Poussière martienne : ce qui adhère aux combinaisons spatiales, selon Perseverance

Perseverance a mesuré directement des grains de poussière martienne d'environ 100 nanomètres seulement. Ces grains se sont fixés sur du matériel d'étalonnage embarqué depuis des années sur le rover. Selon la NASA, le rover a mesuré de la poussière fine et ultrafine pendant 1 645 jours martiens, y compris des particules assez petites pour pénétrer dans les poumons et passer dans la circulation sanguine. Les travaux doivent paraître dans les Proceedings of the National Academy of Sciences le 27 octobre. Cet article s'appuie sur le communiqué de la NASA et sur des résumés de conférences antérieurs de la même équipe. Je n'ai pas pu consulter l'article de PNAS lui-même ; les détails de sa méthode et de ses statistiques ne sont donc pas traités ici.

Ces données ne simulent pas l'usure d'une combinaison. Il s'agit d'un essai d'exposition passif et fortuit : la poussière s'est déposée sur une plaque verticale et sur des échantillons de tissu, et y est restée malgré les déplacements et les forages. C'est ce qui les rend utiles pour la conception, mais aussi ce qui limite ce qu'elles peuvent montrer.

01Un capteur de poussière fait d'un palet vierge

La mesure clé provient de PIXL, le spectromètre de fluorescence X placé sur le bras du rover. Sa cible d'étalonnage comporte un échantillon de Téflon et un échantillon de verre basaltique. Le palet de Téflon est la pièce utile. Le PTFE est constitué de carbone et de fluor et, comme l'équipe l'a écrit dans des résumés de conférences, il ne contient aucun élément que PIXL puisse détecter directement par fluorescence X ; l'interroger sur Mars revient donc essentiellement à évaluer directement la poussière. Un résumé antérieur le dit de la même façon : hormis les raies de l'anode en rhodium, les rayons X caractéristiques des spectres du PTFE sont, en pratique, dus à la poussière accumulée.

Un composant destiné à vérifier le bon fonctionnement de la source de rayons X et du détecteur est donc devenu un collecteur de poussière doté d'un fond vierge connu. L'équipe a traité la poussière comme une couche mince. Selon la formulation du résumé, un échantillon mince limite l'analyse à l'excitation par le seul flux de rayons X incident. Le résumé note aussi que les signaux d'une poussière mince sur un substrat invisible en fluorescence X penchent vers les éléments de faible énergie et de faible numéro atomique. Toute estimation de volume ou d'épaisseur doit corriger ce biais. Les résumés ne précisent pas comment l'article final le traite.

Le second flux de données vient de SHERLOC, l'instrument de spectroscopie Raman et de fluorescence. Sa cible d'étalonnage porte à dessein des matériaux de combinaison. La rangée du bas comprend un morceau de visière de casque en polycarbonate, du Vectran (un tissu résistant aux coupures utilisé pour la paume des gants), de l'Ortho-Fabric et deux types de Téflon. L'article a analysé les échantillons de Téflon et de Vectran. D'après la NASA, ces échantillons ont été envoyés pour étudier la tenue des matériaux de combinaison à la surface de la planète. L'équipe de SHERLOC n'avait pas, à l'origine, l'intention de monter une expérience sur les matériaux de combinaison. Un membre de l'équipe explique qu'elle voulait d'abord une référence en Téflon et des matériaux aux signatures Raman nettes, et que le rôle de test de matériaux de combinaison s'est greffé ensuite.

02Ce que disent les chiffres

Les mesures martiennes antérieures ne résolvaient la poussière que jusqu'à environ 3 micromètres. PIXL a distingué deux catégories plus petites : les particules fines, de moins de 2,5 micromètres, et les particules ultrafines, d'environ 100 nanomètres. La NASA compare : un cheveu humain mesure environ 70 µm de large, de sorte qu'un grain de 100 nm est environ 700 fois plus fin.

La taille des grains dépendait de la surface, comme le montre le tableau.

Les particules sur le Téflon de PIXL et sur le Vectran de SHERLOC mesuraient en moyenne environ 2 micromètres, tandis que le verre basaltique de PIXL et le Téflon de SHERLOC retenaient de la poussière jusqu'à 100 à 300 nanomètres environ. Un même polymère nu a donc retenu des populations très différentes selon son emplacement et l'instrument qui l'observait. Le communiqué n'explique pas cet écart ; l'article complet pourrait le faire.

La composition correspond à celle de la poussière riche en fer et en soufre des missions précédentes. PIXL a aussi relevé un enrichissement en phosphore et des indices de sulfate de calcium. Un résumé présenté en 2024 à une conférence sur Mars par la même équipe signalait déjà un enrichissement en phosphore et des effets électrostatiques sur la cible d'étalonnage. L'article de PNAS semble prolonger ces travaux.

03L'électrostatique détermine ce qui adhère

Le mécanisme central est électrostatique. Selon la NASA, l'électricité statique semble déterminer quelles tailles de poussière adhèrent à quelles surfaces : les grains se chargent en entrant en collision dans l'air, et les différents matériaux de la cible d'étalonnage attirent des tailles différentes. Deux conséquences en découlent.

