C'est le Saint Graal de l'exploration martienne, un projet pharaonique dont la complexit� technique, le nombre d'�tapes cl�s � franchir et le potentiel scientifique donnent le vertige. Evoqu�e depuis des d�cennies, sans cesse repouss�e ou annul�e pour cause de verrous technologiques et de budgets faramineux, c'est la mission qui pourrait r�volutionner nos connaissances sur la plan�te rouge, voire r�pondre � l'une des questions fondamentales que l'homme se pose depuis qu'il a lev� les yeux vers le ciel �toil� : sommes-nous seuls dans l'Univers ? Son nom tient en trois lettres : MSR, pour Mars Sample Return. Soit retour d'�chantillons martiens en fran�ais.

Son principe est assez simple, du moins en apparence : faire atterrir sur Mars une sonde, id�alement mobile, capable de collecter des �chantillons d'air, de sols, de roches et de poussi�re, placer ceux-ci dans une capsule, installer cette derni�re au sommet d'une petite fus�e, pour faire revenir la pr�cieuse cargaison vers la Terre. La principale raison d'une telle entreprise ? La puissance des instruments qui �quipent les laboratoires terrestres, et qui reste sans commune mesure avec celles des appareils d'analyse qui �quipent nos sondes d'exploration, quelque soit leur niveau de sophistication.

Certaines op�rations seraient en effet tr�s difficiles � automatiser sur Mars. Comment concevoir par exemple un rover capable de r�aliser des lames minces de roche de 30 microns d'�paisseur, pour pouvoir ensuite examiner ces derni�res � distance gr�ce � des microscopes, et y rechercher des microfossiles ? Certains �quipements sont aussi tout bonnement impossibles � miniaturiser et � spatialiser. Nous ne sommes pas pr�ts d'envoyer sur Mars un microscope �lectronique � transmission ou une sonde ionique, pour ne rien dire d'un synchrotron, non seulement � cause de la masse des appareils en question, mais aussi parce qu'il faut appliquer aux �chantillons des traitements bien souvent laborieux avant de pouvoir se livrer � la moindre analyse.

Mais attendez un peu. Pourquoi vouloir d�penser des dizaines de milliards pour rapatrier sur Terre quelques roches martiennes, alors que nous poss�dons d�j�, dans les tiroirs et coffres de nos mus�es et laboratoires, de superbes sp�cimens de m�t�orites martiennes, d'ailleurs toujours plus nombreuses et plus diversifi�es, � mesure que les trouvailles s'accumulent. Pourquoi vouloir se lancer dans une entreprise incroyablement risqu�e, horriblement ch�re et qui n�cessitera des collaborations internationales, pour collecter des roches similaires � celles que la Nature nous a fournies gracieusement sur Terre ?

Simplement parce que, aussi fascinantes soient-elles, les m�t�orites martiennes pr�sentent beaucoup trop d'inconv�nients quand il s'agit de forcer la plan�te rouge � nous livrer ses secrets. Premi�rement, leur origine n'est pas certaine � 100 %, et seul un retour d'�chantillons permettra justement de confirmer que ces cailloux c�lestes proviennent bel et bien de Mars. Deuxi�mement, malgr� des efforts notables de recoupement entre leur composition min�ralogique et chimique, et les observations men�es depuis l'orbite, nous ne savons toujours pas de quelles r�gions elles sont les repr�sentantes. Leur contexte g�ologique est inconnu, toute comme leur orientation par rapport au terrain d'o� elles proviennent (un �l�ment indispensable pour les mesures pal�o-magn�tiques). Lorsqu'un g�ologue pr�l�ve une roche sur Terre, il doit noter le maximum d'information sur la collecte elle-m�me et sur le terrain o� elle a lieu. Ce n'est que replac�e dans son contexte que la roche pourra livrer son histoire, et cette r�gle universelle est valable quelque soit la plan�te explor�e.

Troisi�me �cueil, les m�t�orites martiennes ne sont gu�re vari�es du point de vue g�ologique : ce sont pratiquement toutes des roches volcaniques peu �volu�es et assez jeunes, dont l'�ge est � chaque fois, hormis pour l'une d'entre elles (ALH84001), inf�rieur � 1,4 milliard d'ann�es. Les terrains les plus anciens de la plan�te Mars (noachien et hesp�rien) sont donc tr�s mal repr�sent�s. De plus, aucune m�t�orite martienne d'origine s�dimentaire n'a jamais �t� trouv�e sur Terre, sans doute parce que ce type de roches faiblement consolid�e ne pourrait pas survivre � un impact puis � une rentr�e dans l'atmosph�re terrestre.

Ayant �t� arrach�es sans crier gare de la plan�te rouge par la chute d'un ast�ro�de, les m�t�orites martiennes sont aussi par d�finition choqu�es, � des degr�s plus ou moins vari�s. Leur min�ralogie ainsi que leur composition isotopique ont ainsi �t� affect�s par une �l�vation brutale de la temp�rature, mais �galement par une vague de pression tr�s forte (jusqu'� 60 giga-pascal) subie au moment de l'�jection. Enfin, l'irradiation encaiss�e durant le voyage qu'elles ont effectu� dans l'espace (et qui peut durer des millions d'ann�es) ainsi que la rentr�e atmosph�rique elle-m�me, ajoutent encore aux outrages li�s � l'impact initial. Finalement, une fois sur Terre, elles sont rapidement alt�r�es par le climat, et contamin�es par des mat�riaux terrestres (min�raux ou organiques). On le voit, les plan�tologues sont pour l'instant contraints d'analyser ce que la plan�te Mars a bien voulu nous faire parvenir, et ces roches tomb�es du ciel, toutes miraculeuses soient-elles, ne sont pas forc�ment les plus int�ressantes, ni celles que les scientifiques auraient pr�lev� s'ils avaient eu le luxe de pouvoir faire un choix.

Ce dossier, consacr� aux missions de retour d'�chantillons martiens, est d�coup� en quatre parties. Apr�s un bref rappel historique, qui montre combien ce type d'entreprise occupe l'esprit des ing�nieurs et scientifiques depuis le d�but de la conqu�te spatiale, nous examinerons un exemple de sc�nario propos�, celui du projet franco-am�ricain  du programme Mars Surveyor de la NASA dans les ann�es 2000. Nous �tudierons ensuite d'une mani�re plus g�n�rale les diff�rentes �tapes charni�res d'une mission capable de ramener sur Terre des fragments de Mars, avant d'aborder pour terminer un composant terrestre essentiel � cette mission : le laboratoire au sein duquel seront r�cup�r�s, analys�s et stock�s les �chantillons, le SRF.

Une lancinante obsession : le retour d'�chantillons dans les ann�es 1970 et 1980

De par leur immense potentiel, les missions de retour d'�chantillons martiens ont clairement �t� l'une des priorit�s majeures des agences spatiales � partir des ann�es 1970, que ce soit du c�t� am�ricain ou du c�t� sovi�tique. Apr�s le triomphe des missions Viking en 1976, la NASA �tudia notamment de nombreux projets robotiques pour continuer l'exploration de la plan�te rouge. Parmi eux se trouvaient des missions de rapatriement d'�chantillons, vues comme la suite logique des Viking, et seules capables d'offrir le meilleur retour sur investissement possible d'un point de vue scientifique. Le retour d'�chantillons constituait une sorte de fil rouge pour le futur, ce qui est encore le cas aujourd'hui.

Avec le recul, quand on prend en compte l'incroyable complexit� d'une telle mission, il appara�t clairement que tous les projets propos�s vers la fin des ann�es 1970 et les ann�es 1980 se caract�risaient par des ambitions d�mesur�es, un optimisme exag�r� quant aux prouesses techniques imagin�es, pour ne rien dire des masses faramineuses � lancer vers Mars (la navette spatiale �tant encore vue � l'�poque comme une solution optimale, fiable et bon march�), avec les co�ts associ�s. En fait, tous les sc�narios envisag�s �taient totalement irr�alistes, fruit d'une grande na�vet�. Reste qu'un certain nombre d'id�es novatrices avaient d�j� vu le jour, et sont toujours consid�r�es aujourd'hui comme des �l�ments cl�s.

Exploration des calottes polaires

Pour donner une id�e des projets grandioses de retour d'�chantillons imagin�s dans le pass�, citons pour commencer un exemple frappant, � porter au cr�dit des scientifiques (comme nous le verrons juste un peu plus bas, les ing�nieurs ne sont pas en reste). Juste apr�s Viking, des chercheurs s'�taient donn�s pour ambition d'�tudier les calottes polaires martiennes, en collectant une carotte de glace de 50 m�tres de longueur, pour la ramener ensuite sur Terre.

L'objectif derri�re ce projet (baptis� Mars Polar Ice Sample Return) �tait de d�chiffrer l'histoire de Mars au travers des enregistrements laiss�s dans la glace par les climats pass�s et l'�volution de l'atmosph�re. Il est effectivement probable que comme sur Terre, la glace martienne des p�les ait gard�e les traces de tr�s nombreux �v�nements ayant ponctu� l'histoire de Mars, comme des �ruptions volcaniques, des impacts d'ast�ro�des et de com�tes, des temp�tes de poussi�res, sans parler de la lib�ration de certains gaz ayant un int�r�t exobiologique (comme le m�thane), ou l'accumulation de particules organiques.

En 1986, Mars Polar Ice Sample Return consistait � envoyer, gr�ce � la navette spatiale, un atterrisseur tr�s lourd, d�riv� des Viking, accompagn� d'un satellite permettant un rendez-vous en orbite avec le container prot�geant le ruban de glace. Comme pour Viking, l'orbiteur aurait cartographi� les calottes depuis l'orbite pour choisir un site d'atterrissage convenable, puis l'atterrisseur se serait s�par� de son vaisseau porteur.

Or, � cause des difficult�s d'atterrissage au niveau des hautes latitudes, des imp�ratifs de protection plan�taire et des probl�matiques de pr�servation des �chantillons dans leur �tat initial, le pr�l�vement de glace est un objectif situ� � la limite du possible, y compris encore aujourd'hui. La r�frig�ration de la carotte de glace (surtout durant des �tapes o� le stress thermique est tr�s important, comme la rentr�e atmosph�rique), depuis sa collecte jusqu'� l'arriv�e sur Terre, �tait d'une importance vitale dans la r�ussite de la mission, tout comme la conduite des op�rations m�caniques (forage) � tr�s basse temp�rature (-128�C). Ces deux imp�ratifs comportaient des challenges techniques significatifs, qui, m�me actuellement, restent totalement r�dhibitoires.

De l'importance des rovers : pourquoi ramasser ce qui tra�ne sur place si on peut se d�placer et explorer ?

L'un des premiers sc�narios MSR propos�s, juste apr�s l'atterrissage des sondes Viking en 1976, consistait � envoyer sur Mars une r�plique am�lior�e des atterrisseurs. Statique, comme son pr�d�cesseur, l'engin ne pouvait que pr�lever localement des �chantillons, sans pouvoir se d�placer, avant de ranger ceux-ci dans un v�hicule de remont�e, capable ensuite de rejoindre directement la Terre, sans passer par un rendez-vous interm�diaire en orbite martienne.

Ce projet, port� par la soci�t� Martin Marietta, et dont l'architecture restait relativement simple, pr�sentait toutefois plusieurs inconv�nients, dont celui d'�tre contraint et forc� de ramasser les �chantillons situ�s � port�e imm�diate du bras robotique, sans pouvoir effectuer un v�ritable choix. La technique consistant � r�cup�rer directement ce qui se trouve autour de l'atterrisseur (grab sample en anglais) gr�ce � des dispositifs de collecte plus ou moins rudimentaires et vari�s (pelle, r�teau, rubans et plaques enduites d'une substance collante, foret) pr�sente effectivement tr�s peu d'int�r�t d'un point de vue scientifique. A l'oppos�, la mise en œuvre d'un v�hicule roulant offrait la possibilit� de r�aliser un travail d'�chantillonnage bien plus s�rieux, int�ressant et cr�dible.

Post-Viking, les rovers �taient d�j� consid�r�s par de nombreux ing�nieurs am�ricains comme l'avenir de l'exploration martienne, et ils ont �t� rapidement privil�gi�s par le Jet Propulsion Laboratory (JPL), le centre de la NASA en charge des missions d'exploration du syst�me solaire. Ce n'est d'ailleurs pas un hasard si le JPL a d�velopp� depuis une immense et impressionnante expertise avec ce type d'engins, depuis le petit robot Sojourner de la mission Pathfinder en 1997, jusqu'aux monstres de technologie que sont les rovers Curiosity et Mars 2020, en passant par les v�hicules de taille interm�diaire Spirit et Opportunity.

Assez rapidement, la capacit� � pouvoir se d�placer � la surface de Mars pour pouvoir collecter les �chantillons les plus pertinents sur une large zone devient donc un �l�ment cl� des missions de retour d'�chantillons. Dans le cadre du projet MSRS (Mars Sample Return System, �tudi� conjointement entre 1983 et 1989 par le JPL et le Johnson Space Center), les ing�nieurs imaginent des robots tr�s sophistiqu�s, pour explorer la surface sur de longues distances et ouvrir des acc�s scientifiques au sein de r�gions accident�es et sur lesquelles il �tait tr�s risqu� de se poser directement.

L'un des v�hicules con�us �tait ainsi compos� de trois segments ind�pendants articul�s les uns avec les autres, chacun dot� de deux roues de 50 cm de diam�tre (soit la taille des roues de Curiosity), et pesant 600 kg. Equip� de nombreux instruments scientifiques, de deux bras robotiques, d'un dispositif de forage, aliment� par un g�n�rateur thermo�lectrique radioisotopique (RTG) similaire � ceux des atterrisseurs Viking, sa mission �tait de collecter plusieurs kilogrammes de roches pour les charger dans une fus�e de remont�e. Les d�placements du rover �taient programm�s depuis la Terre, les communications �tant rendues possibles par la pr�sence d'un satellite de t�l�communication, envoy� sur place pour l'occasion. Dans d'autres sc�narios, un second rover �tait pr�sent, pour fonctionner en tandem avec le premier, l'un pouvant aider l'autre dans la cartographie de la surface, indispensable � la planification des d�placements ainsi qu'� l'identification des r�gions les plus int�ressantes d'un point de vue scientifique.

