Le Sommet des humains au Titanqui s’est tenue au Southwest Research Institute dans la ville de Boulder, Colorado les 11 et 12 juin derniers, était une conférence scientifique et technique unique en son genre consacrée à une idée pionnière : évaluez Titan, la plus grande lune de Saturne (et le seul corps céleste du système solaire autre que la Terre à avoir une atmosphère dense et des rivières d’hydrocarburescomme prochain objectif de l’exploration spatiale humaine après Mars. L’objectif principal du sommet était de définir et d’accélérer la transition d’une exploration purement robotique de Titan à une future exploration spatiale humaine.
La réunion a été conçue non pas pour annoncer une date de départ pour une véritable mission, mais pour commencer à comprendre si un voyage vers Titan pourrait un jour devenir un projet réaliste, compte tenu de son atmosphère dense et des ressources qu’il offre. Les experts ont clairement indiqué que l’envoi d’équipages humains vers le système Saturne nécessiterait des capacités d’ingénierie et technologiques qui nécessiteraient des décennies de développement, car il s’agit d’un environnement très différent de ceux lunaires et martiens.
Saturne et Titan sont également situés à environ À 1 400 millions de kilomètres du Soleilenviron 10 fois la distance de la Terre au centre solaire. Cependant, Titan représente l’un des endroits les plus particuliers de tout le système solaire, à tel point qu’il est désormais considéré comme l’un des candidats les plus prometteurs pour la recherche de formes de vie extraterrestres simples.
Titan est un monde plus semblable à la Terre qu’il n’y paraît
Comme on peut l’imaginer à distance du Soleil, La température moyenne de Titan est très basse, autour de -180°C. Il orbite autour de Saturne à une distance d’environ 1 million de kilomètres sur une période de 15 jours. C’est une lune relativement grande, la deuxième plus grande du système solaire, avec un diamètre de 2 500 km. Contrairement à la Lune et à Mars elle-même, Titan possède une atmosphère dense, composé principalement d’azote et de méthane.
De plus, sa surface n’est pas rocheuse, comme celle de Mars, mais est constituée de glace à l’eau recouvert de matières organiques gelées, avec lacs et mers d’hydrocarbures liquides. Sa surface est façonnée par un processus hydrogéologique similaire à celui terrestre, même si au lieu de l’eau, du méthane liquide et de l’éthane s’écoulent des pluies générées par les nuages de méthane gazeux qui se condensent dans la haute atmosphère.
Bref, la particularité de Titan est en fait donnée par son atmosphère et sa croûte superficielle : l’azote est en effet également présent en abondance sur Terre et la présence de méthane et d’autres hydrocarbures, associée à une coquille d’eau gelée, crée la mélange parfait d’éléments pour devenir l’habitat humain le plus éloigné dans le système solaire.
Quels sont les enjeux et technologies à développer pour un voyage sur Titan ?
Les principaux sujets abordés lors du sommet concernaient principalement des questions liées aux technologies qui devront être développées. L’éloignement de la Terre rend toute mission extrêmement complexe, tant d’un point de vue technique qu’économique.
Pour les futures missions humaines vers Titan, les systèmes de propulsion chimique traditionnels sont inadéquats : avec une fusée comme le Starship de SpaceX, l’aller simple ça durerait 7 à 9 ans nécessitant également une énorme quantité de propulseur. À la NASA, on a déjà conçu un nouveau type de système de propulsion pour les missions humaines basé sur Propulsion électrique nucléaire (ou NEP, de l’anglais Nuclear Electric Propulsion). Le NEP utilise un réacteur à fission pour alimenter des propulseurs ioniques, dans lesquels un gaz rare (comme le xénon) est ionisé et expulsé à très grande vitesse via des champs électromagnétiques.
Le NEP pourrait réduire le temps de trajet à 1 à 2 ans et est actuellement en construction pour une prochaine mission sur Mars. La NASA a en effet fixé le lancement du Liberté du réacteur spatial-1 (SR-1)le premier vaisseau spatial interplanétaire au monde propulsé par un réacteur nucléaire. La mission démontrera l’efficacité de la propulsion nucléaire électrique à l’aide d’un petit réacteur à fission de 20 kilowatts qui utilisera de l’uranium comme combustible de fission.