• Persistance. Les particules les plus fines sont restées fixées pendant des années de déplacements et de forages. Scott VanBommel, auteur principal, de l'université Washington à Saint-Louis, explique que les agrégats plus gros se détachent avec le temps, alors que les plus petits grains demeurent. Il y voit le plus difficile des défis pour les systèmes de soutien des équipages.
• Vulnérabilité des polymères. D'après la NASA, les polymères organiques comme l'échantillon de Téflon de SHERLOC sont courants dans les couches externes des combinaisons et captent facilement la poussière fine. Cela compte, car le Téflon est souvent choisi pour ses propriétés antiadhésives et antipoussière. Le résultat montre qu'une faible adhérence aux gros grains ne garantit pas une faible adhérence aux grains submicroniques.

L'étude a aussi constaté que certains matériaux retiennent moins de poussière que d'autres. La NASA y voit une base pour choisir les matériaux et les revêtements protecteurs des combinaisons et des habitats. Le communiqué ne fournit ni classement ni chiffres quantitatifs de rétention ; les ingénieurs devront donc se reporter aux tableaux de l'article.

04Pourquoi la poussière martienne pose un autre problème que la poussière lunaire

La NASA part d'Apollo, quand la poussière lunaire rayait les visières, dégradait les couches externes des combinaisons et endommageait les joints. La poussière martienne est différente. Les collisions dues au vent ont arrondi ses grains, qui sont moins abrasifs que les grains lunaires. Elle est aussi plus riche en soufre, en chlore et en fer, et contient davantage de silice. Les tempêtes régionales et globales la maintiennent en circulation.

Cela déplace les priorités de conception. L'abrasion et l'usure mécanique comptent moins sur Mars. L'exposition respiratoire et chimique compte davantage. Sur Terre, les particules de moins de 2,5 µm sont associées à des effets sur la santé parce qu'elles atteignent les profondeurs des poumons et la circulation sanguine. Des études ont montré que des particules ultrafines peuvent gagner le cerveau depuis la cavité nasale en suivant le nerf olfactif. La poussière martienne est surtout composée de minéraux silicatés et renferme des composés réactifs comme les perchlorates, qui peuvent perturber la fonction thyroïdienne, et du fer réactif, qui provoque des lésions cellulaires. La NASA indique que, selon les scientifiques, le risque dépend de la dose et de la durée d'exposition. C'est pourquoi les distributions de taille mesurées alimentent directement les limites d'exposition en milieu intérieur.

05De la mesure à l'atténuation, et ce qui reste à prouver

La NASA cite plusieurs pistes d'atténuation qui découlent de ces résultats. Les suitports, qui permettent aux astronautes d'enfiler une combinaison fixée à l'extérieur d'un habitat, et les sas à double chambre pourraient réduire la quantité de poussière entrant dans les zones de vie. Ces recherches pourraient aussi éclairer les limites d'exposition, les procédures de manipulation de la poussière et les méthodes d'élimination.

L'élimination active de la poussière est à l'essai sur la Lune. En mars 2025, un bouclier électrodynamique contre la poussière (Electrodynamic Dust Shield) du Kennedy Space Center a volé à bord de la mission Blue Ghost 1 de Firefly. Il utilisait des champs électriques pour chasser le régolithe de surfaces en verre et de radiateurs thermiques. Au Johnson Space Center, des ingénieurs emploient des chambres à vide et un simulant lunaire pour tester des composants de combinaison et un outil électrostatique portatif d'atténuation de la poussière en vue d'Artemis. L'électrostatique est ici à la fois la cause de l'adhérence et un moyen possible d'éliminer la poussière. Ces données n'établissent pas que cette approche fonctionne sur des grains martiens de 100 nm aux pressions de Mars.

Les limites du jeu de données méritent d'être énoncées clairement :

• Les échantillons sont petits, passifs et montés sur un rover. Ils ne sont ni fléchis ni abrasés, et aucune pression de combinaison ni aucun joint n'entre en jeu.
• L'exposition correspond à l'historique d'un seul site. Elle couvre le cratère Jezero et les épisodes de soulèvement de poussière le long du parcours.
• Les données montrent la taille et l'adhérence. Elles ne donnent pas la toxicité, et le communiqué ne fournit aucun seuil d'exposition.
• Les classements de matériaux exigent une confirmation en laboratoire avec une poussière analogue martienne, dans des conditions représentatives d'humidité, de charge et de pression.

Il n'en reste pas moins que ce sont les premières mesures in situ de particules fines et ultrafines sur Mars. Elles offrent aux concepteurs de combinaisons et d'habitats une plage de tailles mesurée et un mécanisme à éprouver, avant l'arrivée du moindre équipage. Katie Stack Morgan, scientifique du projet Perseverance au JPL, a souligné que les échantillons de combinaison s'inscrivent dans la préparation de l'exploration humaine par la mission. Les prochaines étapes sont les données matériau par matériau de l'article et des essais en laboratoire reproduisant les conditions électrostatiques qui les sous-tendent.