Mars : Six décennies d'exploration robotique à l'aube du vol habité

Caractéristiques de la Planète Mars — *Mars est la seule planète dont on voit bien le sol depuis nos observations terrestres. Source image : NASA.*

Résumé scientifique

L'article dresse un bilan complet de l'exploration martienne, de 1960 à nos jours. Il détaille les caractéristiques physiques de la planète rouge : son gigantisme volcanique (Olympus Mons), ses canyons (Valles Marineris), ses calottes polaires, son atmosphère ténue de CO₂ et ses extrêmes thermiques. L'étude présente les preuves géologiques d'un passé hydrique. Il inventorie les 65 ans de missions spatiales (survols, orbiteurs, atterrisseurs, rovers), en soulignant les succès (Perseverance, Curiosity) et les échecs, fait le point sur les programmes en cours (ESCAPADE, MMX, Rosalind Franklin) et sur l'incertitude qui pèse désormais sur le retour d'échantillons martiens, et expose les défis technologiques et humains d'une future colonisation à l'horizon 2040-2050, incluant les trajectoires, l'atterrissage et la survie sur place.

Quels sont les principaux défis scientifiques et technologiques à relever pour envoyer les premiers humains sur Mars ?

L'ambition d'envoyer des humains sur Mars est l'un des plus grands défis de l'ingénierie spatiale et de la physiologie humaine. L'article identifie les obstacles majeurs à surmonter, classés en trois catégories. Le premier est le défi du voyage interplanétaire lui-même : la trajectoire doit être optimisée via un transfert de Hohmann pour économiser du carburant, et le voyage, durant plusieurs mois, expose les astronautes à un rayonnement cosmique dangereux et à l'apesanteur prolongée. Le deuxième défi est celui de l'entrée, de la descente et de l'atterrissage (EDL) sur Mars. En raison de son atmosphère très ténue (moins de 1 % de celle de la Terre, soit environ 0,6 %), les parachutes seuls sont inefficaces, obligeant à combiner un bouclier thermique, un freinage parachute et des rétrofusées pour un atterrissage en douceur, une séquence complexe qui a causé de nombreux échecs (comme Schiaparelli). Enfin, le défi de la survie et de l'autonomie est le plus crucial. Une fois sur place, les habitats doivent être pressurisés, modulaires et protégés des radiations. La production d'eau, d'oxygène et de carburant à partir des ressources locales (in-situ resource utilization) est indispensable. De plus, le délai de communication avec la Terre (4 à 24 minutes) rend l'équipage entièrement autonome dans la gestion des opérations et des situations d'urgence, repoussant les missions habitées vers les années 2040-2050.

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Caractéristiques de la Planète Mars

Mars est une destination d'exploration fascinante et une source d'intérêt pour la recherche de la vie au-delà de la Terre. Mars est souvent appelée "la planète rouge" en raison de sa couleur distincte. La surface de Mars est riche en oxyde de fer, ce qui lui confère cette teinte rougeâtre caractéristique.

Les volcans géants de Mars

La planète Mars abrite le plus haut volcan du système solaire, Olympus Mons. Olympus Mons s'élève à environ 22 km au-dessus du niveau moyen de la surface martienne. Il a un diamètre d'environ 600 km, ce qui en fait également l'un des volcans les plus larges.

Ascraeus Mons, Pavonis Mons et Arsia Mons : Ces trois volcans sont également connus sous le nom de Tharsis Montes et font partie de la région volcanique de Tharsis sur Mars. Ascraeus Mons atteint une hauteur d'environ 18 kilomètres, Pavonis Mons atteint une hauteur d'environ 14 kilomètres, et Arsia Mons atteint une hauteur d'environ 12 kilomètres.

Le gigantesque canyon Valles Marineris

Mars possède aussi le plus grand canyon connu de notre système solaire, le Valles Marineris. Ce système de canyons s'étend sur environ 4 000 kilomètres de longueur, soit environ quatre fois la longueur du Grand Canyon sur Terre.

