utile d’investir en priorité, pour les faire progresser sur la voie de la faisabilité. »

”L’une des grandes idées que nous avons pu obtenir était à quel point il est difficile de réussir », explique Sydney Do, étudiante diplômée.  » Il y a tellement d’inconnues. Et pour donner confiance à quiconque qu’il va y arriver et rester en vie — il y a encore beaucoup de travail à faire. »

Do et de Weck ont présenté leur analyse ce mois-ci au Congrès international d’astronautique à Toronto. Parmi les co-auteurs figurent les étudiants diplômés du MIT Koki Ho, Andrew Owens et Samuel Schreiner.

Simulation d’une journée sur Mars

Le groupe a adopté une approche systémique pour analyser la mission Mars One, évaluant d’abord divers aspects de l’architecture de la mission, tels que son habitat, ses systèmes de survie, ses besoins en pièces de rechange et sa logistique de transport, puis examinant comment chaque composant contribue à l’ensemble du système.

Pour la partie habitat, Do a simulé la vie quotidienne d’un colon de Mars. Sur la base de l’horaire de travail typique, des niveaux d’activité et des taux métaboliques des astronautes sur la Station spatiale internationale (ISS), Do a estimé qu’un colon devrait consommer environ 3 040 calories par jour pour rester en vie et en bonne santé sur Mars. Il a ensuite déterminé les cultures qui fourniraient une alimentation raisonnablement équilibrée, y compris les haricots, la laitue, les arachides, les pommes de terre et le riz.

Do a calculé que produire suffisamment de ces cultures pour soutenir les astronautes sur le long terme nécessiterait environ 200 mètres carrés de surface de culture, par rapport à l’estimation de Mars One de 50 mètres carrés. Si, comme le prévoit le projet, des cultures sont cultivées dans l’habitat des colons, Do a constaté qu’elles produiraient des niveaux dangereux d’oxygène qui dépasseraient les seuils de sécurité incendie, nécessitant une introduction continue d’azote pour réduire le niveau d’oxygène. Au fil du temps, cela appauvrirait les réservoirs d’azote, laissant l’habitat sans gaz pour compenser les fuites.

Au fur et à mesure que l’air à l’intérieur de l’habitat continuait de fuir, la pression atmosphérique totale chuterait, créant un environnement oppressant qui étoufferait le premier colon dans un délai estimé à 68 jours.

Les solutions possibles, dit Do, pourraient inclure le développement d’une technologie pour extraire l’excès d’oxygène ou l’isolement des cultures dans une serre séparée. L’équipe a même envisagé d’utiliser de l’azote extrait de l’atmosphère martienne, mais a constaté que cela nécessiterait un système d’une taille prohibitive. Étonnamment, l’option la moins chère trouvée était de fournir toute la nourriture nécessaire à la Terre.

« Nous avons constaté que transporter de la nourriture coûte toujours moins cher que de la cultiver localement”, explique Do. « Sur Mars, vous avez besoin de systèmes d’éclairage et d’arrosage, et pour l’éclairage, nous avons constaté qu’il fallait 875 systèmes LED, qui échouent avec le temps. Vous devez donc fournir des pièces de rechange pour cela, ce qui alourdit le système initial. »

En tordant les boutons

Comme l’équipe l’a constaté, les pièces de rechange, au fil du temps, gonfleraient considérablement le coût des missions initiales et futures vers Mars. Owens, qui a évalué le réapprovisionnement en pièces de rechange, a basé son analyse sur des données de fiabilité dérivées des journaux de réparation de la NASA pour des composants donnés de l’ISS.

« L’ISS est basée sur l’idée que si quelque chose casse, vous pouvez appeler chez vous et obtenir une nouvelle pièce rapidement”, explique Owens. « Si vous voulez une pièce de rechange sur Mars, vous devez l’envoyer lorsqu’une fenêtre de lancement est ouverte, tous les 26 mois, puis attendre 180 jours pour qu’elle y arrive. Si vous pouviez faire des pièces de rechange in situ, ce serait une économie énorme. »

Owens met en avant des technologies telles que l’impression 3D, qui pourraient permettre aux colons de fabriquer des pièces de rechange sur Mars. Mais la technologie telle qu’elle existe aujourd’hui n’est pas assez avancée pour reproduire les dimensions et les fonctions exactes de nombreuses pièces à encombrement réduit. L’analyse du MIT a révélé que les imprimantes 3D devront s’améliorer à pas de géant, sinon toute l’infrastructure de la colonie de Mars devra être repensée afin que ses pièces puissent être imprimées avec la technologie existante.

Bien que cette analyse puisse donner au programme Mars One une apparence intimidante, les chercheurs affirment que l’outil d’analyse du peuplement qu’ils ont développé peut aider à déterminer la faisabilité de divers scénarios. Par exemple, plutôt que d’envoyer des équipages en aller simple vers la planète, quel serait le coût global de la mission si les équipages étaient parfois remplacés?

« Mars One est une idée assez radicale », dit Schreiner. « Maintenant, nous avons construit un outil avec lequel nous pouvons jouer, et nous pouvons tordre certains boutons pour voir comment le coût et la faisabilité de la mission changent. »

Tracy Gill, responsable de la stratégie technologique à la NASA, dit que l’outil peut être applicable pour évaluer d’autres missions vers Mars, et pointe quelques scénarios que le groupe pourrait vouloir explorer à l’aide de l’outil d’analyse du règlement.

« Cela peut apporter un avantage aux planificateurs de mission en leur permettant d’évaluer un plus grand éventail d’architectures de mission avec une meilleure confiance dans leur analyse”, explique Gill, qui n’a pas contribué à la recherche. « Parmi ces architectures figureraient des options allant de la culture complète de tous les aliments in situ avec des systèmes biorégénératifs, à l’emballage de tous les produits alimentaires de la Terre, à diverses combinaisons de ces deux extrêmes. »

Certains des étudiants de ce projet ont été soutenus par des bourses de la NASA.