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Retour d’échantillons de Mars (NASA–ESA) – Apporter Mars sur Terre
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Pourquoi rapatrier des échantillons de Mars au lieu de les analyser in situ ?
Mars a longtemps fasciné l’imagination des scientifiques et des écrivains de science-fiction, depuis que les télescopes primitifs nous ont fait croire à la présence de canaux artificiels à la surface de la planète.
Grâce à SpaceX d’Elon Musk, qui a radicalement réduit le coût d’accès à l’orbite terrestre, il semble que nous pourrions être à quelques années, ou plus probablement au moins une décennie, de voir la première mission habitée vers Mars.
Lorsqu’ils arriveront sur Mars, les premiers explorateurs humains seront confrontés à un ensemble de tâches très différent de celui des astronautes qui ont posé le pied sur la Lune. Loin de quelques expéditions de quelques jours avec un approvisionnement minimal, toute mission martienne durera plusieurs années, avec au moins plusieurs mois à la surface. En conséquence, une mission habitée vers Mars devra être une sorte de proto-colonie, nécessitant une certaine utilisation des ressources locales pour maintenir les astronautes en vie.
Source: Explore Deep Space
Il est donc crucial d’en savoir plus sur la surface et la géologie de la planète, sur la véritable nature des minéraux martiens, plutôt que sur les suppositions et estimations que nous avons pu faire jusqu’à présent.
Pour cela, l’analyse locale à l’aide d’outils montés sur des sondes et des robots est globalement insuffisante, car ils doivent être extrêmement économes en énergie et légers, ce qui exclut de nombreuses méthodes analytiques les plus utiles.
Au contraire, rapatrier sur Terre un échantillon de roche martienne offrirait aux scientifiques la possibilité d’utiliser les méthodes de détection les plus avancées et les plus sensibles afin de mieux comprendre l’histoire de la planète rouge.
C’est la raison de la création du programme Retour d’échantillons de Mars, sous la direction conjointe de la NASA et de l’ESA (Agence spatiale européenne).
L’idée est d’échantillonner et de collecter la poussière et les roches martiennes et de les renvoyer sur Terre. En raison des distances extrêmes, cela est loin d’être une tâche facile, et le projet a connu un départ difficile, avec un développement problématique et des dépassements de coûts, voire la menace d’une annulation.
Cependant, alors que d’autres programmes concurrents cherchent à réaliser la première fois que l’humanité rapatriera des minéraux d’un autre monde, notamment le programme spatial chinois, il est probable que le programme américano-européen continuera d’une manière ou d’une autre.
Réserve de Perseverance : Que contiennent les tubes (mise à jour 2025)
Lancée en 2020 et atterrie en 2021, la mission Perseverance est la dernière et la plus ambitieuse sonde envoyée sur Mars à ce jour, le rover pesant autant qu’une grande voiture.
Perseverance a également été associée à l’Ingenuity Mars Helicopter, le premier hélicoptère à réussir à voler dans l’atmosphère très mince de Mars (2 % de celle de la Terre). Ingenuity a effectué 72 vols, couvrant plus de 11 miles (18 kilomètres).
Ces sondes complètent le Trace Gas Orbiter (TGO) ExoMars de 3,7 tonnes, qui est arrivé sur Mars en 2016 et qui a créé depuis l’orbite une carte globale de la distribution de l’eau sous forme de glace ou de minéraux hydratés dans le sous-sol superficiel de Mars.
Perseverance a atterri dans le cratère Jezero, un cratère d’impact de 28 miles (45 kilomètres) de large, que les scientifiques pensent avoir été autrefois inondé d’eau et avoir abrité un ancien delta fluvial. Ainsi, non seulement il a probablement contenu de l’eau dans le passé lointain, mais il pourrait également contenir des preuves de vie ancienne.
Combiné à un paysage très plat et à une localisation juste au nord de l’équateur martien, le potentiel de dépôts d’eau encore présents profondément sous la surface ferait également du cratère Jezero un site potentiel pour un atterrissage humain sur Mars.
Perseverance a parcouru le cratère sur 18,5 miles (30 kilomètres) pendant 3 ans et demi.