Les calottes polaires martiennes

Comme la Terre, Mars possède des calottes polaires. Ces calottes polaires sont principalement constituées de glace d'eau, mais elles contiennent également des couches de dioxyde de carbone gelé, ou "glace sèche", qui subit des variations saisonnières.

L’atmosphère ténue de Mars

L'atmosphère de Mars est beaucoup plus mince que celle de la Terre, composée principalement de dioxyde de carbone (CO₂, environ 95 %), avec de petites quantités d'azote et d'argon. La pression atmosphérique moyenne à la surface martienne est d'environ 600 Pa, soit environ 0,6 % de celle de la Terre, et elle varie fortement selon l'altitude et la saison (le CO₂ se condensant en partie aux pôles en hiver).

Les températures extrêmes

Les températures à la surface de Mars peuvent varier considérablement. Les températures maximales peuvent atteindre environ 20 °C aux latitudes équatoriales pendant l'été, tandis que les températures minimales peuvent chuter à environ -140 °C.

Des traces d’eau dans le passé martien

Les missions robotiques et les observations depuis l'orbite martienne ont fourni des preuves convaincantes de la présence d'eau liquide dans le passé de Mars. Des formations géologiques telles que des vallées, des lits de rivières et des dépôts de minéraux ont été interprétées comme des indicateurs d'un passé humide sur la planète.

Mars : vers les premiers pas humains sur la Planète Rouge

Comment aller sur Mars ?

Pour aller sur Mars, il faut suivre une trajectoire précise dans l’espace. Les scientifiques utilisent des chemins "économes en carburant" appelés transferts de type Hohmann, qui permettent de voyager avec moins de propulsion. La quantité de carburant dépend de la masse de la fusée et de sa vitesse de départ.

Les différentes étapes du voyage

Un voyage vers Mars se divise en plusieurs étapes: décoller de la Terre, se mettre sur la bonne trajectoire vers Mars, corriger la route en cours de route, entrer en orbite autour de Mars ou descendre directement sur la planète, et enfin repartir pour le retour. Chaque étape doit être soigneusement planifiée et équipée de systèmes de secours en cas de problème.

Descendre et atterrir sur Mars

Atterrir sur Mars est très compliqué. L’atmosphère est très fine: elle ralentit la fusée mais n’est pas suffisante pour freiner complètement avec des parachutes. Les missions utilisent donc une combinaison: bouclier thermique pour résister à la chaleur, parachutes pour ralentir, et moteurs pour se poser doucement.

Vivre sur Mars : un vrai défi

Les astronautes devront être protégés contre le rayonnement, respirer de l’air maintenu à la bonne pression et température, et disposer d’eau et d’oxygène produits sur place. Les habitats seront pressurisés et modulaires, et certaines missions prévoient d’utiliser les ressources locales pour fabriquer du carburant et de l’eau.

La communication avec la Terre peut prendre de 4 à 24 minutes selon la position de Mars sur son orbite, donc les astronautes devront être très autonomes. Ils devront gérer leur survie, leur déplacement et leurs expériences scientifiques presque seuls. L’Agence spatiale européenne et d’autres agences (Russie, Chine, Inde) planifient des missions robotiques dans les années 2020s–2030s, mais les missions habitées vers Mars sont projetées plutôt à l’horizon 2040–2050.

