Le retour d’échantillons martiens est considéré comme une étape essentielle d’un cycle d’exploration qui a commencé par une reconnaissance lors de simples survols balistiques, puis orbitaux, pour aboutir à l’observation in situ. Mais de nombreuses expertises échapperont toujours aux instruments, aussi perfectionnés soient-ils.

Certaines mesures critiques restent hors de portée des instruments embarqués. Soit en raison de leur complexité, soit parce que la somme des critères à prendre en compte lors de leur analyse exigera toujours un examen préalable par l’esprit humain, seul capable d’opérer un tri sélectif et immédiat, et surtout d’introduire dans le processus de choix une donnée imprévue.

Ainsi, les unités de calcul à la base de tout système informatique, a fortiori de ceux embarqués dans des sondes totalement autonomes (la durée de transmission des signaux empêchant un contact en direct avec la Terre) travaillent selon un processus logique, totalement dénué d’intelligence, incapable de classifier selon un ordre de priorité une série d’objets qu’elles n’ont pas appris à reconnaître.

D’où la très grande difficulté à détecter une forme de vie étrangère dont on ne connaît pas la biologie, encore moins le comportement, ce qui explique la progression "par tâtonnements" des chercheurs de la Nasa qui tentent en priorité de déterminer les conditions environnementales du terrain martien avant d’en déduire le principe vital d’un hypothétique organisme. Autrement dit, si on veut trouver, il faut d’abord savoir ce que l’on cherche !

Au-delà de la détection formelle de la vie, d’autres expérimentations s’avèrent impossibles selon l’avancement actuel de la Science. On peut citer la datation précise des roches, ainsi que les analyses isotopiques sophistiquées qui ne peuvent être effectuées qu’au pris de l’utilisation d’un matériel lourd et encombrant sur Terre.

Aussi, le retour d’échantillons martiens s’inscrit-il comme une priorité incontournable dans le cycle d’exploration, aussi indispensable que le débarquement humain.

Le ND-MSR SAG (Next Decade Mars Sample Return Science Analysis Group), aussi connu sous l’abréviation ND-SAG, vient de publier un rapport formulant les objectifs principaux vers lesquels devraient tendre les premières missions de collecte d’échantillons martiens destinés à être analysés sur Terre. Ces objectifs ont été déterminés en tenant compte des capacités des laboratoires les mieux équipés et les plus performants, considérant aussi que certains d’entre eux pourraient être conservés pour analyse ultérieure par de nouvelles méthodes.

• Détermination de la composition chimique, minéralogique et isotopique dans les micro-gisements de carbone, d’azote et de soufre, avec étude de leurs interactions.
• Identifier les processus mis en œuvre par le passé et dans le présent par ces éléments afin de déterminer leur aptitude à soutenir le développement de la vie et d’un environnement habitable.
• Evaluer la possibilité de processus prébiotiques passés ou présents sur Mars en caractérisant les signatures de ces phénomènes sur la base de leur structure et de leur morphologie, des biominéraux, des compositions isotopiques et moléculaires des matières organiques rencontrées, ou de toute autre évidence dans le contexte géologique local.
• Interpréter et déterminer les interactions entre l’eau et les roches martiennes par l’étude de leurs produits résultants.
• Obtenir une datation précise des grands évènements géologiques de la croûte martienne, y compris la sédimentation, la diagenèse, le volcanisme, la formation du régolithe, le changement hydrothermique, la cratérisation et la météorologie.
• Comprendre les paléoenvironnements et l’histoire des eaux de surface en caractérisant les composants clastiques (c’est-à-dire les éléments résultant de la destruction des roches par l’érosion)  et chimiques, les processus de sédimentation et la déformation ultérieure de ces couches sédimentaires.
• Modéliser le processus d’accrétion, de différentiation, et d’évolution de la croûte martienne, du manteau et du noyau.
• Déterminer comment le régolithe martien s’est formé puis s’est modifié, et comprendre pourquoi son aspect diffère d’un endroit à l’autre.
• Caractériser les risques auxquels s’exposeront les futurs explorateurs humains en matière de toxicité (biologique ou chimique) ou de l’abrasion par la poussière martienne. Evaluer l’utilisation potentielle des matériaux rencontrés à la construction d’une future base martienne.
• Evaluer l'état d'oxydation en fonction de la profondeur, de la perméabilité, et d'autres facteurs des terrains situés à fleur de terre ou à faible profondeur mais néanmoins accessibles, afin de déterminer le potentiel de conservation pour les signatures chimiques d’une hypothétique vie actuelle ou d’une chimie prébiotique.
• Déterminer la composition initiale de l’atmosphère martienne, ainsi que les taux qualitatifs et quantitatifs d’augmentation et de réduction de cette masse atmosphérique durant les époques géologiques, ainsi que les taux d’échange avec la matière condensée en surface.
• Concernant les calottes polaires, déterminer leur âge, géochimie, stade de formation, et détailler l’histoire de leur évolution passée et présente par l’analyse détaillée de la composition de l’eau, du CO2 et des constituants de la poussière qu’elles renferment, ainsi que des taux isotopiques des diverses couches stratigraphiques supérieures jusqu’à la surface.

