Les êtres humains entreprennent des missions d’exploration de la planète Mars depuis les années 1960. Lancée le 28 novembre 1964, la sonde Mariner 4 de la NASA a été la première à survoler Mars le 14 juillet 1965. À ce jour, quatre agences spatiales ont achevé des missions à la découverte de la planète rouge : la NASA (National Aeronautics and Space Administration), la ISRO (Indian Space Research Organisation), le programme spatial de l’Union soviétique et de la Russie et l’ESA (European Space Agency).

Pendant les années 1960 et au début des années 1970, plusieurs sondes ont été envoyées pour survoler Mars. La mission la plus réussie est celle de la sonde Mariner 9 de la NASA, lancée fin 1971. Mariner 9 est restée pendant presque une année dans l’orbite de Mars et a pu prendre plus de 7 000 photos de Mars, ce qui a radicalement changé notre perception de cette planète.

C’est finalement en 1975 que la NASA envoie deux paires de sondes orbitales et atterrisseurs. Une sonde orbitale est une sonde spatiale qui se met en orbite d’un corps céleste, alors qu’un atterrisseur désigne un engin spatial destiné à se poser sur la surface d’un astre. Viking 1 et Viking 2 se posent sur Mars et y restent pendant plusieurs années. Malheureusement, elles ne trouvent pas de trace évidente de vie sur Mars.

À la fin des années 1990, une carte complète de Mars, du pôle nord au pôle sud, est établie par Mars Global Surveyor, orbiteur de la NASA. Presque en même temps, la NASA lance le Mars Pathfinder, composé d’un atterrisseur et d’un rover, le fameux Sojourner. C’est le premier rover à avoir fonctionné en dehors de la Terre et de la Lune. Un rover est un véhicule à moteur conçu pour se déplacer sur la surface d’une planète ou d’une lune (contrairement à un atterrisseur, qui lui reste immobile une fois qu’il a atterri sur un astre). Pour une classification complète des différents vaisseaux spatiaux, nous vous invitons à consulter cette page explicative de la NASA.

L’orbiteur Mars Odyssey, qui est toujours en orbite autour de Mars, a été lancé par la NASA en 2001. En 2003, l’ESA envoie vers Mars une mission composée d’un orbiteur et d’un atterrisseur, appelés Mars Express et Beagle. L’atterrisseur est malheureusement perdu pendant l’atterrissage, mais l’orbiteur est toujours en mission. Vous pouvez voir ici les photos et les films envoyés par le Mars Express.

En 2004, la NASA envoie deux autres rovers sur Mars : Spirit et Opportunity. Spirit s’est cassé dans une dune de sable en 2010, tandis qu’Opportunity a survécu jusqu’en 2018, où il s’est éteint pendant une tempête de sable.

En 2006, un autre orbiteur de la NASA, le Mars Renaissance Orbiter, a été mis en orbite. Depuis, il nous a envoyé plus de données sur Mars que toutes les autres missions réunies. Une année plus tard, la NASA y a envoyé le Mars Phoenix, un autre atterrisseur stationnaire. Malheureusement, la NASA a perdu contact avec lui après quelques mois et l’a déclaré mort en 2010.

Un nouveau rover de la NASA, bien plus puissant que tous les autres, le Curiosity, est arrivé sur Mars en 2012. Le design de Curiosity a inspiré le développement du rover Perseverance, qui a atterri sur Mars en février 2021. Une des missions principales de Perseverance est la collecte d’échantillons du sol de Mars. Il est prévu de ramener ces échantillons sur Terre en 2031, à l’occasion d’une mission conjointe de la NASA et de l’ESA. Les dernières nouvelles de Perseverance sont disponibles à la page suivante.

Enfin, n’oublions pas la mission ExoMars, une collaboration entre l’ESA et l’agence spatiale russe Roscosmos. La mission contient un atterrisseur, appelé Schiaparelli, envoyé en 2016 vers Mars mais qui s’est cassé lors de l’atterrissage et un orbiteur, appelé Trace Gas Orbiter, envoyé dans la même année et qui y est encore. Cette même mission prévoyait également d’envoyer en 2022 un rover baptisé Rosalind Franklin. Pour l’ESA, la recherche et la science sont des aspects centraux de la condition humaine. C’est ce que la parrainage du nom doit rappeler. (ESA, 2019a). Malheureusement, en vue de la situation actuelle, l’ESA a annulé complètement la mission ExoMars (Science.lu, 2022).