Tableau des missions spatiales vers la Planète Mars

Missions martiennes: inventaire chronologique, statut et commentaires (1960–2028)
Année	Mission	Pays	Agence	Type	Statut	Commentaire
1960	1M No.1	URSS	OKB-1	Flyby	❌ Échec	Perte en phase de lancement (n'atteint pas l'orbite).
1960	1M No.2	URSS	OKB-1	Flyby	❌ Échec	Perte en phase de lancement.
1962	Mars 1 (2MV-4 No.2)	URSS	OKB-1	Flyby	❌ Échec	Perte de communication en route vers Mars.
1964	Mariner 3	États-Unis	NASA	Flyby	❌ Échec	Coiffe n'étant pas séparée → mission perdue.
1965	Mariner 4	États-Unis	NASA	Flyby	✅ Réussite	Premières images rapprochées de la surface martienne.
1967	Zond 2	URSS	Lavochkine	Flyby	❌ Échec	Perte de communication avant le survol.
1969	Mariner 6	États-Unis	NASA	Flyby	✅ Réussite	Imagerie et spectroscopie.
1969	Mariner 7	États-Unis	NASA	Flyby	✅ Réussite	Complément des observations de Mariner 6.
1969	2M No.521 (1969A)	URSS	Lavochkine / URSS	Orbiteur	❌ Échec	Échec de lancement / n'atteint pas l'orbite.
1969	2M No.522 (1969B)	URSS	Lavochkine / URSS	Orbiteur	❌ Échec	Échec de lancement.
1971	Mariner 8	États-Unis	NASA	Orbiteur	❌ Échec	Échec de lancement (perdu en LEO).
1971	Kosmos 419 (3MS No.170)	URSS	Lavochkine	Orbiteur	❌ Échec	Problème d'étage → n'a pas quitté LEO.
1971	Mars 2	URSS	Lavochkine	Orbiteur + atterrisseur	⚙️ Partielle	Orbiteur opérationnel ; atterrisseur a percuté la surface (impact).
1971	Mars 3	URSS	Lavochkine	Orbiteur + atterrisseur	⚙️ Partielle	Atterrissage initialement réussi, transmission perdue ~20 s après.
1971	Mariner 9	États-Unis	NASA	Orbiteur	✅ Réussite	Premier orbiteur martien ; cartographie globale.
1973	Viking 1	États-Unis	NASA	Orbiteur + atterrisseur	✅ Réussite	Atterrissage et opérations scientifiques (recherches biologiques).
1976	Viking 2	États-Unis	NASA	Orbiteur + atterrisseur	✅ Réussite	Similaire à Viking 1 ; analyses géologiques et atmosphériques.
1988	Phobos 1	URSS	Lavochkine	Orbiteur (vers Phobos)	❌ Échec	Erreur télécommande → perte de la sonde en route.
1988	Phobos 2	URSS	Lavochkine	Orbiteur (vers Phobos)	⚙️ Partielle	Arrivée orbitale réussie, puis perte de contact avant opérations finales. Observations partielles réalisées.
1992	Mars Observer	États-Unis	NASA	Orbiteur	❌ Échec	Perte de contact juste avant l'insertion en orbite martienne.
1996	Mars Global Surveyor	États-Unis	NASA	Orbiteur	✅ Réussite	Cartographie détaillée de la surface et de l'atmosphère.
1996	Mars Pathfinder (Sojourner)	États-Unis	NASA	Atterrisseur + petit rover	✅ Réussite	Démonstrateur d'atterrissage airbag + exploration mobile (Sojourner).
1998	Nozomi	Japon	ISAS / JAXA	Orbiteur	❌ Échec	Problèmes de trajectoire et propulsion → n'atteint pas Mars.
1999	Mars Climate Orbiter	États-Unis	NASA	Orbiteur	❌ Échec	Erreur de conversion unités (impérial/métrique) → trajectoire incorrecte, perte.
1999	Mars Polar Lander	États-Unis	NASA	Atterrisseur	❌ Échec	Perdu au moment de l'atterrissage ; cause probable: déclenchement prématuré des rétrofusées.
2001	Mars Odyssey	États-Unis	NASA	Orbiteur	✅ Réussite	Longue mission d'orbite pour études gamma, minéralogie et relais de communications ; toujours active.
2003	Mars Express	Europe	ESA	Orbiteur	✅ Réussite	Observation géologique et atmosphérique ; mission prolongée, toujours active.
2003	Beagle 2	Royaume-Uni / Europe	UK/ESA	Atterrisseur	⚙️ Partielle	Transporté par Mars Express ; atterri intact fin 2003 mais n'a jamais communiqué (déploiement incomplet des panneaux solaires) ; retrouvé sur les images HiRISE en 2015.
2003	Spirit (MER-A)	États-Unis	NASA	Rover	✅ Réussite	Exploration longue durée (2004–2010) ; découvert indices d'eau ancienne.
