Qu'a trouvé Perseverance collé à ses échantillons de combinaisons ?

Pendant 1 645 jours martiens, le rover Perseverance de la NASA a transporté cinq petits échantillons de matériaux de combinaisons spatiales à travers le cratère Jezero, chacun de 20 millimètres de côté, intégrés à une cible d'étalonnage de son instrument SHERLOC. La poussière qui s'y est déposée vient d'être mesurée grain par grain, et les grains les plus petits sont bien plus fins que tout ce qui avait été résolu sur Mars jusqu'ici. Les résultats, publiés le mardi 27 octobre dans les Proceedings of the National Academy of Sciences, sont les premières mesures sur site de particules fines et ultrafines à la surface martienne.

L'instrument PIXL, un spectromètre à rayons X, a documenté deux catégories de particules sous l'ancien seuil de résolution : des particules fines de moins de 2,5 micromètres, et des particules ultrafines d'environ 100 nanomètres; environ 700 fois plus fines qu'un cheveu humain. « L'existence de poussière martienne à ces tailles ultrafines était prédite depuis longtemps, et PIXL nous a donné l'occasion de la mesurer directement sur Mars », a déclaré Scott VanBommel, scientifique de Perseverance à l'université Washington de Saint-Louis et auteur principal de l'étude. « Les plus gros amas, les “lapins de poussière” martiens, finissent par être secoués avec le temps. Mais les particules les plus petites restent, et ce sont elles qui posent le plus grand défi aux systèmes de support humain. »

Que montrent réellement les mesures ?

Les mesures antérieures sur Mars ne pouvaient résoudre les particules de poussière que jusqu'à environ 3 micromètres. PIXL est descendu bien en dessous. Les particules sur la cible en Téflon de PIXL et sur l'échantillon de Vectran de SHERLOC mesuraient en moyenne environ 2 micromètres, tandis que la poussière sur le verre basaltique de PIXL et sur l'échantillon de Téflon de SHERLOC descendait jusqu'à environ 100 à 300 nanomètres. Comme le Téflon ne contient aucun élément que PIXL puisse détecter directement, tous les signaux élémentaires relevés sur cet échantillon provenaient de la poussière qui y reposait.

Chimiquement, la poussière correspond à la composition riche en fer et en soufre mesurée par les missions précédentes, avec un enrichissement en phosphore et des traces de sulfate de calcium relevés par PIXL. Elle transporte des composés chimiquement réactifs, dont des perchlorates qui peuvent perturber la thyroïde et du fer réactif qui endommage les cellules. Et elle se trie elle-même : l'électricité statique semble déterminer quels grains de quelle taille adhèrent à quelle surface, les grains se chargeant en se heurtant dans l'air. Les particules les plus fines sont restées accrochées pendant des années de conduite et de forage, tandis que les amas plus gros se détachaient. Contrairement à la poussière lunaire, tranchante faute de vent pour l'user, la poussière martienne est arrondie par les collisions éoliennes et remise en circulation par les tempêtes régionales et planétaires.

Que ne peut pas nous dire un rover sur le danger pour l'homme ?

Un rover peut mesurer des grains ; il ne peut pas les respirer. Aucun être humain n'a inhalé de poussière martienne, si bien que la dose à laquelle elle nuit à une personne, et pendant quelle durée, reste non mesurée. « Une taille de particule plus petite ne rend pas nécessairement la poussière plus dangereuse, mais les particules plus petites ont un plus grand potentiel de pénétrer profondément dans le corps humain et sont plus difficiles à éliminer pour l'organisme », a déclaré VanBommel. « Comme pour toute substance, la toxicité dépend de la dose et de la durée. » Les études terrestres associent les particules fines de moins de 2,5 micromètres à des effets sur les poumons et la circulation sanguine, et les particules ultrafines à un trajet de la cavité nasale vers le cerveau le long du nerf olfactif; mais le comportement réel des grains martiens dans un corps humain reste une inférence, pas une preuve.

Nous ignorons aussi quelle quantité de poussière atteindrait réellement un habitat. « La quantité de poussière qui atteint un habitat dépendra largement de la conception des combinaisons et des sas, et ce travail est en cours », a déclaré VanBommel. Les méthodes de nettoyage efficaces à l'échelle submicronique ne sont pas démontrées, les saisons de tempêtes de poussière peuvent charger les surfaces différemment des périodes calmes mesurées jusqu'ici, et l'accumulation à long terme sur les joints et les filtres reste de la modélisation.

Pourquoi un grain 700 fois plus fin qu'un cheveu change-t-il la planification ?