D’autres pays développent aussi des missions vers Mars :

• la mission Mars Orbiter Mission de l’Inde, arrivée en orbite en 2016,
• la mission Hope Probe des Émirats arabes unis, envoyée vers mars en 2020,
• la mission Tianwen-1 de la Chine, arrivée en orbite et sur mars en 2021,
• la mission Mars Moons Exploration Mission du Japon, prévue pour 2024.

Pour finir, remarquons que ce résumé donne l’impression que l’exploration de Mars est faite uniquement de missions réussies. En réalité, de nombreuses missions ont échoué. Un résumé de toutes les missions est disponible sur (Space.com, n.d.). Ceci illustre bien le fonctionnement de la recherche scientifique : l’histoire ne retient souvent que les réussites alors que chaque découverte, invention ou percée scientifique a été, est et sera toujours précédée de nombreux échecs, qui ne seront pas mentionnés et oubliés par après.

Bien sûr, la quête de l’univers et le défi d’aller plus loin ont toujours intéressé l’homme. Les raisons purement scientifiques d’aller explorer Mars sont les suivantes :

• la recherche de la vie sur Mars,
• caractériser le climat et la géologie de la planète rouge,
• préparer le terrain en vue d’une future exploration humaine.

Comprendre s’il y a une vie en dehors de la Terre est une question fondamentale. Mars étant la planète la plus semblable à la nôtre, est un endroit privilégié pour investiguer cette question.

Comprendre la géologie de Mars est important pour comprendre l’histoire de la planète. Étudier l’atmosphère de Mars peut aider à comprendre l’évolution de cette atmosphère et pourquoi Mars a aujourd’hui beaucoup moins d’atmosphère que la Terre. À long terme, ces études aideront à mieux comprendre notre Terre et les autres planètes du système solaire.

Enfin, un des buts ultimes est l’exploration humaine. Pour préparer le terrain, il est nécessaire d’étudier les risques à l’avance. C’est pourquoi des robots sont en train d’explorer et de catégoriser la surface de Mars.

Dans la vidéo suivante, Joel Levine, scientifique spécialiste des planètes, explique joliment pourquoi les missions sur Mars sont importantes du point de vue scientifique :

La vidéo fait partie d’une série de huit exposés sur Mars (TED, n.d.).

La question la plus excitante de toutes les missions sur Mars est probablement de découvrir s’il y a de la vie sur Mars, sous forme fossile ou même vivante.

Une journée martienne est proche des 24 heures terrestres et la planète a une inclinaison correspondante, de sorte qu’il y a des saisons martiennes et même des régimes climatiques qui correspondent au moins un peu aux nôtres. Beaucoup d’indices montrent que Mars était autrefois beaucoup plus semblable à notre planète Terre. Les photos et données qui nous parviennent des différents orbiteurs et sondes spatiales qui étudient Mars, indiquent que même si Mars est aujourd’hui une planète sèche, de l’eau a coulé sur Mars par le passé. Et qui dit eau, dit vie, car l’eau est l’élément principal du développement de la vie.

Les premières sondes, Viking 1 et Viking 2, qui se sont posées sur Mars dans les années 1970, n’ont pas trouvé de vie sur Mars. Ce n’est pas une preuve qu’il n’y a pas de vie. Au contraire, les microbes découverts au fond de lacs gelés en Antarctique par la NASA nous donnent l’espoir de trouver de la vie sur Mars, car le climat de l’Antarctique ressemble à celui de Mars aujourd’hui. Sur Terre, des microbes ont été trouvés dans des roches sédimentaires à plus de 1 000 mètres sous terre, mais aussi dans des dépôts de sels et des cheminées d’eau profonde (Alonso & Szostak, 2019). Ces découvertes indiquent que nos robots n’ont peut-être pas encore cherché aux bons endroits sur Mars.

La mission Viking avait en effet fait quatre expériences différentes pour voir s’il y avait des bactéries dans le sol martien. À l’époque, les résultats des quatre expériences semblaient écarter la possibilité de présence de vie. Mais aujourd’hui, presque 40 ans plus tard, les scientifiques peuvent expliquer l’échec des expériences de Viking et la quête de vie martienne reste ouverte.