2003	Opportunity (MER-B)	États-Unis	NASA	Rover	✅ Réussite	Fonctionne 2004–2018 ; découvert formations aqueuses.
2005	Mars Reconnaissance Orbiter (MRO)	États-Unis	NASA	Orbiteur	✅ Réussite	Imagerie haute résolution et relais télécom ; toujours active.
2007	Phoenix	États-Unis	NASA	Atterrisseur	✅ Réussite	Étude du pergélisol dans la région polaire nord ; identification de glace d'eau.
2011	Fobos-Grunt (+ Yinghuo-1)	Russie / Chine	Roscosmos / CNSA	Retour d'échantillon / orbiteur	❌ Échec	Bloquée en orbite terrestre après lancement ; retombée prématurée.
2011	Curiosity (MSL)	États-Unis	NASA / JPL	Rover	✅ Réussite	Analyse du cratère Gale ; détection d'environnements cléments et composés organiques ; toujours actif.
2013	Mangalyaan (Mars Orbiter Mission)	Inde	ISRO	Orbiteur	✅ Réussite (puis terminée)	Premier succès indien vers Mars ; a fonctionné 8 ans, contact perdu en avril 2022 lors d'une longue éclipse, mission déclarée terminée en octobre 2022.
2013	MAVEN	États-Unis	NASA	Orbiteur	⚙️ Terminée	Étude de l'atmosphère supérieure pendant plus de 11 ans ; a cessé d'émettre le 6 décembre 2025 ; mission déclarée terminée en juin 2026.
2016	ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO)	Europe / Russie	ESA / Roscosmos	Orbiteur	✅ Réussite	Étudie les traces de gaz (ex. méthane) et sert de relais ; toujours actif.
2016	Schiaparelli EDM	Europe	ESA	Atterrisseur démonstrateur	❌ Échec	Impact au sol: erreur de mesure altimétrique et déploiement des rétrofusées mal chronométré.
2018	InSight	États-Unis	NASA	Atterrisseur	✅ Réussite (puis terminée)	Mesures sismiques et étude de la structure interne martienne ; mission achevée fin 2022 (panneaux solaires ensablés).
2020	Hope (Al-Amal)	Émirats arabes unis	MBRSC / UAESA	Orbiteur	✅ Réussite	Étude climatique globale et profils atmosphériques ; toujours active.
2020	Tianwen-1	Chine	CNSA	Orbiteur + atterrisseur + rover	✅ Réussite	Premier succès chinois complet ; rover Zhurong opéré sur la surface ; orbiteur toujours actif.
2020	Perseverance (Mars 2020)	États-Unis	NASA / JPL	Rover	✅ Réussite	Collecte d'échantillons (28 tubes scellés) pour un futur retour, dont le calendrier reste incertain depuis 2026 ; toujours actif.
2021	Zhurong (déployé depuis Tianwen-1)	Chine	CNSA	Rover	✅ Réussite (puis inactif)	Exploration de la région Utopia Planitia ; inactivité prolongée déclarée en 2022.
2021	Ingenuity	États-Unis	NASA	Hélicoptère	✅ Réussite (mission achevée)	Premier vol motorisé contrôlé sur une autre planète ; 72 vols entre 2021 et janvier 2024, mission close après endommagement d'une pale au dernier atterrissage.
2025	ESCAPADE (Blue & Gold)	États-Unis	NASA / UC Berkeley	Double orbiteur	✅ Réussite (lancement)	Lancée le 13 novembre 2025 sur la fusée New Glenn (Blue Origin) après un report de 2024 ; insertion en orbite martienne prévue en septembre 2027 pour étudier l'échappement atmosphérique.
2026	MMX (Martian Moons eXploration)	Japon	JAXA (avec NASA, CNES, DLR, ESA)	Orbiteur + atterrisseur + retour d'échantillon	��️ En préparation	Lancement prévu en 2026 (fusée H3) ; prélèvement d'échantillons sur Phobos, retour sur Terre prévu en 2031.
2028	Tianwen-3	Chine	CNSA	Retour d'échantillon	��️ En préparation	Lancement envisagé vers 2028, retour d'échantillons sur Terre autour de 2031 ; architecture simplifiée à un seul site de collecte.
2028	Rosalind Franklin (ExoMars / RFM)	Europe / États-Unis	ESA / NASA	Rover	��️ En préparation	Lancement prévu en octobre 2028 (lanceur et éléments d'atterrissage fournis par la NASA), atterrissage visé fin 2030 sur Oxia Planum ; recherche de biosignatures en sous-sol.