Propos�s au milieu des ann�es 1980, ces sc�narios �taient, comme nous pouvons le voir, d�j� tr�s ambitieux. L'engin d'exploration du programme martien actuel qui se rapproche le plus de ce v�hicule n'est autre que le rover Curiosity, qui explore le crat�re Gale depuis 2012. A l'�poque, les ing�nieurs pensaient pouvoir franchir des distances tr�s importantes, et parcourir jusqu'� 1000 kilom�tres. A titre de comparaison, depuis son atterrissage en 2004 et jusqu'� la fin des communications en juin 2018 (soit une p�riode de fonctionnement de 14 ans), le rover Opportunity a d�ambul� sur environ ... 45 kilom�tres ! On mesure ici l'�cart tr�s important des premiers projets de retour d'�chantillons avec l'implacable r�alit�.

Retour d'�chantillons tout-en-un

Etant donn� que toute mission de retour d'�chantillons implique la r�alisation d'�tapes charni�res, bien identifi�es, comme la capacit� � atterrir sur Mars, la collecte de petites quantit�s de gaz, de sols et de roches, l'envoi des �chantillons dans l'espace, que ce soit pour un rendez-vous en orbite martienne avec un v�hicule de retour, ou une injection directe vers la Terre, sans oublier les communications radio, le nombre de briques techniques n�cessaires devient rapidement tr�s important. Si les sc�narios actuels pr�voient des lancements �tal�s dans le temps, il y a plusieurs d�cennies, les ing�nieurs n'h�sitaient pas � envisager des vaisseaux monstrueux et modulaires, v�ritables couteaux suisses spatiaux.

Sur ce sujet, on peut citer l'IVS (Interplanetary Vehicle System) propos� en 1984, qui aurait pes� presque 10 tonnes, et dont la mise en orbite martienne �tait effectu�e par a�rocapture (une technique qui n'a encore jamais �t� mise en œuvre � ce jour). Poss�dant un fuselage biconique h�rit� des t�tes d'ogives nucl�aires, il renfermait un nombre invraisemblable de modules robotiques con�us pour mener � bien l'une ou l'autre des �tapes cruciales d'un retour d'�chantillons.

Voyons plus en d�tails de quoi il retournait : l'IVS comportait deux blocs principaux. Le premier, baptis� MEC (Mars Entry Capsule, avec sa barri�re biologique), et supportant le syst�me d'entr�e (MES, Mars Entry System), contenait une plateforme d'atterrissage (Mars Lander Module, MLM), elle-m�me �quip�e d'un rover aliment� par RTG, le container � �chantillons (SCA, Sample Canister Assembly), la fus�e de remont�e � trois �tages et son module de rendez-vous (MABM, Mars Ascent Boost Vehicle et MRV, Mars Rendez-vous vehicle). Le second compartiment comportait un orbiteur de cartographie et de t�l�communication (MOV, dot� de panneaux solaires), et englobait �galement le v�hicule de retour (ERV), avec sa capsule de retour de 50 kg (EOC, capable de contenir 5 kg d'�chantillons rang�s dans 20 tubes), au sein de laquelle �tait sens� prendre place le SCA.

Deux vols de navette spatiale auraient �t� n�cessaires pour monter ce gigantesque m�cano en orbite terrestre, ainsi que l'�tage sup�rieur Centaur indispensable pour l'injection vers Mars. Pour la descente vers le sol martien, le module d'atterrissage comportait un syst�me d'�vitement de dangers pour n�gocier les diff�rents obstacles pouvant mettre un terme aussi brutal que d�finitif � la mission (rochers, pentes trop importantes, etc.), un syst�me qui m�me encore aujourd'hui n'a encore jamais �t� test� sur Mars (le dispositif TRN de la mission Mars 2020 est ce qui s'en approche le plus). La fus�e de remont�e pesait 2 000 kg, mesurait 5,4 m�tres de hauteur (pour un diam�tre de 2 m�tres), et il fallait une grue pour hisser les �chantillons au sommet (le chargement s'effectuant alors que la fus�e �tait d�j� dress�e � la verticale). Revu en 1986 pour en diminuer le co�t, la complexit� et la masse, ce projet m�galomaniaque fut finalement abandonn�. Inutile de pr�ciser que ce type d'architecture tout-en-un, dont la sophistication augmente en fl�che les risques, n'est plus � l'ordre du jour.

Face � l'inflation faramineuse des budgets d'une mission de retour d'�chantillons, qui sont encore augment�s par l'imp�ratif de respect des r�gles de protection plan�taire (une th�matique qui fera l'objet d'un dossier ind�pendant), les ing�nieurs se sont creus�s la t�te pour tenter de faire baisser l'addition. De nombreuses options ont ainsi �t� �tudi�es, comme l'a�rocapture pour la mise en orbite du v�hicule de retour, la fabrication sur place de carburants pour la fus�e de remont�e (ISRU), la diminution de la masse des �chantillons � faire revenir sur Terre, l'�limination des rovers (les �chantillons �tant alors collect�s � l'endroit m�me o� le v�hicule de retour se pose), le positionnement du MAV sur le rover plut�t que sur une plateforme statique, ou encore un retour direct vers la Terre sans passer par un rendez-vous orbital. Mais, pour chacune de ces options, les avantages sont toujours associ�s � des inconv�nients de m�me ampleur.

Ainsi, un retour direct peut sembler une bonne id�e, tant le ballet orbital permettant � un engin d'aller attraper un petit container sph�rique en orbite martienne para�t complexe et risqu�. La mise en œuvre d'une fus�e de retour capable, depuis la surface martienne, d'atteindre directement la Terre, implique cependant de poser au sol des masses consid�rables, et diminue �galement fortement la quantit� d'�chantillons r�cup�r�s (100 grammes au lieu de plusieurs kilogrammes).

Quelque soit le sc�nario �labor�, aucune solution g�niale n'a jamais �t� trouv�e, et par cons�quent, aucune mission de retour d'�chantillons ne s'est jamais concr�tis�e, y compris les plus simples, comme la r�cup�ration d'une petite quantit� d'air et de poussi�re lors d'un passage unique dans l'atmosph�re martienne, � plusieurs dizaines de kilom�tres d'altitude (une id�e propos�e par le projet SCIM dans le cadre des missions Scout de la NASA en 2002).

La solution d'une collaboration internationale

Suite � l'annulation successive d'une multitude de projets de retour d'�chantillons au grand dam des scientifiques, les ing�nieurs se rendirent compte de la n�cessit� de simplifier les architectures propos�es, et de r�duire encore plus les co�ts en partageant les d�penses entre des partenaires internationaux. Le projet iMRSR (international Mars Rover Sample Return) proposait ainsi de faire porter la charge du v�hicule de retour � un partenaire non am�ricain (les �chantillons �tant ensuite r�cup�r�s sur l'ISS et descendu sur Terre via la navette spatiale). Fragilis� par l'accident de la navette Challenger en 1986, il sera annul� dans le sillage de la Space Exploration Initiative (SEI) propos�e par le pr�sident George H. W. Bush, et dont le co�t estim� de 500 milliards r�parti sur 20 � 30 ans fut jug� compl�tement d�lirant.

Petit � petit, les missions de retour d'�chantillons finirent par perdre leur aura � l'aube des ann�es 1990, et l'int�r�t de la NASA se porta de plus en plus vers des missions de r�seaux, dont le concept, qui consiste � envoyer vers Mars des essaims de stations de mesures pour r�aliser des �tudes m�t�orologiques et sismiques corr�l�es, recevra de plus en plus de support de la part des d�cideurs. H�las, l� encore, les ing�nieurs et les scientifiques prennent leurs r�ves pour la r�alit�, et l'ambitieux projet MESUR (dont l'objectif �tait de d�ployer 16 stations au sol), et ce malgr� son immense int�r�t scientifique, finira lui aussi par �tre annul�. La seule concr�tisation dans la r�alit� de ce projet pharaonique sera le lancement d'un seul module porteur d'une toute petite charge utile, le d�monstrateur technologique Pathfinder, en 1996 (on le voit l� encore, la comparaison entre ce qui �tait imagin� et ce qui a vraiment eu lieu est �difiante).

Pour la d�fense des agences spatiales, il faut reconna�tre que suite aux missions Viking de 1976, et apr�s la perte dramatique de la sonde Mars Observer en 1992, notre connaissance de Mars au d�but des ann�es 90 �tait encore tr�s parcellaire. La situation est radicalement diff�rente aujourd'hui. Suite � la reprise du programme d'exploration martien au d�but des ann�es 2000, deux points fondamentaux pour une mission de retour d'�chantillons vont changer la donne : une cartographie toujours plus pr�cise de la surface de Mars, notamment d'un point de vue min�ralogique et altim�trique, et la pr�sence sur place d'un nombre toujours plus grand de sondes orbitales capables de jouer le r�le de satellites de t�l�communications. Auparavant, les missions MSR incluaient leurs propres satellites de support, et dont les r�les �taient multiples : ils devaient en effet r�aliser une cartographie depuis l'orbite martienne, et permettre la reconnaissance et la certification de sites d'atterrissage, avant d'enclencher la d�-orbitation (s�paration) du module d'atterrissage proprement dit. Ces satellites devaient aussi relayer les communications entre les engins au sol et les centres de contr�le terrestres. A l'�poque, les agences spatiales ne disposaient pas de l'importante infrastructure de t�l�communication qui existe aujourd'hui autour de Mars (plusieurs orbiteurs am�ricains, �paul�s par des satellites europ�ens). Il est int�ressant de rappeler que pour communiquer avec la Terre, Curiosity s'appuie sur une flottille de satellites envoy�s pour certains plus de dix ann�es auparavant. A cela s'ajoute, du c�t� am�ricain, une maitrise toujours plus grande des atterrissages, une am�lioration spectaculaire de leur pr�cision, et une augmentation des masses d�pos�es en douceur sur le sol martien (qui plafonne maintenant � une tonne).

Apr�s la p�riode creuse du d�but des ann�es 90s, il faudra attendre 1996, et le cataclysme provoqu� par l'annonce de la d�couverte de formes de vie potentielles dans la m�t�orite martienne ALH84001, pour que les missions de retour d'�chantillons retrouvent une certaine gr�ce aux yeux des agences spatiales. Le projet conjoint franco-am�ricain propos� dans les ann�es 2000 par l'agence spatiale am�ricaine (NASA) et l'agence spatiale fran�aise (CNES), d�crit dans un dossier sp�cifique et dont nous allons reprendre succinctement les principaux �l�ments ci-dessous, est un bon exemple. Mais, vous l'aurez sans doute d�j� compris, comme tous les autres projets de retour d'�chantillons propos�s jusqu'� pr�sent, la mission dont il va maintenant �tre question n'a pas �chapp� � une annulation.

Mars Surveyor 2003-2005 et le programme PREMIER

En 1997, le ministre de la Recherche Claude All�gre propose � la NASA de coop�rer avec la France pour ramener sur Terre des �chantillons de la plan�te Mars. L'id�e d'une collaboration franco-am�ricaine fait son chemin et un plan d'action est rapidement �tabli.

Seul moyen v�ritable de prouver l'existence d'une vie martienne pass�e ou pr�sente, et de confirmer la r�alit� des microfossiles d'ALH84001, le retour d'�chantillons est int�gr� au programme Mars Surveyor de la NASA, qui consiste � envoyer � chaque opportunit� de lancement (tous les 26 mois en moyenne) des sondes martiennes. Dans le planning initial, la mission de retour d'�chantillons �tait l'objectif � long terme du programme Mars Surveyor, mais l'affaire de la m�t�orite ALH84001 va pr�cipiter de mani�re sensible les choses : la campagne MSR est d�sormais programm�e sur la p�riode 2003 et 2005. H�las, le programme Mars Surveyor, avec sa philosophie ch�re � l'administrateur de la NASA alors en poste, Dan Goldin (faster, better, cheaper, c'est � dire plus vite, mieux et moins cher), n'�tait en fait absolument pas adapt� � une entreprise aussi ambitieuse, risqu�e et couteuse qu'un retour d'�chantillons martiens.

Cot� planning, en 2003, une fus�e Delta III am�ricaine devait lancer un atterrisseur muni d'un v�hicule de remont�e (MAV) et un v�hicule mobile de classe interm�diaire (type Spirit et Opportunity). La t�che principale du v�hicule �tait de collecter des �chantillons de roches et de sols gr�ce � un bras motoris� et un dispositif de forage. Une fois recueillis, les �chantillons �taient transf�r�s dans un petit container plac� � bord de la fus�e de remont�e. Un syst�me de forage mont� sur l'atterrisseur devait �galement recueillir des �chantillons � 1 ou 2 m�tres de profondeur. Une fois les op�rations de collecte termin�es, la fus�e de remont�e (MAV) � deux �tages devait d�coller en direction de l'orbite basse martienne. A 600 kilom�tres d'altitude, elle abandonnait le container et son pr�cieux chargement, qu'un orbiteur fran�ais, baptis� PREMIER, devait venir chercher deux ann�es plus tard.

En 2005, une fus�e Ariane 5 �tait suppos�e d�coller du centre spatial de Kourou en Guyane avec � son bord un nouveau couple atterrisseur/robot (pour effectuer une nouvelle collecte) ainsi que l'orbiteur d�di� � la r�cup�ration des containers. Ce vol aurait �galement �t� l'occasion de lancer les quatre petites stations de la mission de r�seaux NetLander. Apr�s s'�tre plac� en orbite autour de Mars par a�rocapture en 2006, l'orbiteur devait se lancer � la chasse aux containers. Apr�s avoir localis� les petites sph�res, l'orbiteur se trouvait devant la lourde t�che de devoir les r�cup�rer, avant de les transf�rer dans une capsule de retour. Il pouvait alors fi�rement reprendre le chemin du retour. En 2008, au voisinage de la Terre, l'engin achevait sa mission en larguant la capsule puis en se pla�ant sur une orbite solaire d'�vasion.

Le beau sc�nario que nous venons de d�crire sera dramatiquement remis en question apr�s la perte, � quelques mois d'intervalles, de Mars Climate Orbiter et Mars Polar Lander fin 1999, des tensions politiques entre les Etats-Unis et la France n'ayant pas non plus arrang�es les choses. Fortement �branl�e par ses deux �checs cons�cutifs (dus principalement � un sous-dimensionnement des budgets ayant entrain� une diminution critique des tests et de l'effort de documentation), la NASA restructure son programme martien, et reporte sur le long terme la mission de retour d'�chantillons, avant de l'annuler d�finitivement en octobre 2000, laissant son partenaire principal, la France, dans l'embarras. Pour que tout soit clair, l'agence spatiale am�ricaine rajoute qu'il ne faudra pas compter sur une telle mission avant ... 2011. La r�alit� sera encore plus implacable, et il faudra rajouter 10 ans.

Des �chantillons martiens sur Terre pour 2031-2033 ?