Aujourd’hui, les scientifiques ont aussi développé des techniques beaucoup plus sophistiquées et discrètes pour détecter la présence de vie, actuelle ou passée. La plus connue est basée sur la détection et le séquençage de l’ADN. Toutefois, cette méthode est encore problématique : même si l’ADN est commun à toute vie terrestre, il n’est pas certain que la vie extraterrestre possède un ADN. Des recherches encore plus minutieuses s’appuient donc sur différents types de protéines et d’acides aminés pour rechercher des formes de vie extraterrestre (McKay & Parro García, 2014).

Le rover Curiosity de la NASA et le futur rover Rosalind Franklin sont équipés d’instruments de mesure permettant de réaliser des expériences basées sur ces nouvelles technologies afin de rechercher des traces de vie passée ou présente. Le choix du lieu d’atterrissage des rovers constitue un aspect stratégique.

Pour finir, la détection de gaz de biosignature dans l’atmosphère des planètes et exoplanètes constitue une autre méthode de recherche de vie. C’est l’une des missions du nouveau James Webb Space Telescope (Wolchover, 2021).

Paradoxe de Fermi : où sont-ils ?

La question de l’existence de vie dans l’univers en dehors de notre Terre est appelée paradoxe de Fermi. En 1950, le physicien Enrico Fermi (prix Nobel 1938) déjeune avec des collègues à Los Alamos. Ils discutent d’une bande dessinée sur des extraterrestres, parue dans le New Yorker, quand soudainement Fermi dit : « Où sont-ils ? ». Ses collègues comprennent tout de suite que Fermi fait référence au fait que le soleil est une étoile plutôt jeune dans notre galaxie. En conséquence, des civilisations plus avancées que la nôtre  auraient dû apparaître dans les systèmes planétaires plus anciens et auraient déjà dû coloniser notre galaxie d’une manière ou d’une autre et ainsi se montrer à nous. Remarquons cependant que Fermi ne doutait très probablement pas de l’existence d’autres civilisations. Des explications plus probables du paradoxe sont que les voyages inter-étoiles ne sont tout simplement pas possibles, que le voyage ne valait pas l’effort ou que les civilisations ne survivent pas assez longtemps pour développer les technologies nécessaires (Gray, 2015).

Nous avons vu dans les paragraphes précédents qu’un des problèmes dans la recherche de vie extraterrestre est le fait qu’on ne sait pas à quoi ressemblera exactement la vie en dehors de notre planète. Cette question n’est que le début d’une question beaucoup plus profonde : qu’est-ce que la vie ? Cette question de nature plutôt philosophique paraît toute simple, mais elle est actuellement très loin d’avoir une réponse claire, même d’un point de vue purement scientifique.

Au premier abord, il nous semble facile de décider si une chose est vivante ou non. Malheureusement, le monde est plein d’exemples qui se trouvent à la limite. Ainsi, certaines choses sont vivantes selon une définition, alors qu’elles ne le sont pas selon une autre définition. Dans la vie de tous les jours, ceci ne pose pas de problème majeur. En revanche, c’est une catastrophe dans le domaine scientifique, comme l’explique le microbiologiste Radu Popa à la NASA : « C’est intolérable pour toute science. […] Une science dans laquelle l’objet le plus important n’a pas de définition ? C’est absolument inacceptable. Comment allons-nous en discuter si vous pensez que la définition de la vie a quelque chose à voir avec l’ADN, et que je pense qu’elle a quelque chose à voir avec les systèmes dynamiques ? […] Nous ne pouvons pas trouver la vie sur Mars parce que nous ne pouvons pas nous mettre d’accord sur ce qu’est la vie. » (Zimmer, 2021).

Trouver une définition de la vie qui satisfait tout le monde s’avère très compliqué. C’est ce qu’a essayé de faire le biologiste moléculaire Edward Trifonov en 2011. Il a passé en revue 123 définitions courantes de la vie et a essayé d’y voir une sous-définition commune. Le résultat final était que la vie serait une « autoreproduction avec variation ». Or cette définition a rapidement été écartée : un virus informatique s’autoreproduit avec variation, mais personne ne dirait qu’il est vivant.