Peut-être encore plus important, Perseverance a également collecté 25 échantillons de roche et de régolithe (petites roches et poussière de la surface), ainsi qu’un échantillon d’air au cours de son exploration du cratère Jezero.
Ces échantillons ont été collectés à l’aide d’un petit foret qui a créé un long tube de roches, scellé dans un conteneur métallique.
Un autre 5 « tubes témoins » seront collectés, ainsi que la preuve de la propreté du système tout au long du processus d’échantillonnage.
Source: NASA
Les échantillons collectés sont un mélange de roches sédimentaires (déposées par l’eau) et de roches ignées (magma solide).
Comment fonctionne le Retour d’échantillons de Mars : Lander → MAV → ERO → Terre
Jusqu’à présent, toutes les missions martiennes ont été des voyages à sens unique, nos fusées étant à peine assez puissantes pour envoyer sur Mars et poser sur la surface les rovers multi-tons de chaque mission.
À cet égard, Perseverance n’était pas différente, le rover lui-même étant condamné à rester sur la surface martienne.
Pour collecter les échantillons récoltés, une autre mission devra être lancée pour atterrir sur la surface avec un système dédié qui repartira dans l’espace après avoir récupéré les échantillons.
Cela nécessiterait un « rover de récupération », qui ira collecter les échantillons déposés par Perseverance sur la surface martienne, en utilisant un bras robotique pour les ramasser et les charger dans une fusée capable de retourner dans l’espace, le véhicule d’ascension martien (Mars Ascent Vehicle).
Un orbiteur sera présent pour recevoir les échantillons en orbite martienne et les ramener sur Terre.
L’échantillon sera ensuite reçu en orbite terrestre par une troisième mission, qui le fera atterrir en toute sécurité et intact sur Terre pour analyse.
Source: ESA
L’objectif déclaré de la NASA est de ramener ces échantillons sur Terre d’ici les années 2030. Avant que les échantillons puissent être ouverts sur Terre, ils seront transférés dans un laboratoire de niveau de biosécurité 4 (Installation de protection planétaire) actuellement planifié par la NASA et la European Space Foundation. Tous les systèmes d’étanchéité doivent empêcher la libération d’éventuels organiques ou microbes martiens — une étape essentielle pour assurer la protection planétaire et la sécurité publique.
Défis du Retour d’échantillons de Mars : Coût, calendrier et débats d’architecture
En 2023 et 2024, il est devenu évident que le plan initial et le budget du programme Retour d’échantillons de Mars étaient en difficulté, car ils allaient être massivement retardés (peut-être jusqu’aux années 2040) et dépasser le budget.
Les coûts passant déjà d’un énorme 6 milliards de dollars à au moins 11 milliards, cela a placé le programme sous les projecteurs de manière négative.
Ainsi, bien que les échantillons aient été créés efficacement par Perseverance, leur collecte et leur rapatriement sur Terre pourraient souffrir de la conception complexe de la mission.
Véhicule d’atterrissage de récupération d’échantillons (SRL) : Sky‑Crane vs. Livraison commerciale
Le SRL a traversé de nombreux concepts différents.
La conception du lander a évolué de façon spectaculaire au cours des deux dernières années, étant à un moment donné un lander très grand avec un rover de récupération d’échantillons, puis deux landers, et maintenant un lander de taille moyenne sans rover de récupération et deux hélicoptères.
Source: The Planetary Society
En janvier 2025, la NASA a annoncé qu’elle envisageait 2 conceptions possibles pour la phase d’atterrissage :
- La première option s’appuiera sur des conceptions de systèmes d’entrée, de descente et d’atterrissage déjà utilisées, à savoir la méthode sky‑crane, démontrée avec les missions Curiosity et Perseverance.
- La deuxième option « tirera parti de l’utilisation de nouvelles capacités commerciales pour livrer la charge du lander à la surface de Mars ».
Source: NASA
Dans les deux cas, les panneaux solaires de la plateforme seront remplacés par un système d’alimentation à radioisotope qui pourra fournir énergie et chaleur pendant la saison des tempêtes de poussière sur Mars, permettant ainsi de réduire la complexité.