Une courte pression sur le bouton d'avance rapide, pour se retrouver donc presque dix ann�es plus tard. Nous sommes en 2019, et les communiqu�s de presse de la part des deux principales agences spatiales (la NASA et l'ESA) sur un retour d'�chantillons martiens fleurissent � nouveau. Depuis l'annulation de la mission conjointe franco-am�ricaine des ann�es 2000, d'autres concepts de mission ont �t� �voqu�s, mais, comme leurs infortun�s pr�d�cesseurs, aucun n'a jamais quitt� le stade du bureau d'�tude pour rejoindre les salles blanches, pour ne rien dire du pas de tir. On pourra notamment citer l'initiative conjointe d'exploration de Mars sign�e en octobre 2009 entre la NASA et l'ESA, et qui pr�voyait un retour d'�chantillons dans le cadre du programme ExoMars, avant que l'agence spatiale am�ricaine annule un composant critique de l'architecture propos�e (le rover MAX-C, qui deviendra en fait Curiosity) et ne se d�sengage totalement du dossier en 2012, en suscitant un fort �moi au sein de la communaut� scientifique internationale.

Pourtant, en 2018, la NASA se rapproche de nouveau de l'ESA pour �voquer un retour d'�chantillons conjoint. Cette �ni�me tentative aboutira-t-elle ? C'est d�sormais tout � fait plausible, car deux points particuliers doivent retenir notre attention. Premi�rement, l'agence spatiale am�ricaine a lanc� en juillet 2020 un rover similaire � Curiosity, et dont l'objectif principal sera de collecter des �chantillons dans les terrains s�dimentaires, delta�ques et lacustres, du crat�re d'impact Jezero. Le second, c'est que la Chine, devenu entretemps un acteur majeur de l'exploration spatiale, a annonc� l'envoi d'une mission de retour d'�chantillons vers Mars en 2030, et dont l'architecture sera similaire � Chang'e 5, une mission de pr�l�vement d'�chantillons lunaires dont le lancement est pr�vu pour 2019.

Si elle se d�roule comme pr�vu, Chang'e 5 sera la premi�re mission de retour d'�chantillons s�l�nes depuis la sonde sovi�tique Luna 24 en 1976 (en 1970, 1972 et 1976, l'URSS avait effectu� avec succ�s des retours d'�chantillons de sol lunaire lors des missions Luna 16, Luna 20 et Luna 24). Contrairement aux missions sovi�tiques, qui privil�giaient un retour direct des �chantillons depuis la Lune vers la Terre, les chinois ont fait le choix de la complexit�, avec une phase de rendez-vous en orbite lunaire. Bien que cette d�cision ait peut-�tre �t� prise pour maximiser la masse des �chantillons � ramener (environ 2 kilogrammes dans le cas de Chang'e 5 contre 100 grammes pour Luna 24), il est difficile de ne pas y voir une co�ncidence avec le retour d'�chantillons martiens, dont la plupart des sc�narios pr�voient un rendez-vous en orbite avant le retour vers la Terre. Il est donc tr�s probable que les chinois utilisent la Lune pour tester l'architecture d'une mission de r�cup�rations d'�chantillons martiens.

Mars 2020 : la premi�re v�ritable brique d'une mission de retour d'�chantillons

Comme indiqu� ci-dessus, un sc�nario conjoint de retour d'�chantillons, programm� pour la d�cennie 2020-2030, est actuellement en cours d'�tude par la NASA et l'ESA. Son architecture, robuste, repose sur des donn�es scientifiques toujours meilleures pour la s�lection des r�gions � explorer, une maitrise technologique de plus en plus aboutie notamment sur les atterrissages, et un int�r�t international toujours aussi fort pour l'analyse sur Terre d'�chantillons martiens.

Cette nouvelle campagne de retour d'�chantillons est architectur�e autour de plusieurs lancements, de mani�re � r�duire les challenges technologiques par mission, permettre une r�-utilisation des syst�mes d�velopp�s pour des missions pr�c�dentes, et offrir une grande flexibilit�. Contrairement au programme PREMIER d�crit plus haut et qui s'articulait autour de deux lancements, la campagne maintenant envisag�e pour la prochaine d�cennie comporte trois d�parts s�par�s, dont le premier est d�j� en bonne voie, puisqu'il s'agit de la mission Mars 2020. Pour l'instant, au moment o� ce document est r�dig�, Mars 2020 est la seule mission appartenant � un sc�nario de retour d'�chantillons � avoir �t� approuv�e et financ�e. A part cette derni�re, toutes les descriptions relatives aux autres segments dont il va �tre question plus bas (r�cup�ration des �chantillons, remont�e de la capsule � �chantillons en orbite martienne, retour sur Terre) sont donc pour l'instant purement conceptuelles.

La premi�re mission d'une �ventuelle campagne de retour d'�chantillons va donc consister � envoyer sur Mars un rover poss�dant des capacit�s d'analyses et de collecte. En juillet 2020, le fr�re jumeau de Curiosity, le rover Perseverance, s'est envol� � bord d'une fus�e Atlas V depuis le centre spatial de Cap Canaveral en Floride. Son objectif est d'atterrir � l'int�rieur du crat�re Jezero le 18 f�vrier 2021, pour �valuer l'habitabilit� de l'endroit, rechercher d'anciennes traces de vie, et collecter pour la premi�re fois des �chantillons martiens (roches et r�golite) en vue d'un futur retour sur Terre.

Comme Curiosity, Perseverance utilisera une grue a�roport�e (skycrane) pour rejoindre la surface martienne, seul syst�me autorisant pour l'instant la d�pose sur Mars de charges lourdes avoisinants une tonne. B�n�ficiant, comme Curiosity, d'une entr�e guid�e, il effectuera un atterrissage avec une pr�cision sans pr�c�dent, gr�ce � deux nouvelles techniques : trigger range (ouverture du parachute d'apr�s la position sur la trajectoire suivie et non plus une altitude arbitraire) et TRN (Terrain Relative Navigation), ou navigation relative par rapport au terrain. Ce type de dispositif d'aide � la navigation et d'�vitement de dangers avait �t� �voqu� d�s les ann�es 1970 pour des missions MSR. Un dossier complet �tant consacr� � Mars 2020, nous n'allons dresser ici qu'un rapide r�sum� de la mission.

La charge utile de Mars 2020

D'un point de vue design, si le rover de Mars 2020 est en tout point presque similaire � Curiosity (sauf pour les roues, dont la r�sistance a �t� augment�e), sa charge utile est bien diff�rente, et comporte des instruments in�dits, qui attestent d'un changement radical de direction quant aux strat�gies mises en œuvre pour explorer Mars par la NASA. Comme �voqu� en introduction, il sera fondamental pour les scientifiques impliqu�s dans la mission de r�aliser une caract�risation sans faute du contexte g�ologique avant de proc�der � des pr�l�vements. La valeur scientifique d'un ensemble d'�chantillons d�pend effectivement de la qualit� des mesures in-situ (effectu�es sur le terrain) ayant pr�sid�es � leur s�lection. Les roches devront �tre finement �tudi�es � diff�rentes �chelles, pour pouvoir identifier les conditions de d�p�ts (comment la roche s'est mise en place) ainsi que le niveau d'alt�ration des min�raux, ce processus pouvant effectivement effacer des indices essentiels. A chaque pr�l�vement, de nombreuses informations devront �tre scrupuleusement document�es, comme la position de l'�chantillon par rapport � la stratigraphie, ainsi que son orientation par rapport � la surface martienne.

Si les roches s�dimentaires (carbonates, argilites) du syst�me delta�que et lacustre mis en �vidence au niveau du crat�re Jezero constitueront bien entendu des cibles de choix pour la recherche de traces de vie pass�es, le pr�l�vement d'autres types de roches ou de mat�riaux sera �galement fondamental. Des roches magmatiques (comme des laves volcaniques) serviront par exemple � r�aliser des datations absolues dans les laboratoires terrestres, un �l�ment essentiel pour pouvoir calibrer les �chelles relatives de temps martiennes (d�finies par comptage des crat�res d'impact). Elles permettront �galement de pr�ciser les sc�narios de formation et d'�volution de Mars, et fourniront de nombreuses contraintes sur sa structure interne. Des �chantillons de r�golite permettront de quantifier la dangerosit� du sol martien pour des missions habit�es, et livreront des donn�es de premi�re importance sur les interactions surface/atmosph�re. Enfin, m�me si le rover Mars 2020 n'aura pas pour t�che de pr�lever de l'air martien (cet objectif �tant laiss� aux missions suivantes), le retour sur Terre d'une petite quantit� d'atmosph�re �ventuellement comprim�e (50 cm³) permettrait d'effectuer des avanc�es majeures sur l'histoire de la formation et de l'�volution de l'atmosph�re martienne.

Pour mener � bien sa mission, Mars 2020 dispose donc d'une charge utile sp�cialement con�ue pour la documentation du contexte g�ologique et la s�lection des �chantillons les plus pertinents, avec notamment d'importantes capacit�s d'imagerie couleur et d'identification des min�raux et des mat�riaux organiques, � une �chelle � la fois macroscopique et microscopique. En plus du retour d'�chantillons, Mars 2020 va �galement contribuer aux futures missions habit�es, en �tudiant la toxicit� de la poussi�re et du sol martien, et en testant un dispositif (MOXIE) capable de g�n�rer sur place de l'oxyg�ne � partir du dioxyde de carbone (CO₂) contenu dans l'atmosph�re martienne, et qui pourrait permettre � terme de fabriquer localement du carburant (ISRU) pour un v�hicule de remont�e (que ce soit pour un retour d'�chantillons ou une mission habit�e).

La liste des instruments transport�s par le rover est la suivante :

• SuperCam : un couteau suisse instrumental capable de fournir des informations chimiques et min�ralogiques, ainsi que des images en couleurs du sol et des roches, le tout � une distance de plusieurs m�tres. Version muscl�e de l'instrument ChemCam mont� sur Curiosity, SuperCam comporte un LIBS (spectrom�trie d'ablation laser), un spectrom�tre Raman, un spectrom�tre infrarouge, et enfin une cam�ra (Remote Micro-Imager) couleur. Pour la reconnaissance des terrains o� �voluera le rover, SuperCam (install� sur un m�t) sera tr�s bri�vement �paul� par un h�licopt�re miniature exp�rimental (le MHS).

• Mastcam-Z : une cam�ra st�r�oscopique couleurs avec zoom, mont�e sur un m�t (sachant que le rover embarque en tout 23 cam�ras diff�rentes, r�parties comme suit : 9 cam�ras d'ing�nierie, 7 cam�ras scientifiques et 7 cam�ras pour la phase d'atterrissage. Un record !).

• PIXL (Planetary Instrument for X-Ray Lithochemistry) : spectrom�tre de fluorescence � rayons X, permettant de d�terminer sur des �chelles tr�s fines la composition �l�mentaire (atomique) des mat�riaux martiens. L'instrument est situ� � l'extr�mit� du bras robotique sur une tourelle rotative. Il remplace le spectrom�tre APXS, embarqu� sur de nombreuses missions (Spirit et Opportunity, Curiosity), et ce depuis sa premi�re utilisation sur Mars dans le cadre de la mission Pathfinder en 1996.

• SHERLOC (Scanning Habitable Environments with Raman and Luminescence for Organics and Chemicals) : spectrom�tre Raman ultraviolet avec une capacit� cartographique et un laser ultraviolet permettant de d�tecter des compos�s organiques par fluorescence, le tout � petite �chelle. L'instrument est lui aussi situ� � l'extr�mit� du bras robotique.

• RIMFAX (Radar Imager for Mars' subsurface experiment) : radar � p�n�tration de terrain permettant la d�tection de discontinuit�s, de rochers enterr�s, de m�t�orites, ainsi que de r�servoirs d'eau ou de saumures jusqu'� 10 m�tres de profondeur. Il doit permettre de caract�riser le contexte g�ologique des sites de pr�l�vement, en fournissant une vue du sous-sol.

• MEDA (Mars Environmental Dynamics Analyzer) : ensemble de capteurs environnementaux pour mesurer la temp�rature, la vitesse et la direction des vents, la pression, l'humidit�, les radiations, ainsi que la taille et la forme des particules de poussi�re.

• MOXIE (Mars Oxygen ISRU Experiment) : une usine chimique miniature qui devra prouver la possibilit� de fabriquer de petites quantit�s d'oxyg�ne � partir de l'atmosph�re martienne.

En plus de ses instruments, Perseverance dispose �galement d'un dispositif tr�s sophistiqu� de pr�l�vements d'�chantillons, compos� de deux parties : une foreuse, mont�e sur la tourelle du bras robotique, et un syst�me de traitement compos� de plusieurs stations techniques desservies par un bras robotique d�di�, et situ� � l'int�rieur du rover (Adaptive Caching Assembly). Les tubes renfermant les �chantillons sont destin�s � �tre d�pos�s en petits tas � la surface de Mars, dans des endroits dont la position sera tr�s bien document�e. Le syst�me de pr�l�vement d'�chantillons, ainsi que la fa�on dont ces derniers seront abandonn�s � la surface de Mars en vue d'une r�cup�ration future, �taient initialement pr�sent�s en d�tails dans ce dossier. Ces informations sont d�sormais disponibles au niveau de la page consacr�e � Mars 2020.

La question � un million : qui ira r�cup�rer les �chantillons de Mars 2020 ?

En 2026, la NASA et l'ESA pourraient lancer une mission (� laquelle nous ferons r�f�rence ici par un acronyme g�n�rique, SRL pour Sample Return Lander) destin�e � r�cup�rer les tubes d'�chantillons que le rover 2020 aura abandonn� derri�re lui durant son exploration du crat�re Jezero. Lanc�e par une fus�e Atlas V, la sonde sera inject�e sur une orbite anormalement longue (deux ann�es de croisi�re, contre 6 � 9 mois pour des trajectoires classiques), et son atterrissage � l'int�rieur du crat�re Jezero n'aura donc lieu qu'en 2028.

Une fois au sol, une plateforme d'atterrissage am�ricaine (pr�cision � l'atterrissage oblige) aliment�e par panneaux solaires livrera passage � un rover europ�en de classe interm�diaire. Cette plateforme comportera �galement un �l�ment fondamental et fascinant de toute mission de retour d'�chantillons, le fameux v�hicule de remont�e (MAV). Comme le SRL est encore � l'�tat de concept, nous allons l'aborder ici d'une mani�re tr�s g�n�rale, en �voquant diff�rentes options.