N.B. :
Ce tableau (non exhaustif) couvre les principales missions historiques, réussies et échouées, ainsi que les missions en cours ou planifiées jusqu'en 2028. Il inclut les tentatives de lancement, orbiteurs, atterrisseurs, rovers et missions ciblant Phobos/Deimos. Le programme américano-européen de retour d'échantillons martiens (Mars Sample Return), qui aurait dû rapatrier les tubes collectés par Perseverance, a été privé de l'essentiel de son financement début 2026 et ne figure plus comme mission planifiée à ce jour.

Programmes martiens en cours et missions à venir (2026–2031)

Le paysage de l'exploration martienne a beaucoup évolué depuis 2025, entre nouveaux lancements réussis et coup d'arrêt porté à l'un des projets phares de la décennie.

ESCAPADE : étudier la fuite de l'atmosphère martienne

Les deux petites sondes jumelles américaines ESCAPADE (Escape and Plasma Acceleration and Dynamics Explorers), conçues par Rocket Lab pour l'université de Californie à Berkeley, ont décollé le 13 novembre 2025 à bord de la deuxième fusée New Glenn de Blue Origin. Après un contretemps qui les avait clouées au sol en 2024, elles rejoindront Mars en septembre 2027 pour étudier comment le vent solaire arrache l'atmosphère martienne, un processus clé pour comprendre pourquoi la planète a perdu son eau liquide de surface.

L'incertitude sur le retour d'échantillons martiens (Mars Sample Return)

Le programme conjoint NASA/ESA de retour sur Terre des échantillons collectés par Perseverance dans le cratère Jezero, estimé entre 8 et 11 milliards de dollars pour un retour qui aurait pu glisser jusqu'en 2040, a été jugé financièrement intenable par l'administration américaine. En janvier 2026, une loi de finances votée par la Chambre des représentants a supprimé l'essentiel de son financement, l'effectif suspendant le projet au profit des futures missions habitées. Une partie des technologies développées (atterrissage de précision, rentrée atmosphérique) est réorientée vers un nouveau programme, "Mars Future Missions". Perseverance continue néanmoins de collecter et de stocker ses 28 tubes d'échantillons scellés, dans l'attente d'une éventuelle mission de récupération.

La Chine et le Japon prennent le relais

Face à ce retrait américain, la Chine avance sur son propre projet de retour d'échantillons, Tianwen-3, dont le lancement est prévu vers 2028 pour un retour d'échantillons sur Terre autour de 2031, avec une architecture plus simple qu'un site de collecte unique. Le Japon, de son côté, prépare le lancement en 2026 de la mission MMX vers la lune Phobos (voir plus haut), tandis que l'Europe et les États-Unis poursuivent la préparation du rover Rosalind Franklin (mission ExoMars / Rosalind Franklin Mission, RFM), dont le lancement est désormais prévu en octobre 2028 pour un atterrissage fin 2030 sur le site d'Oxia Planum, avec un lanceur et des éléments d'atterrissage fournis par la NASA après la rupture de la coopération avec Roscosmos en 2022.