C’est ici que les philosophes essaient de trouver une réponse en adoptant différentes voix. Un des courants de la philosophie adhère au principe de l’opérationnisme, selon lequel il n‘est pas absolument nécessaire de trouver une définition universelle de la vie. Chaque domaine de recherche scientifique travaille avec la définition qui lui convient le mieux. Ainsi, la définition que la NASA utilise pour chercher de la vie en dehors de notre planète diffère de celle que les médecins utilisent pour distinguer entre vivant et mort. Mais ce n’est pas grave, l’important étant que la définition fonctionne pour son propre domaine de recherche.

Un autre courant va plutôt dans la direction de la ressemblance familiale, qui est une idée philosophique selon laquelle on classifie des objets dans différents groupes, les objets dans le même groupe pouvant être reliés entre eux par des similitudes sans nécessairement tous partager une similitude commune. Prenons un exemple pour illustrer cette idée : si on demande à une personne de donner une définition du mot jeu, elle ne va probablement pas y arriver. Un jeu peut se jouer à deux, à plusieurs ou même seul. Un jeu peut avoir un gagnant et un perdant, mais ne doit pas nécessairement satisfaire à ce critère. Un jeu peut être pour des enfants, mais il existe aussi des jeux pour adultes. Trouver une définition claire et nette du terme jeu n’est, de toute évidence, pas simple. Or, si on nous demande d’identifier parmi différents objets ceux qui sont des jeux, nous n’aurons probablement aucun problème à le faire. Intuitivement, nous savons reconnaître un jeu, sans en avoir une définition exacte. Un jeu satisfait à un certain nombre de critères parmi une liste de critères, mais sans satisfaire nécessairement à tous ces critères. Et si c’était pareil avec le terme vie ? Dans (Abbott & Persson, 2021), des chercheurs de l’université de Lund ont classifié une longue liste de choses dans différentes catégories en espérant trouver la catégorie qui définit la vie. Ils ont essayé d’établir une liste de propriétés qui sont associées à la vie sans que chaque objet vivant satisfasse nécessairement à tous ces critères. Cette approche pose malheureusement problème aussi. Une des propriétés des choses vivantes était l’ordre (les êtres vivants ont des structures coordonnées et organisées), à l’instar des flocons de neige (qu’on ne peut cependant pas classer dans la catégorie des choses vivantes). Une autre propriété était celle de l’ADN. Or les globules rouges n’ont pas d’ADN, alors qu’on aimerait bien les classer dans la catégorie des choses vivantes.

Une catégorie d’organismes a vraiment changé la donne sur ce qui est la vie : les extrémophiles. Ce sont des organismes dont les conditions de vie normale sont mortelles pour la plupart des autres organismes. Le tardigrade en est un exemple bien connu.

Le tardigrade, le plus mignon des extrémophiles

Le tardigrade, aussi appelé ourson d’eau, est un organisme d’un demi-millimètre de long (juste assez pour être vu à l’œil nu) qui vit un peu partout sur la planète. On le trouve dans l’eau salée ou douce, ainsi que dans des endroits terrestres humides, comme dans les mousses des forêts. Le tardigrade est souvent désigné comme champion de l’extrême, car il peut survivre dans des conditions les plus hostiles : il supporte des températures de -272 à 150 °C et des pressions jusqu’à 6 000 bars. Il peut aussi être exposé à des rayonnements ultraviolets et X. Il peut être privé de nourriture et d’eau et se mettre en état de stase pendant plus que 10 ans. Une fois son état de stase fini, il peut réactiver son métabolisme.

Lors de l’expérience TARDIS (Tardigrades in Space), des chercheurs de l’ESA ont envoyé, en 2007, 3 000 tardigrades sur une mission spatiale de 12 jours. « Notre principale découverte est que le vide spatial, qui entraîne une déshydratation extrême et des radiations cosmiques, n’était pas un problème pour les oursons d’eau », explique le chef du projet TARDIS (ESA, 2008).

Récemment, des tardigrades ont été installés par l’ESA pendant plus longtemps à l’extérieur de la station spatiale internationale (ISS) et ont survécu au vide spatial, aux températures extrêmes et au rayonnement solaire. Auparavant, les scientifiques étaient convaincus que ces conditions étaient incompatibles avec une quelconque vie (ESA, n.d.a).