L'un des premiers �l�ments cl�s pour la r�ussite de la r�cup�ration des �chantillons est d'atterrir � proximit� imm�diate de la zone o� le rover 2020 a fait ses petits tas de tubes m�talliques. L'atterrisseur devra donc comporter un syst�me d'�vitement de dangers ou de gestion des reliefs de surface, ce qui explique qu'il soit obligatoirement am�ricain, au vu de l'immense expertise dans ce domaine de la NASA. Pour permettre la sortie du rover et surtout le lancement du MAV, la plateforme devra �galement �tre la plus stable et la plus horizontale possible apr�s l'atterrissage. Un dispositif de pieds ou de v�rins sera peut-�tre employ� pour permettre � la plateforme de s'ajuster avec le maximum de pr�cision � la surface �ventuellement accident�e du site d'atterrissage.

Le rover de collecte, qui sera de point de vue taille similaire aux Mars Exploration Rover (MER) ou au rover Rosalind Franklin d'ExoMars, p�sera environ 150 kg. Poss�dant un bon niveau d'autonomie pour les d�placements, il sera �quip� d'un bras robotique sp�cialement con�u pour ramasser les tubes d'�chantillons. Son r�le sera de r�cup�rer le maximum de tubes dans une p�riode de trois mois apr�s l'atterrissage. Il est possible qu'il re�oive aussi comme mission de pr�lever de petites quantit�s de sol (r�golite), de poussi�re et d'atmosph�re. En cas de probl�me, et en admettant qu'il soit toujours op�rationnel, le rover de collecte pourrait recevoir le soutien du rover de la mission Mars 2020. Une fois son travail de collecte effectu�, il reviendra vers la plateforme de tir et s'engagera sur une rampe.

A ce stade, l'une des options serait que le rover, gr�ce � son bras robotique, puisse d�poser sa pr�cieuse r�colte � l'int�rieur d'un container sph�rique de transfert destin� � �tre plac� en orbite (OS), et situ� au sommet du second �tage du MAV (qui est pour l'instant en position couch�e). La plateforme de lancement sera cependant aussi vraisemblablement �quip�e d'un bras robotique sophistiqu� et prot�g� par une barri�re biologique, pour �viter toute contamination terrestre. Similaire � celui de la sonde Phoenix, ce bras comportera notamment une pelle ainsi qu'une cam�ra. Son r�le pourrait �tre de ramasser un peu de r�golite se trouvant � port�e. Des �chantillons de roches de contingence (fragments et petits galets trainant en surface) pourraient �galement �tre ramass�s au cas o� la mission du rover de collecte �chouerait, et ce de fa�on � avoir au moins quelque chose � ramener sur Terre. Un petit volume d'atmosph�re pourrait enfin �tre aspir� par un dispositif d�di�. Se posera cependant la question de savoir comment ces �chantillons pourront ensuite �tre scell�s dans des tubes puis charg�s dans le container de transfert (OS). Le bras de la plateforme servira �galement � faciliter le transfert des �chantillons ramen�s par le rover de collecte dans le MAV, et � fournir un outil de d�pannage si besoin.

En termes de protection plan�taire, la mission de r�cup�ration est consid�r�e comme extr�mement sensible, �tant donn� que certains syst�mes potentiellement pollu�s, comme le bras robotique permettant le chargement des �chantillons dans le MAV, vont �tre en contact direct avec l'environnement martien, avec tous les risques de contamination par des mat�riaux terrestres que cela implique. Dans le cadre d'un retour d'�chantillons, il est effectivement fondamental d'�viter des faux positifs, c'est � dire une situation o� (par exemple) des microorganismes terrestres seraient confondus avec des microbes martiens.

Le MAV (Mars Ascent Vehicle) : un missile pour remonter les �chantillons en orbite martienne

Le v�hicule de remont�e constitue le dispositif critique de la mission de r�cup�ration. Un d�collage depuis la surface de Mars vers l'orbite n'a effectivement �t� tent� que dans les films hollywoodiens, et, de toute la campagne du retour d'�chantillons, il s'agira sans nul doute de l'�tape la plus spectaculaire et �mouvante, et aussi la plus risqu�e. Pouvoir assister, par rover interpos�, au d�collage d'une fus�e depuis le sol de Mars sera un moment grandiose pour des millions de terriens, et une �tape essentielle de l'histoire de l'exploration du syst�me solaire et de la conqu�te spatiale sera alors franchie.

Le design du MAV repose actuellement sur des �tudes effectu�es par l'industrie et plusieurs centres de la NASA au d�but des ann�es 2000. Pour des raisons techniques (les capacit�s de d�pose d'une charge lourde sur Mars �tant limit�es pour l'instant � une tonne) et des questions de co�t, la masse du MAV devra logiquement �tre minimis�e, et la fus�e n'aura donc pas la puissance suffisante pour propulser directement et avec pr�cision son pr�cieux chargement vers la Terre. Seule l'orbite basse martienne sera accessible, ce qui n�cessitera ensuite la r�cup�ration du container � �chantillons par un orbiteur.

D'une masse d'environ 300 kg, le v�hicule de remont�e sera une fus�e � deux �tages � combustible solide. Il sera stabilis� sur trois axes gr�ce � un syst�me de contr�le d'attitude d�di�, essentiel pour pallier � un d�centrage du centre de gravit� dans le cas d'une position non optimale de la charge utile (le container OS), une sph�re d'environ 17 centim�tres de diam�tre et pesant approximativement 5 kg. Comme le rover de collecte, sa dur�e de vie sera d'une ann�e, une p�riode de temps suffisante pour qu'il puisse r�aliser sa mission. De nombreuses technologies n�cessaires au d�veloppement d'un v�hicule de remont�e fiable seront issues du domaine militaire.

L'une des principales fonctions de la plateforme de tir au sol sera d'isoler thermiquement le MAV de l'environnement martien pendant toute la dur�e de la mission. Pour emp�cher la d�gradation du combustible solide, il sera en effet imp�ratif de maintenir le MAV � une certaine temp�rature, et de limiter l'amplitude des variations thermiques � seulement une demi-douzaine de degr�s, ce qui repr�sente un certain challenge au vu des contrastes �normes de temp�rature, journaliers et saisonniers, existant sur Mars. La fus�e sera donc enferm�e dans un silo dont les parois auront �t� rendues les plus isolantes possible gr�ce � un mat�riel poreux rempli de dioxyde de carbone (CO₂), un peu � la fa�on de l'une des enveloppes thermiques (le RWEB) prot�geant le sismom�tre SEIS de la sonde InSight. De nombreux �l�ments chauffants radioisotopiques (RHU) seront mis en œuvre pour maintenir une temp�rature constante � l'int�rieur du silo. Des radiateurs �lectriques seront aussi activ�s en vue du lancement. Enfin, des filtres HEPA prot�geront le MAV des particules de poussi�re et autres contaminants.

Comme nous l'avons indiqu�, le d�collage du MAV de la surface martienne avec son chargement - les �chantillons de roches, de sol, de poussi�re et d'air - constituera l'�v�nement le plus spectaculaire et embl�matique de la campagne de retour d'�chantillons. Ce dernier devrait avoir lieu en moyenne huit mois apr�s l'atterrissage du SRL. L'arrachement de la fus�e du sol martien sur un pilier de feu sera suivi en temps r�el, non seulement par le rover de collecte, mais aussi sans doute depuis l'orbite par des satellites, dont le v�hicule de retour sur Terre. Si les images, ou mieux une vid�o du lancement enchanteront le public, les ing�nieurs seront quant � eux obnubil�s par les donn�es t�l�m�triques.

Le r�le du MAV est de placer le container sph�rique renfermant les �chantillons (OS) sur une orbite circulaire basse d'une altitude moyenne de 500 km, tr�s stable � longue terme (50 ans). Une orbite inf�rieure � 400 km reste acceptable, le container pouvant quand m�me y rester en place pendant plusieurs d�cennies avant de finir par retomber sur Mars suite � la friction in�vitable avec la haute atmosph�re. Une fois � la bonne altitude, le second �tage du MAV �jectera le container sph�rique gr�ce � un petit ressort. L'objectif sera ici d'�loigner suffisamment l'OS, de mani�re � permettre sa capture par l'orbiteur de r�cup�ration � une distance respectable du MAV, qui sera alors vu comme un objet potentiellement dangereux du point de vue des r�gles de protection plan�taire.

ISRU : Fabriquer son carburant sur place pour r�aliser des �conomies

Comme nous venons de le voir, le v�hicule de remont� consommera des ergols solides, qui seront � base de paraffine. Mais une autre option, tr�s s�duisante mais bien plus complexe � mettre en œuvre, est �galement envisageable : celle de produire sur place, � partir du dioxyde de carbone de l'atmosph�re martienne (CO₂), du m�thane (CH₄) et de l'oxyg�ne (O₂). Propos�e d�s 1978, cette technique va �tre partiellement test�e avec l'exp�rience MOXIE du rover de la mission Mars 2020, qui va valider la fabrication d'oxyg�ne seule.

Trois solutions sont envisageables. La premi�re consiste � fabriquer de l'oxyg�ne, et � l'utiliser pour br�ler du monoxyde de carbone (CO) produit � partir du dioxyde de carbone. Les performances en termes de pouss�e d'un tel couple sont cependant m�diocres. Une seconde solution serait de fabriquer de l'oxyg�ne, pour br�ler de l'hydrog�ne (produit par �lectrolyse d'eau ou apport� sur place depuis la Terre). Si le couple H₂/O₂ est tr�s utilis� dans l'industrie spatiale, les syst�mes de r�frig�ration n�cessaires pour maintenir les deux compos�s � l'�tat liquide consomment �norm�ment d'�lectricit�. C'est pourquoi la troisi�me solution (combustion de m�thane par de l'oxyg�ne) est celle qui pr�sente le plus d'int�r�t.

Dans ce cas de figure, le m�thane est produit par la r�action de Sabatier, d�couverte en 1897 et qui a valu le prix Nobel de chimie � son inventeur, le fran�ais Paul Sabatier. Le composant majoritaire de l'atmosph�re martienne, le dioxyde de carbone (CO₂) r�agit avec de l'hydrog�ne en pr�sence d'un catalyseur pour donner du m�thane (CH₄) et de l'eau. L'eau est ensuite hydrolys�e pour fournir de l'oxyg�ne et de l'hydrog�ne, qui est alors recycl�. Les performances en terme de pouss�e du couple CH₄/O₂ sont bonnes (80 % de celle du couple hydrog�ne/oxyg�ne) et le m�thane est naturellement liquide aux temp�ratures martiennes. Les quantit�s � m�thane et d'oxyg�ne � produire sur Mars seront cependant cons�quentes. Par exemple, pour un retour direct sans passer par l'orbite martienne d'un kilogramme d'�chantillons, il faudrait synth�tiser environ 3 780 kilogrammes d'ergols, ce qui prendrait plus d'une ann�e � fabriquer avec une petite usine chimique.

Si le concept de retour d'�chantillons propos� pour ramener les tubes du rover Mars 2020 sur Terre en 2031-2033 est ent�rin�, il est fort probable que le MAV br�le un combustible solide. La fabrication in-situ de carburants serait alors �ventuellement mise en œuvre sur des missions futures, robotiques ou habit�es.

Rendez-vous en orbite martienne

La troisi�me pi�ce maitresse d'un retour d'�chantillon est un satellite (que nous appellerons ici simplement SRO, Sample Return Orbiter) dont le r�le sera de capturer en orbite martienne le container � �chantillons largu� par le MAV, pour le ramener ensuite sur Terre. C'est l'une des �tapes la plus critique d'une campagne de retour d'�chantillons, � la fois pour la r�ussite de la mission, mais aussi pour les risques de contamination qu'elle comporte.

Dans l'architecture actuellement mise en avant par la NASA et l'ESA, le lancement de l'orbiteur de retour aurait lieu en 2026, en m�me temps que le rover de r�cup�ration. Plac� sur une trajectoire non standard d'une dur�e d'un an, il d�barquera cependant dans la banlieue martienne en 2017, soit une ann�e avant l'arriv�e de la plateforme d'atterrissage �quip�e du rover de collecte et du MAV. Apr�s sa mise en orbite autour de la plan�te rouge gr�ce � un moteur fus�e (l'a�rocapture �tant pass�e aux oubliettes), il utilisera la technique d'a�rofreinage pour ajuster ses param�tres orbitaux, et rejoindre une orbite circulaire de travail � 500 kilom�tres au-dessus de la surface martienne. Environ six � huit mois apr�s l'arriv�e du rover de r�cup�ration, le v�hicule de remont�e (MAV) placera la capsule contenant les �chantillons (OS, Orbiting Sample) sur une orbite comparable � celle parcourue par l'orbiteur.

Les sc�narios pr�c�dents envisageaient un orbiteur architectur� autour d'un large r�servoir d'hydrazine central, et flanqu� de deux r�servoirs suppl�mentaires de t�troxyde d'azote. De par la nature de sa mission, l'orbiteur de r�cup�ration n�cessite effectivement l'emport d'une quantit� double de carburant par rapport aux sondes envoy�es jusque-l� vers la plan�te rouge. Il devra non seulement se laisser capturer par le champ gravitationnel de Mars en freinant, pour ensuite s'en extraire et acc�l�rer en direction de la Terre, une �tape totalement in�dite dans l'histoire de l'exploration martienne. Malgr� l'emploi de la technique d'a�rofreinage, les deux tiers du poids de la sonde seraient donc d�di�es au carburant. Le concept de mission le plus r�cent met cependant en œuvre une propulsion non pas chimique, mais �lectrique, l'�nergie solaire �tant utilis�e pour acc�l�rer � grande vitesse un gaz ionis�. L'avantage d'une telle propulsion permettrait d'�conomiser de la masse, et d'avoir acc�s � des orbites plus vari�es, ce qui pourrait faciliter le rendez-vous orbital avec le container d'�chantillons.

L'orbiteur tirera son �nergie de deux panneaux solaires flexibles et tr�s larges. Des surfaces suppl�mentaires seront ajout�es pour offrir une plus grande train�e lors des op�rations d'a�rofreinage. Les communications avec la Terre seront assur�es par une antenne orientable � grand gain de 1 m�tre de diam�tre, sans doute dans la bande X. Il n'est cependant pas impossible que le satellite utilise la bande de fr�quence Ka, valid�e avec succ�s par la sonde am�ricaine Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). Le satellite SRO ne comportera aucun instrument scientifique, mais servira de relais de communication : il embarquera deux transpondeurs Electra qui serviront � �tablir des liaisons UHF avec les engins au sol. Le satellite pourra modifier son orientation dans l'espace gr�ce � un ensemble de moteurs de contr�le d'attitude. Ces derniers se r�v�leront indispensables durant la manœuvre de rendez-vous avec la capsule contenant les �chantillons, mont�e en orbite par le MAV.