Dans l’ensemble, il semble qu’il y ait un vif débat au sein de la NASA pour savoir s’ils doivent poursuivre un « business‑as‑usual », en s’en tenant à des méthodes moins ambitieuses mais plus coûteuses et éprouvées, ou prendre le risque de perdre les échantillons martiens de Perseverance avec une conception non testée et moins chère produite par des entreprises privées.
Véhicule d’ascension martien (MAV) : conception, risques et état de préparation
Les conceptions du véhicule d’ascension martien (MAV) et de l’orbiteur de retour vers la Terre (ERO) sont également remises en question.
Le MAV a été conçu comme une fusée à deux étages et serait stocké à l’intérieur du SRL.
Source: NASA
Source: NASA
Cela rend la fusée difficile à construire, car elle doit survivre à une décélération de 15 g lors de l’atterrissage sur Mars, puis se déployer de façon autonome pour lancer automatiquement sans contrôle direct depuis la Terre, en raison du retard de transmission.
Ainsi, sans équipe au sol pour les réparations et ajustements pré‑lancement, cela augmente les exigences de fiabilité.
Il y a une perception que la mission Retour d’échantillons de Mars (MSR) de la NASA est retardée par l’indécision, mais le véritable retard a été de multiples décennies à chercher une solution de propulsion héritée au lieu d’une avancée technologique pour développer et tester un véhicule d’ascension martien (MAV) destiné à lancer les échantillons en orbite martienne.
Le MAV est probablement la partie la plus délicate de la mission, et celle qui est la moins avancée dans son stade de développement. Potentiellement, un lander plus lourd pourrait résoudre le problème en permettant une conception de MAV plus grande et plus facile à construire.
Orbiteur de retour vers la Terre (ERO) : propulsion hybride et capture
Jusqu’à présent, l’ERO est sous la responsabilité de l’ESA ; il serait le plus grand engin spatial à jamais orbiter Mars, avec une envergure de 38 mètres (125 pieds).
Cette grande taille provient de son immense panneau solaire, car il utilisera la propulsion électrique la plus puissante jamais utilisée pour une mission interplanétaire, tout en utilisant également une propulsion chimique pour entrer en orbite martienne.
Source: ESA
Il faudrait à l’ERO environ deux ans pour atteindre son orbite opérationnelle autour de Mars, un an pour accomplir sa mission martienne, et encore deux ans pour quitter Mars et revenir sur Terre.
L’ERO est probablement moins problématique que le MAV, car il s’agit essentiellement d’une version agrandie de conceptions testées que l’ESA connaît bien. Cependant, le contrôle des coûts a été un problème par le passé pour l’Agence spatiale européenne.
Propositions budgétaires FY2026 : Ce qui est en jeu pour le MSR
En avril 2024, la NASA a annoncé qu’elle commencerait à « chercher des conceptions innovantes » pour la mission de retour des échantillons de Mars.
« En fin de compte, un budget de 11 milliards de dollars est trop cher, et une date de retour en 2040 est trop lointaine.
Nous devons sortir des sentiers battus pour trouver une voie qui soit à la fois abordable et qui ramène les échantillons dans un délai raisonnable. »
NASA Administrator Bill Nelson
Une pression supplémentaire provient du budget fédéral américain 2026, qui cherche à réduire considérablement les dépenses de la NASA, y compris le retour des échantillons martiens.
Cela survient alors que le même ensemble de décisions prévoit également le lanceur SLS (Space Launch System) et les capsules Orion, auparavant au cœur des missions Artemis, qui seront retirés après Artemis III, ainsi que le remplacement de la station spatiale internationale par une station spatiale commerciale.
Conformément à la priorité de l’administration de revenir sur la Lune avant la Chine et de placer un Américain sur Mars, le budget fera avancer les missions et projets scientifiques prioritaires et mettra fin aux programmes financièrement insoutenables, y compris le Retour d’échantillons de Mars.
Il peut également être noté que la même annonce présidentielle a critiqué la NASA pour son agenda vert ou progressiste, suscitant des inquiétudes que le Retour d’échantillons de Mars soit un dommage collatéral d’une lutte principalement politique.
« Ce budget met fin aux dépenses axées sur le climat « aviation verte ».