Réduire le temps de trajet, c’est aussi diminuer l’exposition des astronautes aux radiations pendant leur séjour dans leur vaisseau spatial. Le rayonnement que les astronautes accumuleraient lors d’un voyage vers Saturne est en effet l’un des défis majeurs qu’il faudra relever avec de nouvelles solutions technologiques. L’équipage serait exposé à deux sources principales de rayonnement cosmique : les rayons cosmiques galactiques (GCR), des particules composées de noyaux atomiques ionisés de très haute énergie provenant de l’espace lointain, et les particules énergétiques solaires (SEP), qui sont des émissions soudaines de particules provoquées par des tempêtes solaires qui libèrent principalement des protons.
Un voyage humain nécessitera donc l’utilisation de technologies avancées pour protéger les radiationsutilisant des matériaux innovants à haute teneur en hydrogène (comme des polymères ou de l’eau, idéaux pour réduire les rayonnements) pour protéger les milieux de vie du vaisseau spatial.
Un autre élément fondamental serait la disponibilité de l’énergie. Sur Titan, la lumière du Soleil arrive beaucoup plus faiblement que sur Terre, ce qui rend l’utilisation de panneaux solaires normaux moins efficace. Pour cette raison, une future base pourrait devoir s’appuyer principalement sur des systèmes nucléaires capables de produire de l’énergie de manière continue et fiable.
Cependant, Titan possède d’importantes réserves d’hydrocarbures, notamment de méthane, dans ses lacs et mers. Les scientifiques étudient donc le concept d’utilisation des ressources locales, connu sous le nom d’ISRU (Utilisation des ressources in situ). Pour pouvoir utiliser le méthane comme carburant directement sur Titan, les astronautes pourraient produire de l’oxygène sur place en l’extrayant de la glace d’eau qui constitue la croûte externe solide de la surface de Titan, grâce à un processus d’électrolyse. Le méthane et l’oxygène pourraient alors être utilisés comme ressources pour la production d’électricité pour les bases humaines et pour la production de plastiques et d’autres matériaux de construction.
Un drone pour cartographier et analyser la surface de Titan
Avant même les astronautes, un petit explorateur robotique explorera la surface de Titan en détail. Saturne et ses lunes avaient déjà été explorées par des sondes Voyager et Pionnier 11 entre les années 70 et 80, qui a envoyé sur Terre les premières images rapprochées du système planétaire. Cependant, en 2004, la première mission spécifique a été lancée pour explorer plus en détail la géante gazeuse et sa lune. Grâce à la mission Cassini-Huygensarrivée à destination treize ans après son lancement, la découverte des lacs de méthane de Titan a été possible, notamment grâce à la sonde Huygens qui s’est littéralement posée à la surface de la Lune.
La NASA est sur le point d’achever la prochaine mission robotique vers Titan qui visera à déposer un drone sur la surface de sa lune. Il s’agit de Libellulele drone nucléaire de la NASA conçu pour survoler la surface de Titan et étudier son atmosphère, sa composition chimique et ses caractéristiques géologiques. Le lancement est prévu pour 2028 (arrivée en 2034) et exploitera la faible gravité et l’atmosphère épaisse de Titan pour voler à travers des nuages denses de méthane et d’azote. Dragonfly sera équipé de quatre rotors capables de décoller et de se déplacer dans les airs, évidemment alimentés par un petit générateur nucléaire.
La sonde analysera les composés organiques complexes à base de carbone présents sur les dunes et la glace de la Lune. En fait, l’un des objectifs fondamentaux de la mission sera de rechercher des signatures chimiques et biologiques laissées à la fois par d’hypothétiques formes de vie aquatiques (similaires à la vie terrestre) et par des formes de vie exotiques qui pourraient utiliser le méthane liquide comme solvant à la place de l’eau.
Sources
Institut de recherche du Sud-Ouest
NASA