Nous vous invitons également à consulter l’activité Les Oursons de l’Espace de ESERO Luxembourg.

Carole Cleland, philosophe de l’Université du Colorado, propose une approche encore plus radicale. Pendant des années, elle a observé, collaboré et discuté avec de nombreux chercheurs de différents domaines et de différentes institutions (notamment la NASA). Leur point commun : leurs recherches s’intéressaient à la vie. Elle en a tiré une série d’articles scientifiques qui ont été regroupés dans un livre (Cleland, 2019). Sa conclusion : les scientifiques devraient tout simplement arrêter de chercher une définition de la vie, car il s’agirait d’un de ces concepts indéfinissables. Après tout, d’après Cleland, « nous ne voulons pas savoir ce que le mot vie signifie pour nous, mais nous voulons savoir ce qu’est la vie ».

Pour un aperçu complet des discussions scientifiques et philosophiques autour de la vie, nous renvoyons le lecteur vers (Zimmer, 2021) ou (Zimmer 2021a).

Envoyer des robots sur Mars présente de nombreux avantages. Tout d’abord, il est beaucoup plus facile d’assurer la sécurité d’un robot que celle d’un être humain. Lorsque les hommes ne savaient pas mieux faire, ils envoyaient des animaux comme des chiens ou des singes en mission spatiale pour découvrir tout ce dont un être humain avait besoin. Aujourd’hui, nous savons qu’il peut être très dangereux pour les humains d’aller beaucoup plus loin dans l’espace que l’ISS (International Space Station). De plus, les missions robotisées sont toujours moins chères qu’une mission avec des humains (même si elles sont clairement moins spectaculaires). D’un point de vue organisationnel, les robots sont moins vulnérables que les humains et peuvent opérer dans des environnements beaucoup plus hostiles. Enfin, il y a de nombreuses tâches qu’un robot peut mieux accomplir qu’un humain.

Cependant, comme nous l’avons vu dans ce module, ces robots ne peuvent pas être programmés depuis la Terre, car un signal provenant de la Terre prendrait trop de temps (plus ou moins 20 minutes) pour parcourir le trajet entre la Terre et Mars. Ces robots doivent donc être programmés à l’avance et fonctionner ensuite de manière autonome.

Sur Mars, les robots collectent beaucoup d’informations qu’ils doivent envoyer à la Terre. Cela représente un flux de données assez important qui ne peut actuellement pas être traité dans l’espace et doit être envoyé sous forme de données brutes. De plus, les rovers martiens ne disposent pas de tous les laboratoires disponibles ici sur Terre. En dehors de l’ISS, on ne peut aujourd’hui utiliser dans l’espace que des ordinateurs dont la puissance est à peu près équivalente à celle dont nous disposions sur Terre il y a 20 ans. « Sans la protection du champ magnétique terrestre ou le blindage de l’ISS », explique le professeur Marcus Völp, chercheur au SnT (Interdisciplinary Centre for Security, Reliability and Trust) de l’Université du Luxembourg, « les ordinateurs que nous utilisons sur Terre feraient beaucoup d’erreurs et finiraient par griller à cause des radiations dans l’espace. Pourtant, nous avons besoin de puissance de calcul, au plus tard lorsque nous voulons récupérer les matières premières des astéroïdes à l’aide d’essaims de robots. » C’est pourquoi la recherche investit dans le développement de « superordinateurs » qui seront capables de fonctionner dans l’espace et de traiter les données brutes directement sur place, pour n’envoyer que les données exploitables.

« Bien entendu, nous devons rendre les robots et les superordinateurs sûrs par rapport aux sources d’erreurs naturelles », poursuit le professeur Völp, « mais nous devons aussi les protéger contre le sabotage. La meilleure façon d’y parvenir est de permettre au robot de faire des erreurs, comme le font parfois les élèves à l’école, sans que rien de grave ne se produise (par exemple en permettant à d’autres élèves d’aider d’autres élèves et à d’autres robots d’aider d’autres robots). »

L’ISS accueille d’ores et déjà des astronautes, qui seront bientôt près de la Lune, et un jour sur Mars. Toutefois, nous ne pouvons pas former tous les astronautes à l’informatique : ces superordinateurs doivent donc être aussi autonomes que possible. C’est là que l’intelligence artificielle entre en jeu.