MAVEN : la perte d'un orbiteur vétéran

Autre coup dur pour la flotte martienne : la sonde américaine MAVEN, en orbite depuis 2014 pour étudier la haute atmosphère de Mars et son échappement, a cessé d'émettre le 6 décembre 2025 après un passage derrière la planète. Malgré plusieurs tentatives de reprise de contact, y compris après la conjonction solaire de janvier 2026, la mission a été déclarée terminée début juin 2026. Sa perte prive également les rovers de surface (Perseverance, Curiosity) de l'un de leurs relais de communication habituels, un rôle repris par Mars Reconnaissance Orbiter, Mars Odyssey et l'orbiteur européen Trace Gas Orbiter.

Références

FAQ : Tout savoir sur la conquête et la colonisation de Mars

Quelle est l'importance historique de la mission Mariner 4 pour la science martienne ?

La mission Mariner 4 (NASA, 1965) est une étape fondatrice. Elle a réalisé le premier survol réussi de Mars et a renvoyé les toutes premières images rapprochées de la surface martienne. Ces images ont révélé une surface craterisée et lunaire, en opposition avec les espoirs d'une planète abritant des canaux ou une végétation, transformant radicalement notre perception de Mars et ouvrant l'ère de l'exploration robotique moderne.

Qu'est-ce que le "transfert de Hohmann" et pourquoi est-il essentiel pour les voyages vers Mars ?

Le transfert de Hohmann est une trajectoire orbitale elliptique qui permet à un vaisseau spatial de se déplacer entre deux planètes avec une consommation de carburant minimale. Il utilise la gravité du Soleil pour changer d'orbite. Le vaisseau est lancé depuis la Terre dans une ellipse dont l'aphélie (point le plus éloigné du Soleil) coïncide avec l'orbite de Mars. Cette méthode, bien que plus lente que d'autres, est la plus économe en énergie, ce qui est crucial pour les missions lourdes et les vols habités, car le carburant représente une part significative de la masse totale.

Comment les futures missions habitées pourraient-elles produire de l'eau et de l'oxygène sur Mars ?

La production de ressources sur place (ISRU) est un pilier des futures colonies. L'eau pourrait être extraite du sol (régolithe), notamment des calottes polaires ou du pergélisol souterrain riche en glace, en utilisant des fours ou des micro-ondes pour sublimer la glace en vapeur d'eau. L'oxygène peut être produit par électrolyse de l'eau ou, plus prometteur, par le procédé MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment), qui extrait le dioxyde de carbone (CO₂) de l'atmosphère martienne et le décompose en oxygène et en monoxyde de carbone. Cela fournirait l'air respirable et le comburant nécessaire pour le carburant des fusées de retour.

Le tableau mentionne des échecs comme celui du Mars Climate Orbiter. Quelles en sont les causes principales et quelles leçons en ont été tirées ?

L'échec du Mars Climate Orbiter en 1999 est un cas d'école dramatique d'erreur humaine dans les opérations spatiales. La sonde a été perdue lors de son insertion en orbite martienne à cause d'une confusion entre les systèmes d'unités : les ingénieurs de Lockheed Martin ont fourni des données en livres-force (système impérial) tandis que ceux de la NASA utilisaient des newtons (système métrique). Cette erreur a conduit la sonde à s'approcher trop bas de Mars, où elle a brûlé dans l'atmosphère. Cette catastrophe a renforcé l'exigence de standardisation stricte des unités et de vérifications croisées rigoureuses dans toutes les missions internationales.

Pourquoi le retour d'échantillons martiens (Mars Sample Return) a-t-il été remis en cause ?

Conçu pour rapatrier sur Terre les tubes d'échantillons collectés par Perseverance depuis 2021, le programme Mars Sample Return (NASA/ESA) a vu son coût estimé grimper jusqu'à 8-11 milliards de dollars, avec un retour d'échantillons repoussé vers 2040. Jugé financièrement intenable, il a été privé de l'essentiel de son financement par une loi budgétaire américaine adoptée en janvier 2026, l'administration ayant choisi de prioriser les futures missions humaines vers Mars. Une partie des technologies développées est réorientée vers un nouveau programme technologique, tandis que la Chine (Tianwen-3) et le Japon (MMX, ciblant la lune Phobos) avancent sur leurs propres projets de retour d'échantillons du système martien.