La manœuvre de rendez-vous avec l'OS sera sans nul doute l'op�ration la plus critique et la plus d�licate affect�e � l'orbiteur de r�cup�ration. Pour ce satellite, et les ing�nieurs qui auront la lourde responsabilit� de le contr�ler, l'op�ration va ni plus ni moins consister � trouver une aiguille dans une botte de foin, puis � s'en emparer pour la ramener sur Terre. Le rendez-vous sera r�alis� gr�ce � des dispositifs de d�tection optique, capables de rep�rer le container OS � plus de 10 000 kilom�tres de distance, et d�j� test�s gr�ce � Mars Reconnaissance Orbiter (OpNav). Le container disposera d'un �metteur UHF, aliment� soit par batterie soit par des panneaux solaires. Ce dernier servira de moyen alternatif de signalisation, dans le cas o� sa localisation optique s'av�re d�licate. Une fois sa minuscule cible rep�r�e, l'orbiteur s'en rapprochera ensuite �tape par �tape, gr�ce � des s�ries de manœuvres propulsives programm�es depuis la Terre. Bien entendu, plus l'injection du container par le v�hicule de remont�e (le MAV) aura �t� pr�cise, moins l'orbiteur aura de difficult� pour aller � sa rencontre. La derni�re dizaine de m�tres sera parcourue de mani�re autonome. Le container sph�rique contenant les pr�cieux �chantillons martiens sera captur� gr�ce � une sorte de panier de basket. Les technologies n�cessaires pour r�ussir le rendez-vous et l'amarrage tireront notamment parti du retour d'exp�rience accumul�e avec le projet militaire Orbital Express de l'agence militaire de recherche am�ricaine, la DARPA.

EEV (Earth Entry Vehicle), la derni�re pi�ce du puzzle

Une fois le container OS captur� par le panier � basket de l'orbiteur de r�cup�ration, ce dernier est transf�r� au niveau du v�hicule d'entr�e terrestre, l'EEV (Earth Entry Vehicle). Con�u pour �tre le plus simple possible, de fa�on � diminuer au maximum les risques, l'EEV ne sera rien d'autre qu'un bouclier thermique de 0,9 m�tre de diam�tre, qui accueillera la sph�re en son centre.

Comme nous l'avons d�j� vu, l'un des principaux challenges d'une mission de retour d'�chantillons sera de r�pondre aux normes tr�s strictes de protection plan�taire. Etant donn� son objectif, le satellite de retour sera plac� en cat�gorie V, ce qui implique la mise au point de syst�mes extr�mement fiables pour emp�cher la contamination de l'environnement terrestre par des �chantillons, ou par n'importe quel mat�riau martien qui aurait �chapp� au confinement. Ces imp�ratifs concernent particuli�rement l'EEV.

De mani�re � rompre le contact entre l'environnement martien et la biosph�re terrestre, le container renfermant les �chantillons martiens devra �tre herm�tiquement scell� dans une enceinte st�rile (Containment Vessel, CV) au niveau du v�hicule d'entr�e, par une technique qui reste � d�terminer (brasage, soudure par cordon explosif, etc.). Des dispositifs permettant la d�tection de fuites, m�me infinit�simales (gaz, a�rosols) devront �galement �tre mis au point. Si le s�jour prolong� du container d'�chantillons dans le vide glacial entourant Mars devrait contribuer � diminuer efficacement la contamination des surfaces m�talliques externes, aucun risque ne peut �tre pris � ce niveau.  Le d�veloppement de techniques permettant de sceller herm�tiquement le container d'�chantillons dans une enceinte, ainsi que de d�tecter des fuites, m�me minimes, repr�sentent des challenges technologiques majeurs, peut-�tre aussi importants que ceux li�s � la mise au point du MAV. Par ailleurs, l'EEV devra �galement r�sister aux impacts de microm�t�orites, ainsi qu'au crash final avec la surface terrestre. Enfin, durant la phase de croisi�re, les �chantillons devront id�alement �tre pr�serv�s dans des conditions les plus proches possibles de celles exp�riment�es sur Mars, avant leur pr�l�vement.

Une fois le container s�curis� au niveau de l'EEV, l'orbiteur pourra entamer la phase finale de sa mission : s'extirper du puits de gravit� martien et revenir vers la Terre. L'engin (qui porte d�sormais la d�nomination d'ERV, pour Earth Return Vehicle) sera lanc� sur une trajectoire de non collision (�vitement) avec notre plan�te. Une telle trajectoire emp�chera toute collision accidentelle avec la Terre, si par malheur le contact radio avec le v�hicule de retour est perdu par les contr�leurs au sol. C'est seulement si l'int�grit� de l'enceinte de confinement (qui entoure donc le container d'�chantillon) est valid�e que le v�hicule de rentr�e sera orient� au tout dernier moment vers notre monde. L'EEV sera alors dirig� puis �ject� vers son site d'atterrissage, tandis que le reste de l'ERV effectuera une manœuvre de diversion pour aller se perdre � jamais dans le syst�me solaire.

Comme nous l'avons vu, pour diminuer au maximum les risques de dysfonctionnement, l'EEV a �t� simplifi� � l'extr�me. Celui-ci est totalement passif, � l'exception d'une balise radio qui sera activ�e durant la phase finale de descente. Lors de la rentr�e atmosph�rique terrestre, l'EEV, qui ne poss�de aucun dispositif de guidage, se placera de lui-m�me dans la bonne orientation. Sa trajectoire de rentr�e sera con�ue pour exposer toutes ses surfaces externes � des temp�ratures suffisamment hautes pour atteindre le point de st�rilisation. Sans parachute, il finira par s'�craser au sol, l'�nergie de l'impact �tant absorb�e par le bouclier thermique et par de multiples couches de plusieurs dizaines de centim�tres d'un mat�riel d�formable absorbeur de choc. L'�nergie lib�r�e lors de l'impact ne devra en aucun cas rompre l'int�grit� de l'enceinte de confinement ou celle de la paroi du container d'�chantillons. D'un point de vue scientifique, il faudra aussi �viter � tout prix d'alt�rer les �chantillons, en particulier la stratification des s�diments meubles contenus dans les tubes m�talliques. Le design final de l'EEV devra �tre compatible avec les normes tr�s s�v�res de protection plan�taire, au risque de soulever l'ire des opposants au retour d'�chantillons martiens. C'est ainsi que les chances de lib�rer par inadvertance, lors de l'atterrissage, une particule martienne non st�rilis�e d'un diam�tre sup�rieur � 0,2 micron devront �tre inf�rieures � 10^-6.

Pour la r�cup�ration de la capsule, de nombreux autres sc�narios avaient �t� imagin�s, depuis la capture du v�hicule d'entr�e en plein air par un h�licopt�re ou un avion C-130 (qui aurait alors pu atterrir directement au Centre de Contr�le des Maladies � Atlanta), jusqu'� une r�cup�ration par la navette spatiale, la station spatiale internationale (comme dans le film Life de Daniel Espinosa), voire m�me un avant-poste lunaire (Lunar Orbital Platform-Gateway, LOP-G). Tous ont �t� rejet�s pour des raisons de co�t ou de s�curit�.

Genesis et Stardust comme mod�les

Le v�hicule de rentr�e terrestre devrait �tre con�u par le centre de Langley de la NASA, qui s'est fait une sp�cialit� de ce genre d'engins. L'exp�rience acquise lors des missions Genesis et Stardust sera ici mise � profit.

Fin 2001, apr�s s'�tre plac�e au niveau du point de Lagrange L1, la sonde am�ricaine Genesis collecta des particules du vent solaire pendant 850 jours. Le 8 septembre 2004, lors d'un passage rapproch� avec la Terre, elle largua sa capsule, qui, apr�s la travers�e de l'atmosph�re sous bouclier thermique, devait freiner sous parachute pour �tre ensuite r�cup�r�e en plein vol par un h�licopt�re. H�las, suite � un dysfonctionnement technique, le parachute refusa de s'ouvrir, et la sonde s'�crasa au sol, en frappant la surface � la vitesse de 310 kilom�tres par heure. Sous l'impact, la capsule s'ouvrit en deux, exposant les �chantillons � l'air libre et au sol poussi�reux du d�sert. De nombreux objectifs scientifiques purent finalement �tre atteints, mais ce type de situation ne serait pas acceptable  avec des �chantillons martiens. De son c�t�, la mission Stardust, qui devait collecter des particules �mises par la com�te Wild 2, connut une fin plus satisfaisante. Apr�s s'�tre s�par�e de son vaisseau porteur, la capsule effectua un atterrissage en douceur sous parachute le 16 janvier 2016. Les connaissances acquises avec d'autres missions ayant pour objectif de rapporter des �chantillons de com�tes et d'ast�ro�des (comme Hayabusa 1 en 2010, ainsi que Hayabusa 2 et OSIRIS-REx qui sont en cours), seront mises � profit pour concevoir l'EEV.

En ce qui concerne le site d'atterrissage, la zone s�lectionn�e pour recevoir l'EEV devra �tre aussi plate, large et d�sol�e que possible. Pour des raisons �videntes de s�curit�, les �chantillons �tant am�ricains, le site d'impact sera situ� dans le d�sert de l'Utah, au niveau du polygone de l'Utah Test and Training Range. Ce secteur est utilis� depuis plusieurs d�cennies par l'arm�e am�ricaine pour mener toutes sortes d'exp�rimentations, depuis des tirs de missiles jusqu'� des combats a�riens entre chasseurs. En 2006, c'est sur ces terres arides que la sonde Stardust a ramen� ses �chantillons de poussi�re com�taire. D'autres sites restent possibles, comme le lac Eyre en Australie, ou l'atoll corallien de Kwajalein dans le pacifique. La r�cup�ration au sol de l'EEV devra id�alement avoir lieu moins d'une heure apr�s son impact au sol. D�s qu'il aura atteint la surface, le v�hicule de rentr�e, qui vient de traverser l'atmosph�re terrestre dans une boule de feu, verra sa temp�rature grimper en fl�che, surtout si l'atterrissage a lieu en journ�e, en plein soleil, en zone d�sertique. On comprend donc l'urgence qu'il y aura � r�cup�rer l'engin, et � le stocker imm�diatement dans un container r�frig�r�.

Une fois la capsule s�curis�e, elle sera transport�e dans un complexe sp�cialement adapt�, � l'image du Lunar Receiving Laboratory (LRL) con�u dans le cadre des missions Apollo pour accueillir les �chantillons de roches lunaires. Dans le cadre du retour d'�chantillons martiens, ce complexe est d�sign� sous le nom g�n�rique de SRF (Sample Return Facility). Comme nous allons le voir en d�tail dans la derni�re partie de ce dossier, les �chantillons ne pourront pas �tre mis � la disposition des scientifiques sans avoir pass� au pr�alable des tests prouvant leur totale innocuit� biologique et chimique.

Sample Receiving Facility (SRF) : une forteresse scientifique pour les pierres martiennes

Si la plupart des �l�ments constituants une campagne de retour d'�chantillons martiens sont des engins spatiaux, celle-ci comporte n�anmoins un composant purement terrestre, absolument indispensable, et pour lequel les travaux devront commencer au minimum 10 ans avant l'arriv�e des �chantillons martiens : il s'agit de la structure permettant de r�ceptionner les �chantillons martiens, le SRF (Sample Receiving Facility).

Suite � sa r�cup�ration dans le d�sert de l'Utah, la capsule de rentr�e EEV sera transport� directement au SRF par voie a�rienne (probablement � part d'un C-130 plac� sous haute escorte). Apr�s avoir �t� d�contamin�e, elle sera d�mantel�e en environnement st�rile pour permettre la r�cup�ration du container sph�rique (OS). Ce dernier sera ensuite ouvert avec le maximum de pr�caution pour autoriser l'extraction des tubes renfermant les �chantillons, et ce sans contamination par des substances terrestres ni alt�ration. Les �chantillons seront alors caract�ris�s physiquement, puis �ventuellement d�bit�s, avant que de nombreux tests ne soient men�s pour d�terminer leur dangerosit�. Si aucun risque biologique ou toxique n'est encouru, les �chantillons pourront ensuite �tre conditionn�s pour �tre envoy�s dans les laboratoires du monde entier, o� ils seront attendus avec une grande impatience par les meilleures �quipes de recherche de la plan�te. En cas de suspicion de risques, m�mes minimes, de dangerosit� biologique, le choix pourra �tre fait de st�riliser les �chantillons.

A l'heure actuelle, il n'existe aucun �tablissement remplissant toutes les exigences attendues par le SRF, que ce soit en termes de protection plan�taire (contamination de l'environnement terrestre par des germes martiens) et de niveau de propret� (contamination des �chantillons martiens par des mat�riaux terrestres). Certains laboratoires de haute s�curit�, comme le c�l�bre Centre de Contr�le et de Pr�vention des Maladies (CDC) � Atlanta aux Etats-Unis, l'Institut de Recherche m�dical des maladies infectieuses de l'arm�e am�ricaine � Fort Detrick dans le Maryland (USAMRIID, United States Army Medical Research Institute of Infectious Diseases), ou encore le laboratoire civil Jean M�rieux de niveau P4 (BSL-4, dans la terminologie anglo-saxone) de Lyon en France, pourraient sembler convenir. Cependant, m�me si ces �tablissements excellent dans le confinement de pathog�nes l�taux, ils ne sont absolument pas �quip�s pour prot�ger les �chantillons martiens contre la contamination terrestre, qu'elle soit biologique, organique ou inorganique. Ces laboratoires ne disposent effectivement d'aucunes salles blanches r�pondant aux standards de propret� exig�s pour les analyses. A l'heure actuelle, l'�tablissement qui s'apparente le plus � un SRF sur Terre est le NBACC (National Biodefense Analysis and Countermeasures Center) � Fort Detrick aux Etats-Unis dans le Maryland.

Historiquement, ce n'est sans doute pas un hasard si le dispositif le plus pertinent �tait le laboratoire de r�ception des �chantillons lunaires (LRL, Lunar Receiving Laboratory) bas� � Houston au Texas, et qui fut sp�cialement construit pour recevoir, analyser et entreposer les �chantillons pr�lev�s sur la Lune par les astronautes des missions Apollo. Le protocole Baylor, qui d�finissait les tests � effectuer pour prouver l'innocuit� des �chantillons s�l�nes, fut appliqu� � la lettre pour les missions Apollo 11, 12 et 14, avant d'�tre jug� non n�cessaire et d'�tre annul� pour la mission Apollo 15 et les suivantes. Il existe de tr�s nombreuses similitudes entre les fonctions assur�es par le LRL dans les ann�es 1970 et celles auxquelles le SRF devra r�pondre, et tous les travaux r�alis�s dans le cadre de l'exploration lunaire seront tr�s utiles � la campagne de retour d'�chantillons martiens.