Ce budget assurera également l’élimination continue de tout financement vers des initiatives DEIA mal alignées, en redirigeant cet argent vers des missions capables de faire progresser la mission principale de la NASA. »
Il est très probable que la menace pour le Retour d’échantillons de Mars soit principalement une stratégie de la Maison-Blanche pour forcer la NASA à envisager de nouvelles options pour le projet, plutôt que d’accepter passivement un dépassement budgétaire de plusieurs milliards de dollars, à un moment où le financement des projets scientifiques est réduit.
Des entreprises privées proposent leurs propres alternatives, beaucoup affirmant pouvoir gérer les tâches pour une fraction des prévisions de la NASA.
Course mondiale : Tianwen‑3 de la Chine et MMX de la JAXA
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| Élément | Fonction | Agence principale | Statut (2025) | Risques clés | Options industrielles notables |
|---|---|---|---|---|---|
| Véhicule d’atterrissage de récupération d’échantillons (SRL) | Atterrir près du cache ; charger les tubes dans le MAV | NASA JPL | Architectures d’atterrissage doubles à l’étude (sky‑crane vs commercial), énergie nucléaire privilégiée | Marges de masse/puissance ; complexité de l’EDL | Livraison de lander commercial ; lander hérité InSight de Lockheed |
| Véhicule d’ascension martien (MAV) | Lancer le conteneur d’échantillons en orbite martienne | NASA MSR | Le plus risqué techniquement ; espace d’échange solide/liquide à deux étages | Lancement autonome, charges thermiques, fiabilité | Lockheed/autres principaux ; concepts basés sur le Neutron de Rocket Lab |
| Orbiteur de retour vers la Terre (ERO) | Rendez‑vous, capture, croisière vers la Terre | ESA | ~38 m d’envergure ; propulsion hybride ; mission ~5 ans | Durée de puissance/propulsion, dynamique de capture | Équipe industrielle dirigée par l’ESA ; système d’entrée terrestre de la NASA |
| Système d’entrée terrestre (EES) | Capsule de rentrée ; confinement des échantillons | NASA | Héritage d’OSIRIS‑REx ; protocoles PPRO | Manipulation stérile ; chaîne de garde | Héritage de capsule de retour Lockheed |
| Tianwen‑3 de la Chine (comparaison) | Collecte par drone ; retour ≥500 g | CNSA | Lancement ~2028 ; retour ~2031 | Complexité du double lancement ; forage profond | Équipe industrielle chinoise |
Mission chinoise
Une bonne raison de douter d’une annulation permanente du programme Retour d’échantillons de Mars, au lieu d’une refonte radicale à partir de zéro, est que d’autres agences spatiales poussent leurs propres missions avec des objectifs similaires.
Compte tenu de l’intention des États‑Unis de rester la puissance spatiale dominante, il serait politiquement inacceptable que la Chine devance la NASA dans cette tâche, ce qu’un retour dans les années 2040 pourrait permettre.
La Chine a annoncé des plans pour une mission de retour d’échantillons martiens appelée Tianwen‑3, qui serait lancée fin 2028, avec pour objectif de ramener « au moins 500 grammes d’échantillons martiens sur Terre vers 2031 ».
Bien que ce soit un échantillon beaucoup plus petit, le calendrier plus court permettrait quand même à la Chine de revendiquer la première victoire d’un échantillon martien ramené sur Terre.
Tianwen‑3 n’utilisera pas de rover, mais un drone pour collecter les échantillons à des emplacements situés à plusieurs centaines de mètres du site d’atterrissage.
Le processus complet du plan de mission est très complexe, impliquant 13 phases et utilisant des technologies de détection in situ et à distance.
Tianwen‑3 sera la première mission internationale à réaliser un forage de 2 mètres de profondeur pour la collecte d’échantillons sur Mars.
Mission japonaise
L’Agence japonaise d’exploration aérospatiale (JAXA) a annoncé un plan nommé Martian Moons Exploration (MMX) pour récupérer des échantillons des lunes de Mars, Phobos ou Deimos.
Bien que ce ne soit pas exactement une mission martienne, cela pourrait susciter un grand intérêt, car ces petits astéroïdes en orbite autour de Mars ont souvent été envisagés pour une station spatiale permanente autour de la planète rouge.