Des recommandations

Outre les motifs évoqués, le ND-MSR SAG émet une série de recommandations techniques dans le but d’optimiser la collecte et le retour d’échantillons.

Il est ainsi souligné qu’un programme d’investigation scientifique exige une masse de 8 grammes de roche dense ou granuleuse, tandis que 2 grammes supplémentaires sont nécessaires si l’on veut détecter des traces de vie, conduisant à un minimum de 10 grammes par échantillon. Cependant, certains types de roche pourraient exiger au moins 20 grammes pour obtenir un résultat fiable et il faut aussi considérer l’intérêt de conserver une partie supplémentaire pour contre-expertise ou analyse ultérieure avec des moyens plus sophistiqués ou simplement plus adéquats en fonction des premières découvertes.

Le nombre d’échantillons est aussi prépondérant. Les études des différences entre les échantillons peuvent fournir plus d'informations que des études détaillées d'un seul échantillon. Le plan de vol de MSR prévoit la collecte de 35 échantillons, soit 28 de roche, 4 de régolithe, 1 de poussière, 2 de gaz. Mais si on veut profiter des acquis de MSL (Mars Science Laboratory, prévu en 2011), il est nécessaire de prévoir 26 échantillons supplémentaires aux fins de comparaison (20 roches, 3 régolithes, 1 de poussière et 2 de gaz atmosphérique). La masse totale des échantillons à ramener serait ainsi de 345 grammes (380 en considérant MSL), soit 700 grammes avec l’empaquetage nécessaire.

Cet empaquetage devra prévoir une atmosphère spécifique à chaque échantillon, respectant son milieu de prélèvement afin d’éviter toute pollution ou corruption par un élément chimique étranger. Pour cette raison, chaque objet devra être parfaitement isolé des autres, protégé des chocs et soutenu afin qu’il ne puisse se fragmenter durant le trajet jusqu’à la Terre. Le plus possible d’échantillons seront encapsulés hermétiquement afin de retenir tous les gaz qu’ils pourraient dégager.

Certains échantillons, comme par exemple les composés organiques, sulfates, chlorures, argiles, glace, et eau liquide, qui ont tendance à se dégrader rapidement dès qu’ils sont ramenés en surface, devront effectuer le trajet dans des compartiments de congélation à -20°C. Cette condition est indispensable pour garantir les résultats des analyses sur Terre.

Enfin, la pertinence de la collecte elle-même exige de nombreuses précautions. Ainsi, aucun échantillon destiné à être ramené ne devrait être prélevé avant 3 à 6 mois suivant l’atterrissage de MSR, cette période étant mise à profit pour examiner sous tous les angles et de toutes les manières (imagerie couleurs haute définition, analyse chimique et spectroscopique, analyse microscopique) chaque parcelle de roche, de régolithe ou de poussière jugée intéressante. Il n’y aura pas de place à bord pour tout le monde…

Et surtout, pas de passager clandestin !

Et la dernière précaution n’est pas la moins importante, puisqu’il s’agit d’appliquer aux véhicules chargés de la collecte un très haut niveau de décontamination. Il serait en effet très mal vu, dès leur arrivée sur Terre, de découvrir dans ces roches martiennes des organismes bien terrestres…