Des diff�rences existent cependant entre le LRL et le SRF, et devront �tre prises en compte. Ainsi, si le LRL avait pour t�che d'assurer la mise en quarantaine des astronautes et des capsules de retour, le SRF sera uniquement con�u pour confiner les �chantillons martiens tout en emp�chant leur contamination. Une autre diff�rence importante entre les deux laboratoires de quarantaine concerne les quantit�s d'�chantillons disponibles. Les astronautes Apollo ont ramen� de la Lune plusieurs centaines de kilogrammes de roches. En comparaison, le container orbital OS ne pourra pas contenir plus de 500 grammes d'�chantillons. Tous les tests destructeurs qui seront effectu�s sur les �chantillons martiens pour mesurer leur dangerosit� devront donc avoir lieu sur de tr�s petites quantit�s, qui devront toutefois �tre repr�sentatives de ou des �chantillon(s) eux-m�mes. Il serait effectivement inconcevable de consommer la plus grande majorit� des �chantillons pour les tests d'innocuit�, et de se retrouver avec des quantit�s n�gligeables pour les v�ritables analyses.

Dans le cadre d'un retour d'�chantillons martiens, il est possible qu'un �tablissement existant puisse �tre adapt� ou am�lior� pour jouer le r�le de SRF, ou que plusieurs laboratoires soient mis en place dans un petit nombre de pays, si le programme de retour d'�chantillons s'internationalise, et que pour des consid�rations non seulement scientifiques mais aussi politiques, un �tablissement unique ne soit pas jug� acceptable. Pour l'instant, il est probable que le SRF soit situ� au Johnson Space Center � Houston au Texas, o� �tait d�j� situ� le LRL, et o� se trouve actuellement le Lunar Sample Laboratory Facility (LSLF), lieu de stockage des �chantillons lunaires.

Au sein du Lunar Sample Laboratory Facility, les roches lunaires sont conserv�es dans des isolateurs en surpression, sous atmosph�re ultra-pure d'azote, o� la concentration en vapeur d'eau (H₂O) et en oxyg�ne (O₂) est tr�s faible. Ces isolateurs sont install�s dans des salles blanches de classe 1000 (norme ISO 6), qui admettent moins d'un million de particules inf�rieures � 0,1 micron par m³ d'air. Les seuls mat�riaux qui rentrent en contact avec les roches lunaires sont des outils usin�s en t�flon, en acier inoxydable ou en aluminium. Les outils utilis�s pour manipuler les �chantillons, tout comme les proc�dures, ont �t� con�us pour minimiser la contamination par des particules organiques et des substances inorganiques. L'aspect propret� est donc clairement pris en compte. Cependant, les �chantillons lunaires ne pr�sentant aucune dangerosit�, les techniques et protocoles mis en œuvre au LSLF ne r�pondent que pour moiti� aux besoins du SRF.

Comme nous l'avons d�j� soulign�, d'un point de vue design, le SRF devra r�pondre � deux crit�res majeurs antagonistes : permettre le confinement, avec une rigueur �quivalente � celles des laboratoires P4/(BSL-4), des �chantillons martiens pour emp�cher toute fuite d'agents biologiques ou toxiques vers l'ext�rieur, et faire obstacle � toute contamination de ces derniers par des contaminants terrestres, biologiques ou inorganiques. De plus, m�me si la majeure partie des analyses seront conduites dans des laboratoires ext�rieurs, le SRF devra permettre la r�alisation d'analyses pr�liminaires de haut niveau.

Au vu de ce qu'il vient d'�tre dit, il est envisageable qu'un nouvel �tablissement soit construit pour jouer le r�le de SRF. De nombreuses analyses et rapports ont d�j� �t� r�alis�s sur le sujet, et ce d'autant plus que les missions de retour d'�chantillons martiens sont �tudi�es depuis les ann�es 1970. Le concept d'un laboratoire sp�cialement con�u pour accueillir des �chantillons extraterrestres, et permettre leur analyse tout en prot�geant la biosph�re terrestre est si fascinant qu'il a aussi fait l'objet d'œuvres de fiction, dont la plus embl�matique est la vari�t� Androm�de de Michael Crichton. Il est remarquable de constater que dans ce roman visionnaire de 1969, presque tous les points fondamentaux sont non seulement �voqu�s, mais aussi exploit�s d'un point de vue sc�naristique.

Design d'un laboratoire d'accueil pour les �chantillons martiens

Toute la difficult� de la cr�ation du SRF vient du fait que l'imp�ratif de confinement est oppos� � celui du contr�le de la contamination. Dans les laboratoires biologiques de haute s�curit� de type P4/BSL-4, tout est fait pour emp�cher les germes pathog�nes d'�tre lib�r� � l'ext�rieur, et de causer des catastrophes sous la forme d'�pid�mies ou de pand�mies mortelles. Les salles et les isolateurs (conteneur �tanche �quip� de gants permettant la manipulation des souches) maintiennent un gradient de pression, l'air situ� � l'int�rieur �tant � une pression inf�rieure � celui de l'environnement externe. Comme l'air est continuellement aspir� pour cr�er une d�pression artificielle, toute particule a tendance � rentrer dans les espaces en question, et rien ne peut en sortir.

Au contraire, quand on souhaite �viter la contamination d'un objet (par exemple une roche) par des contaminants terrestres (organique, min�ral, biologique), il est n�cessaire de travailler sous pression positive. La pression � l'int�rieur des salles ou des pavillons doit alors �tre sup�rieure � celle de l'environnement ext�rieur, ce qui fait qu'aucune particule �trang�re ne peut rentrer. Les environnements sont donc tr�s propres. Si ces dispositifs n'�taient pas aussi co�teux, il serait facile d'en �quiper nos appartements et maisons, ce qui nous �viterait les incessantes corv�es de d�poussi�rage !

Tous les designs actuellement envisag�s pour le SRF font intervenir le concept de double barri�re. Une premi�re barri�re, appel�e barri�re primaire, aurait pour r�le d'isoler les �chantillons martiens de l'environnement terrestre. A son niveau seront situ�s les outils permettant de subdiviser ou de scier les �chantillons, les dispositifs permettant leur caract�risation ainsi que leur stockage, et enfin les instruments permettant la d�tection de traces de vie, d'agents pathog�nes ou de compos�s toxiques. Cette barri�re primaire sera mat�rialis�e par des isolateurs, �quip�s ou non de bras robotiques. La barri�re primaire devra offrir une certaine flexibilit�, et permettre par exemple de pouvoir d�placer facilement les �chantillons entre les diff�rents isolateurs, salles et espaces de stockage. Une solution serait d'utiliser les techniques de transport mises en œuvre dans l'industrie �lectronique, o� des composants doivent �tre d�plac�s dans des conditions extr�mes de propret� entre diff�rents postes, ateliers ou b�timents.

En cas de rupture d'int�grit� de la barri�re primaire, une barri�re secondaire doit permettre de maintenir le confinement. Celle-ci est g�n�ralement s�par�e du monde ext�rieur par des sas pressuris�s, ainsi que par des syst�mes de st�rilisation comme des douches chimiques. Ces sas doivent fonctionner et assurer leur fonction d'isolation en permanence, y compris dans des conditions d�grad�es tels que des pannes de courant.

Une contrainte suppl�mentaire dans la mise au point de la double barri�re concerne le fait que l'�tude des �chantillons martiens va susciter un immense int�r�t, non seulement de la part d'une large communaut� scientifique, mais �galement du public. Si les espaces dans lesquelles les �chantillons seront manipul�s vont �tre forc�ment r�duits, il sera tr�s important que les op�rateurs puissent communiquer facilement avec des �quipes scientifiques et techniques rest�es � l'ext�rieur, en vue de b�n�ficier de leur expertise. Il est donc possible que diff�rents syst�mes (vitres blind�es, cam�ras) doivent �tre install�s, pour permettre � des personnes d'assister en temps r�el, soit sur place, soit � distance, aux op�rations ayant lieu derri�re les barri�res de confinement.

Les capacit�s de d�contamination seront �galement tr�s importantes pour le SRF. Toutes les surfaces rentrant en contact avec les �chantillons martiens, que ce soit les isolateurs, les plateaux, les containers, les outils, les cellules de mesure des instruments, les manipulateurs robotiques, devront pouvoir �tre st�rilis�es et nettoy�es avec les m�mes exigences que celles retenues pour les sondes martiennes de la campagne de retour d'�chantillon. L'un des soucis est que les techniques de d�contamination, qui consistent donc � �ter compl�tement des substances organiques, min�rales ou biologiques, ne sont gu�re d�velopp�es, �tant donn� qu'habituellement, la st�rilisation seule suffit.

Comme le LSLF d�crit plus haut, le SRF devra �galement disposer d'une infrastructure de stockage des �chantillons martiens, et ce sur des p�riodes de plusieurs d�cennies. Les �chantillons ramen�s de la lune par les missions Apollo continuent encore aujourd'hui � �tre analys�s, et il est donc imp�ratif de pouvoir conserver une partie des �chantillons pour les g�n�rations futures, qui disposeront �galement de techniques d'analyses bien plus sophistiqu�es et puissantes, dont certaines n'ont sans doute pas encore �t� invent�es ni envisag�es aujourd'hui.

Enfin, par nature extr�mement sensible, le SRF devra �tre fortement prot�g� contre le vol, le vandalisme, ou une attaque terroriste. Ces sc�narios, qui �voquent immanquablement un film catastrophe hollywoodien, ne sont cependant pas des vues de l'esprit. Plus de 80 roches lunaires en provenance des missions Apollo manquent � l'appel, et certaines ont �t� r�cup�r�es lors d'une op�ration baptis�e Operation Lunar Eclipse. Plusieurs �chantillons furent �galement vol�s par des �tudiants peu scrupuleux durant leur stage au Johnson Space Center au cours de l'�t� 2002. Le FBI estima leur valeur � plusieurs dizaines de millions de dollars, et le r�cit du cambriolage, particuli�rement rocambolesque, a fait l'objet d'un livre passionnant, Sex on the Moon. Au march� noir, le prix de revente d'�chantillons martiens atteindrait une fortune, et tout devra donc �tre fait pour les prot�ger et emp�cher les vols, que ce soit au niveau du SRF ou des laboratoires ext�rieurs.

Protocoles de tests des �chantillons martiens

Pour juger de la dangerosit� des �chantillons, et ce avant leur analyse proprement dite, un protocole de test tr�s strict devra �tre ent�rin�. Ce dernier comporte trois segments : tests physiques et chimiques, d�tection d'une �ventuelle toxicit� (incluant des effets t�ratog�ne, mutag�ne, ou d'alt�ration du comportement), et enfin mise en �vidence de risques biologiques (li�s � la pr�sence d'un agent capable de se r�pliquer ou d'�tre amplifi�). L'un des aspects les plus fascinant de ce protocole est qu'il a �t� r�alis� sur la base de nos connaissances en biologie, mais qu'il est sens� pouvoir permettre la d�tection d'agents pathog�nes extraterrestres, dont l'existence pourrait reposer sur des m�canismes mol�culaires et cellulaires totalement inconnus. Cette th�matique est particuli�rement bien examin�e dans le magnifique roman de Michael Crichton, la vari�t� Androm�de, qui bien qu'�crit en 1969, alors que le programme Apollo battait son plein, demeure une r�f�rence dans le domaine de l'exobiologie et de la protection plan�taire.

Lorsque la capsule EEV contenant les �chantillons arrivera au SRF, son int�grit� sera examin�e. Le container sph�rique OS sera extrait, et des pr�l�vements auront lieu � sa surface, avant que cette derni�re ne soit nettoy�e. Par tomographie � rayons X, il sera possible d'avoir un premier aper�u des �chantillons contenus dans les tubes. Le container sera alors ouvert, et la totalit� des gaz rel�ch�s seront analys�s. Les tubes seront ensuite extraits un par un. Les particules de sols et de poussi�re adh�rant aux parois externes seront pr�lev�s, puis les tubes seront � nouveau pass�s au scanner, de mani�re � caract�riser l'h�t�rog�n�it� des �chantillons qu'ils renferment : fractures, stratifications, veines, pores. Ces informations permettront de d�terminer la fa�on dont les �chantillons seront fragment�s, une fois le tube ouvert, pour permettre les analyses demand�es par les �quipes scientifiques.

En terme de capacit� analytique, le SRF devra �tre �quip� d'une batterie d'instruments, comme des imageurs multi-spectraux, des microscopes optiques, �lectroniques et � force atomique, des d�tecteurs de radiation, des spectrom�tres de masse coupl�s � des techniques de s�paration comme la chromatographie phase gazeuse ou liquide, des spectrom�tres Raman, des diffractom�tres rayon X, des spectrom�tres de fluorescence X, ainsi qu'un appareil de tomographie � rayons X. Pour �valuer la dangerosit� des �chantillons, de nombreux tests seront aussi effectu�s sur des organismes vivants, comme des bact�ries, du plancton, ainsi que des plantes et des petits animaux mod�les, tr�s bien caract�ris�s et utilis�s dans de nombreux laboratoires (poisson z�bre, drosophile, n�matode, etc.). Il est �galement possible que des petits �cosyst�mes de laboratoire soient �galement n�cessaires.

Contrairement � ce que l'on peut voir dans la vari�t� Androm�de de Michael Crichton (ou la souche extraterrestre est inocul�e � des souris et des singes rh�sus), l'exp�rimentation animale sera vraisemblablement r�duite pour des questions d'�thique, et remplac�e quand ce sera possible par des cultures cellulaires et des analyses mol�culaires. La prise de conscience, relativement r�cente, de la capacit� limit�e des microbiologistes � pouvoir cultiver en tubes ou boites de p�tri la plupart des germes terrestres (seuls 3 % peuvent faire l'objet de cultures) fait que cette technique devra laisser la place � d'autres techniques d'investigations pour d�tecter une �ventuelle vie microbienne d'origine martienne. Certaines exp�riences n�cessiteront peut-�tre une incubation sous atmosph�re martienne, qui devra donc avoir �t� pr�lev�e en quantit� suffisante, � moins qu'elle ne soit reconstitu�e de mani�re artificielle.

A ce stade de la mission de retour d'�chantillons, la tr�s grande majorit� des scientifiques souhaiteront obtenir rapidement une s�lection d'�chantillons, pour pouvoir mener � bien les �tudes pour lesquels ils poss�dent une expertise, et ce dans leur propre laboratoire. Or, si les �chantillons pr�sentent un risque du point de vue de la protection plan�taire, les chercheurs devront se contenter de les �tudier avec l'�quipement du SRF, ce qui n'est gu�re id�al. Certaines techniques d'analyse seront de plus hors de port�e du SRF, quelque soit son niveau de sophistication. C'est en particulier le cas des �tudes au synchrotron, dont l'installation � l'int�rieur du laboratoire de r�ception des �chantillons n'est pas envisageable, et qui n�cessitera donc le transport de sp�cimens � l'ext�rieur du SRF.