Cela devrait également être beaucoup plus simple, dans la mesure où l’atterrissage sur un astéroïde peut être qualifié de simple, les sondes et les échantillons n’ayant pas à gérer l’atterrissage puis l’évasion du puits gravitationnel martien.
Source: ManyWorlds
Investir dans les innovateurs martiens
1. Lockheed Martin
LMT Graphique du prix
Lockheed Martin (LMT ) est l’une des plus grandes entreprises aérospatiales et de défense au monde.
Ce n’est donc pas seulement une entreprise spatiale, mais aussi celle derrière des avions emblématiques comme les hélicoptères Black Hawk ou le F‑16, ainsi que des équipements avancés comme le F‑35, les avions radar volants ou les avions logistiques comme le C‑5 Galaxy et le C‑130J Super Hercules.
Source: Lockheed Martin
C’est également le producteur de certains des systèmes de missiles les plus importants de l’armée américaine, comme le JASSM, le Javelin, l’ATACMS et le HIMARS, très demandés suite à l’épuisement des stocks par le conflit en Ukraine.
C’est aussi un fournisseur important de systèmes de défense anti-missile comme le système naval AEGIS et le THAAD (Terminal High Altitude Area Defense) contre les missiles balistiques.
Source: Lockheed Martin
Les armes ne sont cependant pas tout ce que fait l’entreprise. L’expertise en avionique militaire et missiles se traduit bien en expertise en fusées et véhicules spatiaux.
Concernant la mission Retour d’échantillons de Mars, Lockheed possède une vaste expérience, ayant construit 11 des 22 engins martiens de la NASA au fil des ans et les avoir soutenus tous. Elle a proposé une mission moins chère et rationalisée qui utiliserait un lander plus petit, un véhicule d’ascension martien plus petit, et un système d’entrée terrestre plus petit.
Le prix ciblé serait « seulement » 3 milliards de dollars. Le lander s’appuierait sur le lander InSight, qui a atterri avec succès sur Mars en 2018.
Lockheed est également le principal contractant pour la conception, le développement, les tests et la production du vaisseau spatial Orion, qui est la partie la moins controversée ou à risque de réduction budgétaire de l’ensemble du programme Artemis.
L’entreprise est active dans d’autres programmes spatiaux, comme les satellites météorologiques GOES‑R, la collecte d’échantillons d’astéroïdes par OSIRIS‑REx, la sonde Jupiter JUNO, et un gilet de protection contre les radiations, AstroRad.
Dans l’ensemble, des systèmes militaires clés aux véhicules spatiaux et programmes tout aussi importants, Lockheed Martin est à l’avant-garde de l’innovation américaine et de l’exploration du deep space.
L’entreprise devrait bénéficier des itérations ultérieures du programme Artemis, ainsi que de nombreuses autres missions de deep space et centrées sur Mars à long terme.
(Vous pouvez en savoir plus sur l’entreprise dans notre rapport d’investissement dédié « Lockheed Martin (LMT) Spotlight : Un leader de la défense et de l’aérospatiale ».)
2. Northrop Grumman
NOC Graphique du prix
Northrop Grumman (NOC ) est une entreprise de défense aérospatiale surtout connue pour la création du bombardier stratégique furtif B‑2, chaque unité coûtant presque un milliard de dollars. Ce design de plus de 20 ans est en cours de remplacement par le B‑21, encore en développement.
L’entreprise est également à la pointe de la technologie spatiale et a notamment travaillé sur le télescope spatial James Webb.
Source: Northrop
L’entreprise tire la majeure partie de ses revenus des systèmes spatiaux et aéronautiques, avec un autre grand segment, la division des systèmes de mission, couvrant une large gamme de capteurs, logiciels de cyberdéfense, communications sécurisées et C4ISR (Commandement, Contrôle, Communications, Informatique, Renseignement, Surveillance et Reconnaissance).
Elle est également un producteur majeur de munitions, des calibres légers aux projectiles guidés et aux gros calibres.
Source: Northrop
L’entreprise se tourne vers le futur avec le développement et le déploiement de systèmes d’armes autonomes comme le X‑47B, le drone hélicoptère Fire Scout, les drones de surveillance Global Hawk et MQ‑4C Triton, ou les futurs drones d’attaque autonomes.