L’intelligence artificielle jouera également un rôle de plus en plus important dans les robots. L’Agence spatiale européenne (ESA) et la National Aeronautics and Space Administration (NASA) prévoient d’envoyer un rover sur Mars en 2026. Il aura pour mission de récupérer des tubes contenant des échantillons de sol martien. Ces tubes auront été déposés au préalable sur le sol par le rover Perseverance (voir plus haut). Le nouveau rover s’appellera Fetch (de l’anglais « to fetch » qui signifie « récupérer »). Il devra être capable de se déplacer de manière aussi autonome que possible, de trouver les tubes et de les récupérer. Pour ce faire, le rover Fetch utilisera des techniques d’intelligence artificielle et de reconnaissance d’image pour trouver de manière autonome les tubes posés sur le sol (ESA, 2020).

L’Université du Luxembourg et le SnT mènent des recherches dans tous ces domaines : la tolérance des erreurs, l’intelligence artificielle sur les robots et bien d’autres encore.

Vidéos éducatives

Les vidéos suivantes peuvent être utilisés pour commencer la leçon.

Paxi visite la planète rouge

Paxi : Les martiens existent-ils ?

Exomars : un avenir prometteur

Quizz Kahoot

Les expéditions vers Mars

Atmosphère et vie sur Mars

Valles Marineris

Mont Olympe

Les grottes martiennes

Références

Abbott, Jessica K. & Persson, Eric. (2021). The problem of defining life: a case study using family resemblance. [Preprint]
Alonso, Ricardo. & Szostak, Jack W. (2019). The Origin of Life on Earth. Scientific American, September 2019
Cleland, Carol. (2019). The Quest for a Universal Theory of Life: Searching for Life As We Don’t Know It (Cambridge Astrobiology). Cambridge: Cambridge University Press.
European Space Agency, ESA. (2008). Tiny animals survive exposure to space. https://www.esa.int/Science_Exploration/Human_and_Robotic_Exploration/Research/Tiny_animals_survive_exposure_to_space
European Space Agency, ESA. (2019). Missions to Mars. https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2019/05/Missions_to_Mars
European Space Agency, ESA. (2019a). ESA’s Mars rover has a name: Rosalind Franklin. https://www.esa.int/Science_Exploration/Human_and_Robotic_Exploration/Exploration/ExoMars/ESA_s_Mars_rover_has_a_name_Rosalind_Franklin
Euorpean Space Agency, ESA. (2020). Sample Fetch Rover for Mars Sample Return campaign. https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Videos/2020/02/Sample_Fetch_Rover_for_Mars_Sample_Return_campaign
European Space Agency, ESA. (n.d.). Exploring Mars. https://www.esa.int/Science_Exploration/Human_and_Robotic_Exploration/Exploration/Mars
European Space Agency, ESA. (n.d.a). Exposure to space and Mars. https://www.esa.int/Science_Exploration/Human_and_Robotic_Exploration/Blue_dot/Exposure_to_space_and_Mars
Gray, Robert H. (2015). The fermi paradox is neither Fermi’s nor a paradox. Astrobiology, 2015 Mar;15(3):195-9.
McKay, Christopher P. &  Parro García, Victor. (2014). Thow to Search for Life on Mars. Scientific American, June 2014
Science.lu. (2022). ESA stoppt gemeinsame Mars-Mission mit Russland. https://science.lu/de/esa-stoppt-gemeinsame-mars-mission-mit-russland
Space.com (n.d.). Mars missions: A brief history. https://www.space.com/13558-historic-mars-missions.html
TED (n.d.). What’s the big deal about Mars. https://www.ted.com/playlists/414/what_s_the_big_deal_about_mars
Wolchover, Natalie. (2021). The Webb Space Telescope Will Rewrite Cosmic History. If it Works. Quantamagazine. https://www.quantamagazine.org/why-nasas-james-webb-space-telescope-matters-so-much-20211203/
Zimmer, Carl. (2021). What is Life ? The Vast Diversity defies easy Definition. Quantamagazine. https://www.quantamagazine.org/what-is-life-its-vast-diversity-defies-easy-definition-20210309/
Zimmer, Carl. (2021a). Life’s Edge. The Search for what it means to be alive. New York, NY : Dutton.