Pour r�pondre � ces demandes, une solution serait de st�riliser les �chantillons par irradiation (comme une exposition � des doses l�tales de rayons gamma). Des �tudes ont montr� que plus de 90 % des analyses pourraient �tre effectu�es sur des �chantillons st�rilis�s, sans que les r�sultats ne soient fauss�s. Seuls deux cat�gories d'analyses ne rentrent pas dans ce cas de figure : celles pour lesquelles une st�rilisation n'est pas possible, et celles qui doivent avoir lieu le plus rapidement possible apr�s l'arriv�e de l'EEV au niveau du SRF.

Robotisation du SRF

Pour des raisons de s�curit�, certains concepts futuristes de SRF s'appuient sur l'utilisation intensive de robots. En se basant sur l'exp�rience accumul�e dans les laboratoires de type P4/BSL-4, il a �t� montr� que la plupart des ruptures de confinement sont dues � des erreurs humaines, et concernent particuli�rement l'emploi des gants, comme ceux des boites � gants. Tous ceux qui ont d� porter des gants pour effectuer un travail de pr�cision savent � quel point ces derniers peuvent �tre inconfortables. Quelque soit l'ing�niosit� avec laquelle ils sont fabriqu�s, les gants n'autorisent que des mouvements grossiers, m�me avec de l'exp�rience, et ne permettent pas la manipulation fine de tr�s petits objets. Ils sont de plus susceptibles d'�tre perc�s par des objets tranchants, comme des aiguilles. Ainsi, au cours des missions Apollo, durant un examen pr�liminaire d'�chantillons lunaires, une minuscule entaille fut d�tect�e dans l'un des gants d'une boite � gants. La zone potentiellement contamin�e fut ferm�e, et onze personnes se retrouv�rent malgr� elles en quarantaine, avec, on l'imagine, un impact significatif sur l'activit� du laboratoire.

Un second point � prendre en compte provient du fait qu'il est impossible de st�riliser un �tre humain. De ce fait, quelque soit les pr�cautions prises, les op�rateurs seront toujours une source potentielle majeure de contamination biologique, et la question se pose donc de savoir s'il ne faut pas les s�parer au maximum des �chantillons martiens. Pour r�duire le plus possible les br�ches dans le confinement et la contamination des �chantillons, la robotisation du laboratoire de r�ception des �chantillons martiens pourrait donc s'av�rer �tre une n�cessit�. Des robots pourraient �tre d�ploy�s sur diff�rents postes, comme ceux au niveau desquels auront lieu l'ouverture du container et la r�cup�ration des �chantillons, la caract�risation initiale et la subdivision de ces derniers, ou encore la r�alisation de tests, � l'exception des analyses in-vivo. Ils seront aussi mis � contribution pour le transport entre les diff�rents postes ainsi qu'au niveau de la zone de stockage. La g�n�ralisation des robots industriels, et les performances de ces derniers en termes de flexibilit�, fiabilit� et niveau de propret� rendent ces id�es tout � fait plausibles, m�me si des op�rations de maintenance et de r�paration resteront n�cessaires.

Pour en savoir plus :

Retour d'�chantillons : la protection plan�taire.
Liste de liens concernant le retour d'�chantillons (page de bibliographie).

Si l'illustration ci-dessus vous rappelle vaguement quelque chose, c'est normal. D�s l'atterrissage des sondes Viking sur Mars en 1976, les scientifiques et ing�nieurs se mirent � r�ver � une mission plus complexe encore : ramener sur Terre des �chantillons d'air, de sol, de roches et pourquoi pas de glace pr�lev�s sur Mars. La sonde illustr�e ici, d�riv�e des atterrisseurs Viking, �tait un engin massif, con�u par les ing�nieurs de la soci�t� am�ricaine Martin Marietta pour un retour direct des �chantillons, sans passer par un rendez-vous en orbite martienne avec un v�hicule de r�cup�ration. Statique, il ne pouvait pr�lever des �chantillons que localement. On note � l'avant plan le bras modifi� des sondes Viking, ainsi que le v�hicule de remont� en forme de tonneau, inclin� sur le c�t� pour faciliter le chargement des �chantillons (Cr�dit photo : � Martin Marietta/NASA).

Tr�s vite, la n�cessit� de se d�placer � la surface de Mars pour pouvoir collecter librement les �chantillons les plus int�ressants s'est impos�e aux ing�nieurs de la NASA qui planchaient sur les concepts de missions de retour d'�chantillons. Ce dessin d'artiste montre un v�hicule de plus de 600 kg (le MST), compos� de trois sections distinctes, chacun �quip�e de deux roues et reli�es entre elle par une articulation permettant � l'engin d'�pouser le sol martien et de se jouer des obstacles rencontr�s (jusqu'� 1,5 m�tre de hauteur). Le segment avant comportait deux bras robotiques optimis�s pour la collecte, un dispositif de forage et de nombreux instruments scientifiques. Une cam�ra offrant une vision st�r�oscopique �tait mont�e sur la section m�diane, qui supportait �galement une antenne radio. Enfin, le segment arri�re fournissait l'�nergie au rover, par l'interm�diaire d'une g�n�rateur thermo�lectrique radioisotopique (RTG) similaire � ceux des atterrisseurs Viking. A l'arri�re-plan, on aper�oit la fus�e de retour (appel�e SRS), qui attend patiemment son chargement, et dans le ciel, un orbiteur de t�l�communication, panneaux solaires d�ploy�s. Les ing�nieurs avaient estim� que le rover serait revenu plusieurs fois d�poser ses �chantillons au niveau du SRS, pour collecter au total environ 5 kilogrammes de mat�riel martien. Le projet illustr� ici (d�nomm� MRSR) datait de 1987. M�me si son design est diff�rent, le rover Curiosity, en action dans le crat�re Gale depuis 2012, ainsi que son fr�re jumeau Perseverance, sont finalement une tr�s belle incarnation des r�ves des ing�nieurs, qui, il y a plus de 30 ans, r�vaient d�j� � un retour d'�chantillons. (Cr�dit photo : � NASA).

Par nature, une mission de retour d'�chantillons martiens est d'une complexit� extr�me. Il faut pouvoir atterrir sur Mars, id�alement s'y d�placer, pour collecter de petites quantit�s de gaz, de sols et de roches, puis empaqueter tout cela dans une fus�e, qui devra ramener la pr�cieuse collecte sur Terre, soit directement (ce qui implique une puissance et donc une masse consid�rable), soit en passant par un rendez-vous en orbite martienne avec un v�hicule de retour. Les sc�narios actuels pr�voient trois sondes, lanc�es chacune � deux ann�es d'intervalle : un rover de collecte, un rover de r�cup�ration et sa fus�e de remont�e en orbite martienne, et enfin le v�hicule de retour vers la Terre. Il y a des d�cennies, les ing�nieurs n'h�sitaient cependant pas � imaginer des engins monstrueux et modulaires, capables de mener � bien en une seule fois toutes ces �tapes. C'�tait le cas du concept illustr� ci-dessus, et propos� en 1984. Au moment de son d�part, l'IVS (Interplanetary Vehicle System) aurait pes� presque 9,5 tonnes. Le fuselage biconique de ce vaisseau g�ant (d�riv� des t�tes d'ogives nucl�aires), est saisi ici lors de son entr�e atmosph�rique au-dessus d'un volcan martien. L'�l�gante coque renferme un incroyable assemblage de modules robotiques, imbriqu�s les uns dans les autres, � la mani�re d'un jeu de m�cano g�ant. La description, ainsi que la complexit� de cette poup�e russe spatiale, donne le tournis (Cr�dit photo : � NASA).

Tous les projets de retour d'�chantillons n'�taient pas des monstres de complexit� et des gouffres financiers. Au d�but des ann�es 2000, dans le cadre du programme Mars Scout, une �quipe de scientifiques proposa ainsi de ramener des �chantillons d'atmosph�re martienne (gaz et poussi�re) en faisant effectuer un passage en rase motte � un bolide, qui, apr�s avoir fr�l� Mars, serait revenu directement sur Terre. Les �chantillons �taient captur�s dans de l'a�rogel, mat�riel d�j� utilis� sur la sonde StarDust. Baptis� SCIM (Sample Collection for Investigation of Mars), ce projet original ne sera finalement pas retenu, apr�s avoir �t� en demi-finale en d�cembre 2002. Deux missions martiennes seulement voleront dans le cadre du programme Scout : l'atterrisseur polaire Phoenix et l'orbiteur MAVEN (Cr�dit photo : � droits r�serv�s).

Vue d'artiste de trois �tapes essentielles d'une mission de retour d'�chantillons telle qu'envisag�e actuellement : le d�collage du MAV pour l'orbite basse martienne (� gauche), le rendez-vous de l'orbiteur de r�cup�ration avec le container contenant les �chantillons, et enfin le largage de la capsule de retour (EEV) � proximit� de la Terre (Cr�dit photo : � ESA/ATG Medialab).

Dans le domaine de la conqu�te spatiale, l'entreprise qui consiste � vouloir r�cup�rer des �chantillons martiens est l'une des plus complexes, co�teuses et risqu�es jamais envisag�es par l'homme. La seule mission capable de rivaliser avec ce projet pharaonique est l'envoi d'hommes sur la Lune, lors du programme Apollo des ann�es 1960-1970. Par rapport aux missions de retour d'�chantillons imagin�es d�s 1970, trois aspects seulement ont connu une spectaculaire �volution au cours des derni�res d�cennies: l'identification de sites d'atterrissage hautement prioritaires, suite � un effort magistral de cartographie de la surface martienne par une flottille d'orbiteurs am�ricains et europ�ens, l'am�lioration des techniques permettant d'augmenter la fiabilit� et la pr�cision des atterrissages, et enfin la pr�sence en orbite martienne de nombreux satellites pouvant jouer le r�le de relais radio. Combien d'ann�es faudra-t-il encore attendre avant de vivre l'apoth�ose du programme robotique d'exploration de Mars, l'arriv�e sur Terre de la premi�re capsule renfermant des �chantillons de Mars ? (Cr�dit photo : � CNES/David Ducros).

Apr�s l'annulation de la mission franco-am�ricaine de retour d'�chantillons programm�e au d�but des ann�es 2000, ce projet refait son apparition dans le cadre d'une collaboration internationale entre la NASA et l'ESA en 2009. Avant son annulation trois ann�es plus tard, l'agence spatiale am�ricaine proposait d'envoyer sur Mars un rover, MAX-C, dont l'objectif �tait de collecter des �chantillons de roches et de sols, en vue d'un futur retour. Le travail effectu� sur MAX-C par la NASA servi � d�velopper le rover Curiosity, puis son fr�re jumeau Perseverance, qui est le premier v�ritable composant d'une mission de retour d'�chantillon � atteindre le pas de tir (Cr�dit photo : � droits r�serv�s).

Le sc�nario actuel de retour d'�chantillons, �tudi� par la NASA et l'ESA, s'appuie sur trois missions distinctes et deux fen�tres de tir. En juillet 2020, le rover Perseverance de la mission Mars 2020 d�colle en direction de la plan�te rouge, pour collecter des �chantillons � l'int�rieur du crat�re Jezero. En 2026, la NASA lance une plateforme dot�e d'une fus�e de retour (MAV) ainsi que d'un rover de r�cup�ration fourni par l'ESA. L'agence spatiale europ�enne envoie �galement (sans doute � bord d'une fus�e Ariane) un orbiteur pour le retour des �chantillons vers la Terre. Ces deux missions sont inject�es sur des trajectoires anormalement longues : l'orbiteur arrive en 2027, tandis que l'atterrisseur se pose en 2028. Environ une ann�e plus tard, le MAV d�colle avec � son bord le container d'�chantillons, pour rejoindre l'orbite martienne. L'orbiteur de l'ESA effectue alors un rendez-vous avec le container, avant de repartir sur Terre. Dans ce planning, l'arriv�e des �chantillons martiens est pr�vue pour 2031 ou 2033 (Cr�dit photo : � ESA).

Le rover am�ricain Mars 2020 est la seule mission d'une �ventuelle campagne de retour d'�chantillons actuellement approuv�e et financ�e par une agence spatiale. Son objectif est de collecter des sections cylindriques de roches (carottes) et du r�golite � l'int�rieur du crat�re d'impact Jezero. D'autres missions devront �tre mises sur pied pour rapatrier les �chantillons sur Terre (Cr�dit photo : � NASA/JPL-Caltech).

Similaire � Curiosity, le rover Perseverance de la mission Mars 2020 se distingue toutefois par des instruments diff�rents, ainsi qu'un dispositif particuli�rement novateur et sophistiqu� de pr�l�vement d'�chantillons. Sa charge utile jouera un r�le de premier plan dans la d�termination du contexte g�ologique et exobiologique des r�gions situ�es autour du site d'atterrissage, ainsi que dans l'�tude et la s�lection des mat�riaux � �chantillonner (Cr�dit photo : � NASA/JPL-Caltech).

Sur cette vue d'artiste, le v�hicule de r�cup�ration des �chantillons martiens (fetch rover) s'approche d'un ensemble de tubes d�pos�s au sol par le rover Perseverance de la mission Mars 2020 dans un secteur de stockage. Le fetch rover pr�sentera plusieurs sp�cificit�s, comme une vitesse de d�placement rapide � la surface de Mars, ainsi qu'un bras robotique adapt� � la manipulation des tubes � �chantillons (Cr�dit photo : � NASA/JPL-Caltech).

Un prototype de panier � �chantillons unique (monolithic cache) �tudi� par la NASA dans le cadre de la mission Mars 2020. Ce dernier permettait de ranger 43 tubes en titane d'une longueur de 14 centim�tres, d'un diam�tre de 2 centim�tres et pouvant accepter environ 15 grammes de mat�riel. 30 d'entre eux �taient d�volus aux �chantillons de roches et de sol. 7 tubes suppl�mentaires servaient de t�moins, principalement pour d�tecter une contamination terrestre � diverses �tapes de la mission. Enfin, les 6 tubes restant pouvaient servir de tubes de rechange, en cas de besoin (Cr�dit photo : � NASA).

Une vue des tubes � �chantillons du rover Perseverance, montrant la position des num�ros de s�rie (en haut au centre), ainsi que l'aspect d'un pr�l�vement dans la cavit� int�rieure (cr�dit photo : � NASA/JPL-Caltech).