Elle est à la pointe du développement d’armes à énergie dirigée (lasers), de guerre électronique, de systèmes anti‑drone, et de missiles balistiques intercontinentaux.
Northrop Grumman fournit aux États‑Unis certaines de leurs capacités les plus avancées, de l’espace aux bombardiers furtifs lourds.
Elle pourrait être affectée par l’annulation du SLS, mais reste un leader dans les technologies spatiales comme les véhicules hypersoniques, la détection et le suivi de missiles, les communications par satellite, et les systèmes de propulsion.
3. Rocket Lab
RKLB Graphique du prix
Rocket Lab est l’un des concurrents les plus sérieux de SpaceX sur le marché des fusées réutilisables.
L’entreprise s’est initialement concentrée sur de petites fusées, avec le système de lancement Electron (320 kg de charge utile), qui est progressivement transformé en une fusée partiellement réutilisable. Jusqu’à présent, Electron a déployé 224 satellites en 70 lancements.
Par la suite, Rocket Lab envisage de créer une fusée réutilisable de taille moyenne, le Neutron, comparable au Falcon 9 (8 000 kg en LEO en mode entièrement réutilisable, 1 500 kg vers Mars ou Vénus).
Source: Rocket Lab
Le Neutron sera propulsé par un moteur à combustion de méthane (comme le Starship), ce qui semble être la tendance pour la prochaine génération de fusées.
Il utilisera le nouveau Launch Complex 3 récemment ouvert, ainsi qu’une plateforme d’atterrissage personnalisée en mer construite par Bollinger Shipyards, le plus grand constructeur privé de navires neufs et de réparation aux États‑Unis.
Source: Rocket Lab
Rocket Lab a proposé d’utiliser le Neutron pour une mission de Retour d’échantillons de Mars de 2 milliards de dollars. Ce n’est pas la première fois que Rocket Lab aide la NASA :
- La prochaine mission ESCAPADE (Escape and Plasma Acceleration and Dynamics Explorers) de la NASA, qui étudiera comment le vent solaire interagit avec le champ magnétique et l’atmosphère de Mars, sera construite par Rocket Lab.
- Elle fournit le vaisseau cubesat pour la mission CAPSTONE (Cislunar Autonomous Position System Technology Operations and Navigation Experiment) de la NASA, qui testera la stabilité de l’orbite autour de la Lune pour le futur Gateway spatial lunaire.
L’entreprise se distingue également par son processus de fabrication de satellites entièrement intégré verticalement, ce qui lui permet d’optimiser les coûts et la rapidité de conception.
Cela a abouti à plusieurs contrats avec la NASA & le gouvernement américain, dont un contrat de satellite militaire de 515 M$.
Et un contrat civil de 143 M$ pour Globalstar.
Rocket Lab est également un grand fabricant de panneaux solaires pour satellites après ses acquisitions de 2022 de SolAero Technologies, avec plus de 1000 satellites alimentés par ces panneaux, et un total de 4 MW de cellules solaires fabriquées.
Source: Rocket Lab
Pour l’instant, son système de lancement dépend de fournisseurs externes, mais une série d’acquisitions stratégiques change cela, reproduisant pour les systèmes de lancement la stratégie d’intégration verticale déjà réussie dans la conception et la fabrication de satellites.
L’entreprise envisage également la possibilité d’une constellation LEO de télécommunications pour générer des revenus récurrents. Elle contribue également à la recherche pour la fabrication en espace avec Varda Space Industries et l’inspection des débris orbitaux.
Alors que SpaceX disposait du talent commercial d’Elon Musk (et des fonds) pour développer sa technologie de zéro, Rocket Lab a utilisé un mélange de R&D et d’acquisitions pour intégrer verticalement la technologie requise.
Elle a prouvé son grand succès dans la fabrication de satellites, et ils cherchent maintenant à reproduire cette stratégie pour les fusées réutilisables. En considérant le flux de trésorerie existant provenant de la production de satellites et les succès d’Electron, Rocket Lab est un bon candidat pour rattraper l’avance de SpaceX.
(Vous pouvez en savoir plus sur l’entreprise dans notre rapport d’investissement dédié sur Rocket Lab.)