Parce qu'il fait passer la poussière martienne de la colonne de l'entretien à celle de l'ingénierie. Un grain capable de pénétrer profondément dans les poumons et d'entrer dans la circulation sanguine, et aux plus petites tailles d'atteindre potentiellement le cerveau, ne se gère pas en secouant une combinaison au sas. Il faut le concevoir hors du système : des matériaux choisis pour attirer le moins de poussière fine possible, des combinaisons amarrées à l'extérieur de l'habitat plutôt que transportées à l'intérieur, des sas à deux chambres au lieu d'une, et des limites d'exposition écrites avant l'arrivée des équipages plutôt qu'après leurs quintes de toux. La NASA affirme que les résultats de PIXL orienteront précisément ces choix; conception des combinaisons et des habitats, procédures de dépoussiérage et normes de santé des équipages.

L'enjeu dépasse les données d'un seul rover. Apollo a montré ce que la poussière fait au matériel et aux hommes : visières rayées, joints endommagés, symptômes pseudo-allergiques. La nouvelle course spatiale autour d'Artémis et de Starship est, entre autres, une course pour résoudre la poussière avant qu'elle ne résolve la mission; et l'économie lunaire qui prend forme autour d'elle sera le premier marché des technologies de dépoussiérage qui fonctionneront. Comme l'a résumé VanBommel : « Les résultats de cette étude ne signifient pas que Mars est trop dangereuse pour l'homme. La poussière martienne est un danger à prendre en compte dès la conception, au même titre que les radiations et la distance à la Terre. »

Comment les ingénieurs doivent-ils lire l'indice électrostatique ?

La découverte la plus exploitable n'est peut-être pas le record de taille, mais le tri. Les grains de poussière se chargent électriquement en se heurtant dans l'air martien, et les matériaux attirent des tailles différentes. Le Vectran, une fibre manufacturée, semblait retenir des particules plus grosses, avec la plus forte prévalence sous la trame du tissu. Le Téflon retenait moins de poussière au total; mais la poussière retenue était plus fine. « Nous n'avons pas de preuve que la poussière ait endommagé les matériaux des combinaisons, juste que les matériaux tendaient à interagir différemment avec la poussière », a déclaré VanBommel.

Cette différence redéfinit la conception des combinaisons comme un choix de la fraction de danger à concentrer. Les polymères organiques comme le Téflon sont courants dans les couches externes des combinaisons spatiales, et les résultats montrent qu'ils collectent volontiers la poussière fine; ce qui signifie que revêtement, tissage et méthode de nettoyage doivent être choisis ensemble, comme un système, les sas-portes et les sas faisant le travail qu'un simple secouage de combinaison ne fera jamais. Les grains les plus fins sont restés accrochés pendant des années de conduite et de forage ; un régime de nettoyage qui n'enlève que ce que l'œil voit laissera précisément les grains qui comptent le plus.

Que se passe-t-il au-delà de la combinaison spatiale ?

La poussière ne s'arrête pas à la combinaison. Pendant un séjour de plusieurs mois à la surface, elle travaille les joints, les articulations, les filtres et les surfaces optiques, et tout ce qui atteint l'intérieur d'un habitat s'y accumule là où les équipages mangent, dorment et respirent. D'où des effets institutionnels : limites d'exposition intérieure à affiner, normes de santé à réécrire, procédures de dépoussiérage à élaborer avant le départ. La NASA travaille déjà le problème grâce au programme lunaire, en utilisant des installations d'essai et des missions vers la Lune comme bancs d'essai; le même bouclier anti-poussière électrodynamique et le même outil électrostatique portatif testés pour Artémis alimentent directement la planification martienne.

Il y a aussi un bénéfice plus discret. Les mêmes mesures PIXL qui alertent les ingénieurs affinent aussi la science planétaire : une poussière enrichie en phosphore, riche en fer et en soufre, mélangée globalement par le vent en une composition plutôt uniforme, renseigne les chercheurs sur l'altération et la circulation de la surface martienne. La deuxième économie orbitale qui prend forme aura besoin de matériel durci contre la poussière aussi sûrement que de capacité de lancement ; le premier programme qui prouvera une combinaison restant propre sur Mars détiendra un standard que tous les autres devront adopter.

Quelles sont les prochaines étapes vérifiables à surveiller ?

D'abord, l'examen par les pairs de l'article de PNAS lui-même : des équipes indépendantes vérifieront si le plancher de 100 nanomètres tient sur davantage de cibles et de saisons martiennes, y compris pendant les tempêtes de poussière. Ensuite, les normes d'exposition de la NASA : surveillez la mise à jour des limites intérieures et des recommandations de santé des équipages citant ces mesures. Troisièmement, le matériel : les résultats des essais de sas-portes et de sas à double chambre, et des essais lunaires de lutte contre la poussière alimentant Artémis, montreront si les réponses d'ingénierie suivent le rythme du danger. Quatrièmement, l'architecture des missions : toute mise à jour du calendrier des missions habitées vers Mars intégrant la lutte contre la poussière, en masse, en coût ou en calendrier, révélera le sérieux avec lequel les planificateurs prennent un grain 700 fois plus fin qu'un cheveu.