Mod�le actuel du panier � �chantillons de la fus�e de remont�e en orbite martienne (MAV), et qui devra �tre ramen� sur Terre par une future mission de retour d'�chantillons (Cr�dit photo : � NASA).

Cette vue fantomatique r�sulte d'une tomographie en 3D d'un tube � �chantillons du rover Perseverance. Lors du retour des �chantillons sur Terre, cette technique sera notamment utilis�e pour v�rifier l'int�grit� des tubes, avant leur ouverture (cr�dit photo : � NASA/JPL-Caltech).

D�pose du v�hicule de remont� en orbite martienne (MAV) sur le sol martien par une skycrane sur Mars(Cr�dit photo : � NASA/JPL-Caltech).

Sch�ma du v�hicule actuellement envisag� pour remonter en orbite basse martienne les �chantillons collect�s au sol (MAV). Il ne s'agit ni plus ni moins que d'un missile � deux �tages aliment� par un combustible solide capable de r�sister aux temp�ratures tr�s basses qui caract�risent la surface martienne (Cr�dit photo : � NASA/JPL-Caltech).

Vue d'artiste montrant le lancement du MAV depuis sa plateforme de tir. Cet �v�nement sera sans aucun doute le plus spectaculaire et le plus symbolique de toute la campagne de retour d'�chantillons martiens (Cr�dit photo : � NASA/JPL-Caltech).

Si le combustible qui alimentera le moteur du v�hicule de remont�e (MAV) des premi�res missions de retour d'�chantillons sera apport� directement depuis la Terre, il n'en sera peut-�tre pas toujours ainsi. Les ergols pourraient aussi �tre fabriqu�s, partiellement ou compl�tement, sur place, � partir de l'atmosph�re martienne. Un retour direct, sans passer par un rendez-vous en orbite martienne, pourrait alors pourquoi pas �tre envisageable (Cr�dit photo : � Pat Rawlings).

Ejection de la capsule contenant les �chantillons martiens en orbite basse martienne par le MAV, en vue de sa r�cup�ration par l'orbiteur de retour (Cr�dit photo : � NASA/JPL-Caltech).

Prototype d'un container orbital (OS) renfermant les �chantillons martiens et propos� par l'Agence Spatiale Europ�enne (ESA), dans le cadre d'une pr�c�dente collaboration avec la NASA qui fut annul�e en 2012. D'un diam�tre d'environ 17 centim�tres et pesant 5 kilogrammes, ce panier permettait d'accueillir environ 500 grammes d'�chantillons. Plac� sur une orbite basse et tr�s stable de 500 kilom�tres d'altitude par le v�hicule de remont� (MAV), il devait ensuite �tre r�cup�r� par un orbiteur au terme d'une s�rie de manœuvres complexes de rendez-vous, pour �tre ramen� sur Terre (Cr�dit photo : � ESA).

Vue d'artiste montrant l'orbiteur de retour sur Terre en train de survoler les �tendues d�sertiques du crat�re Jezero, site d'atterrissage du rover Mars 2020 et lieu de collecte des premiers �chantillons martiens pr�lev�s dans l'histoire de l'exploration martienne (Cr�dit photo : � ESA/ATG Medialab).

Dessin d'artiste de l'orbiteur de la mission actuelle de retour d'�chantillon, sur le point de capturer la sph�re contenant les pr�cieux �chantillons martiens. Cette �tape n'est atteinte qu'apr�s un ballet orbital particuli�rement complexe, qui a pour objectif d'aligner tr�s pr�cis�ment les orbites suivies par le chasseur (l'orbiteur) et sa proie, le container d'�chantillon (Cr�dit photo : � ESA/ATG Medialab).

Sur cette vue d'artiste, le container d'�chantillons n'est plus qu'� quelques dizaines de centim�tres du "panier de basket" de l'orbiteur. Une fois r�cup�r�, le container est plac� dans une enceinte situ�e � l'int�rieur de la capsule devant atterrir sur Terre. Gr�ce � un dispositif qui reste � d�finir, celle-ci devra s'auto-refermer et s'auto-souder, pour constituer une barri�re totalement herm�tique autour du container � �chantillons. Effectivement, les tubes � �chantillons ainsi que le container ont �t� expos�s � l'environnement martien, et sont donc consid�r�s comme biologiquement et chimiquement contamin�s. Il est donc imp�ratif de les isoler gr�ce � une double barri�re (pour des questions de redondance) qui soit d'une efficacit� et d'une r�sistance totale, et dont l'int�grit� sera v�rifi�e de fa�on r�guli�re. Une fois la capture et le confinement r�ussis, le pari des ing�nieurs est � ce stade presque gagn�. A c�t� des �tapes incroyablement d�licates qui viennent d'�tre franchies, le retour sur Terre appara�t d'une simplicit� absolue (Cr�dit photo : � ESA/ATG Medialab).

L'�tape ultime d'une mission vertigineusement complexe et risqu�e : l'orbiteur de retour largue la capsule d'�chantillons en direction de la Terre, une fois l'int�grit� de l'enceinte de confinement v�rifi�e. A cause du risque potentiel que les �chantillons pourraient faire courir � la biosph�re terrestre, des r�gles de protection plan�taire tr�s strictes seront observ�es durant la campagne de retour d'�chantillons (Cr�dit photo : � ESA/ATG Medialab).

Pharaonique par nature, l'entreprise qui va consister � ramener sur Terre des �chantillons de Mars semble inspirer particuli�rement les ing�nieurs, qui n'h�sitent pas � proposer pour cette s�rie de missions des technologies avanc�es, s�duisantes mais aussi risqu�es. C'�tait notamment le cas de l'a�rocapture (�tudi�e pour le projet franco-am�ricain des ann�es 2000 pour diminuer sensiblement la masse de carburant n�cessaire pour la mise en orbite autour de Mars), et, dans une moindre mesure, celle de la propulsion solaire. De mani�re � diminuer fortement la masse de carburant � embarquer sur l'orbiteur de r�cup�ration (qui aura un aller-retour � effectuer entre Mars et la Terre), il serait effectivement avantageux de pouvoir remplacer la traditionnelle propulsion chimique par un moteur �lectrique, aliment� par l'�nergie solaire. L'orbiteur de retour serait alors �quip� de larges panneaux solaires, flexibles et r�sistants aux radiations, qui seraient repli�s au moment du lancement puis d�ploy�s comme des stores une fois dans l'espace. L'�nergie recueillie serait utilis�e pour faire fonctionner un propulseur � effet Hall. Dans ce type de moteur ionique, des atomes de gaz (x�non) sont ionis�s par un canon � �lectrons, acc�l�r�s dans un champ magn�tique puis expuls�s � tr�s grande vitesse dans le vide spatial. Contrairement aux moteurs chimiques, les moteurs ioniques sont allum�s en permanence. Le gain en termes de masse de carburant serait d'un facteur 10. Autant dire que l'id�e est loin d'�tre consid�r�e comme alambiqu�e par les agences spatiales (cr�dit photo : droits r�serv�s).

Les mesures de protection plan�taire sont d'une importance cruciale lors d'une mission de retour d'�chantillons. Il s'agit non premi�rement d'�viter de contaminer Mars avec des organismes terrestres (qui pourraient se d�velopper ensuite l�-bas), ou de mani�re moins dramatiques des substances organiques capables d'adh�rer aux pr�cieux �chantillons martiens, et qui diminueraient alors consid�rablement leur int�r�t. Le second axe est d'emp�cher � tout prix de ramener de potentiels germes extraterrestres sur Terre. Les pr�cautions qui seront prises pour �viter une contamination crois�e vont grever de mani�re consid�rable le budget de la mission, encore plus que pour la mission Viking en 1976. L'illustration ci-dessus montre l'une des sondes Viking en cours de positionnement dans une �tuve g�ante, en vue de sa st�rilisation (Cr�dit photo : � NASA).

Un grand classique de la Science-Fiction, la Guerre des Mondes de H.G. Wells. Il faudra encore patienter au moins une bonne d�cennie avant que des �chantillons martiens ne reviennent sur Terre, mais certains esprits s'inqui�tent depuis longtemps d�j� des cons�quences. La poign�e de cailloux et de sol sera trait�e comme si elle contenait les germes les plus dangereux : barri�res de confinement multiples, laboratoires P4 ... Les martiens feraient-ils toujours autant peur ? (Cr�dit photo : � droits r�serv�s).

L'�pave de la capsule de la mission Genesis, qui ramenait sur Terre des �chantillons de vent solaire. L'absence de d�ploiement des parachutes a entra�n� son crash dramatique le 8 septembre 2004 dans le d�sert de l'Utah, � une vitesse de 310 km/h. Un tel �v�nement serait d�sastreux dans le cadre d'une mission de retour d'�chantillons martiens, une contamination crois�e Terre - Mars devant absolument �tre �vit�e (cr�dit photo : � NASA/JPL-Caltech).

La r�cup�ration de la capsule de la mission Stardust, qui renfermait des �chantillons provenant d'une com�te (Wild 2) et du milieu interplan�taire. La capsule s'est pos�e en douceur sur une base de l'US Air Force (Utah Test and Training Range) en pleine nuit le 15 janvier 2006 (Cr�dit photo : � NASA/JPL-Caltech).

Une boite � gants, similaire � celles qui �quiperont le complexe de r�ception (SRF) des �chantillons martiens. L'int�rieur de l'enceinte est maintenu sous pression n�gative, pour �viter toute fuite vers l'ext�rieur. Les entr�es et sorties d'air sont s�curis�es par des filtres HEPA, tandis que les �chantillons sont manipul�s par l'interm�diaire de gants rigides, offrant une r�sistance tr�s grande aux coupures et d�chirures. Gr�ce � des interfaces standards, les enceintes de ce type peuvent �tre reli�es entre elles pour faciliter les manipulations, ou connect�es � diff�rents �quipements, comme des incubateurs, des autoclaves, des cages d'animalerie ou des containers pour incin�ration. Pour le laboratoire de r�ception des �chantillons martiens, o� la dangerosit� de ces derniers sera �valu�e, des boites � gants dot�es de deux parois s�par�es par un espace � pression n�gative seraient recommand�es, de mani�re � �viter � la fois la contamination du laboratoire mais aussi des �chantillons en cas de rupture de confinement. Ce type de boites � gants n'existe cependant pas pour le moment (cr�dit photo : � droits r�serv�s).

Une sc�ne du film Outbreak (1995), avec Dustin Hoffman et Rene Russo en combinaison int�grale de protection. Le retour d'�chantillons martiens sur Terre implique un risque sans doute tr�s faible, mais n�anmoins non nul, de contamination de la biosph�re terrestre par des germes extraterrestres. Le potentiel de dangerosit� des �chantillons sera donc �valu� au sein d'un complexe similaire aux laboratoires de type P4/BSL-4, o� les germes terrestres les plus virulents sont �tudi�s. Dans ces complexes, les op�rateurs doivent rev�tir des combinaisons int�grales pressuris�es (sous pression positive). Avant d'entrer dans les salles aseptis�es o� les exp�rimentations ont lieu, ils doivent se d�shabiller et enfiler des sous-v�tements jetables (incin�rables), puis leur scaphandre. Ainsi �quip�s, ils passent ensuite par un sas de d�contamination, qui fonctionne par exemple par brumisation d'une solution formol�e. Au niveau des laboratoires, les combinaisons sont ensuite branch�es sur des tubes flexibles (appel�s narguil�s) qui permettent aux op�rateurs de respirer de l'air pur (qui ne provient donc pas de la pi�ce o� ils vont travailler). L'air gonfle �galement les combinaisons en emp�chant l'entr�e de toutes particules en cas de d�chirure. Chaque op�rateur porte quatre couches de gants, ce qui complique beaucoup les manipulations (cr�dit photo : � Warner Bros. Pictures).

Sex on the Moon, o� comment voler � la NASA un coffre rempli de pierres lunaires et martiennes pour s�duire sa petite amie. Cette histoire vraie raconte le parcours stup�fiant de Thad Roberts, un �tudiant brillant, promis � un avenir d'astronaute, et qui d�cide, de mani�re incompr�hensible, de s'emparer d'un lot de roches extraterrestres dans le b�timent 31 du centre Johnson Space Center (JSC) de la NASA, � Houston. Enr�l� dans un stage d'aspirant astronaute au JSC, Thad Roberts croise le chemin du docteur Everett Gibson, un g�ochimiste de classe internationale, et qui a consacr� sa carri�re � l'�tude de roches lunaires et martiennes (dont ALH84001). Venue de nulle part, une id�e fixe commence � obs�der Thad Roberts : celle de mettre la main sur le tr�sor cosmique que le scientifique garde dans son laboratoire dans un coffre, pour s'assurer l'amour de Rebecca, une jeune femme qu'il a rencontr� sur le campus, et dont il est tomb� amoureux. D�s son arriv�e au JSC, Thad Roberts ne passe pas inaper�u. Charismatique, l'�tudiant ne semble avoir aucun mal � nouer des liens avec ses camarades, m�me si pour impressionner, il n'h�site pas � se placer dans des situations d�licates et � braver les interdits. C'est ainsi qu'il parviendra tr�s rapidement � p�n�trer dans le simulateur de vol de la navette spatiale, un b�timent dont l'acc�s est pourtant scrupuleusement contr�l�. Au fur et � mesure que le temps passe, l'envie de passer � l'acte et de subtiliser le coffre de Gibson le taraude. D�nonc� par un collectionneur de min�raux amateur, Thad Roberts sera arr�t� par le FBI apr�s son crime, et �copera d'une peine tr�s lourde de prison, qu'il passera dans des conditions �prouvantes. L'affaire embarrassa consid�rablement la NASA. Le vol perp�tr� par Thad Roberts montre � quel point la s�curisation des �chantillons martiens sera importante, que ce soit au sein du SRF ou au niveau des laboratoires ext�rieurs qui effectueront les analyses (cr�dit photo : � droits r�serv�s).

Prototype de porte-�chantillon r�alis� pour le CNES et permettant de manipuler en toute s�curit� des �chantillons martiens en vue de leur analyse � l'ext�rieur du laboratoire de r�ception et de quarantaine, le SRF. A la fa�on d'une poup�e russe, ce container comporte trois chambres imbriqu�es les unes dans les autres. La derni�re chambre accueillie un syst�me sur lequel s'ins�rent des tubes capillaires ultra-propres, pouvant contenir des grains min�raux ou organiques de 10 � 100 microns. Des fen�tres permettent de r�aliser plusieurs analyses simultan�es, comme des mesures permettant de d�terminer la composition chimique �l�mentaire (par spectrom�trie � fluorescence X) ou la composition min�ralogique (par spectrom�trie Raman, spectrom�trie infrarouge, ou encore diffraction � rayons X) (cr�dit photo : � CNES).