Structures sur Mars : conditions de conception
Pour avoir des structures sur Mars, nous devons être conscients que la réalité de la Terre et les conditions que nous avons sur notre planète ne s’appliquent pas à Mars. Certaines actions extérieures qui sont considérées dans le dimensionnement des structures sur Terre, sont également considérés sur Mars mais il y a d’autres qui sont très spécifiques de la planète rouge. Les principales choses que nous devons prendre en considération lorsque nous évaluons les structures pour Mars sont l’accélération de la gravité, le vent, l’activité sismique, les météorites, les radiations et les pressions.
Accélération gravitationnelle
L’accélération gravitationnelle sur Mars est d’environ 3,7 m/s2, environ un tiers de l’accélération gravitationnelle de la Terre. Cela fait que tous les "poids" et les actions descendantes que les structures doivent supporter sont beaucoup plus petits sur Mars que sur Terre. Pour donner un exemple, en Europe, un plancher d’un immeuble résidentiel est vérifié pour supporter un poids en utilisation 200kg/m2 alors qu’à Mars ce même poids est de 57kg/m2.
Vent
Avant l’étude de l’action du vent sur Mars, on s’attendait à ce que ce soit un élément très conditionnant dans la conception de la structure. Cependant, en examinant les rapports de la vitesse du vent sur Mars, nous nous trouvons à des niveaux bien inférieurs aux prévisions. La vitesse maximale du vent détectée sur Mars était d’environ 30 m/s, beaucoup moins que la vitesse maximale détectée sur Terre. Pour comparer le vent de la planète Mars à celui de la Terre, une interpolation a été effectuée qui compare d’abord la vitesse maximale du vent dans les tempêtes de sable et qui, par la suite, calcule la vitesse de base du vent.
En appliquant les normes présentes dans le chapitre Vent Actions dans le code Euro 1, nous obtenons une valeur de qb = 20,2 Pa. En raison de la faible valeur de qb, nous pouvons classer l’action du vent comme sans contrainte.
Séismes
Fin 2018, la sonde Insight a atterri sur Mars. Cette sonde a pour but d’étudier la géologie de la planète en analysant son activité sismique. La sonde a réussi à détecter les séismes sur Mars, mais leur magnitude n’a jamais dépassé 4 Mw (Banerdt 2020). Le signal d’un tremblement de terre ordinaire sur Mars doit être amplifié environ dix millions de fois, de manière à être perceptible pour l’homme. Comme les accélérations du sol provoquées par ce type de forces sont de l’ordre de grandeur d’Armstrong, les temps de réponse des structures et leur impact sur celles-ci sont négligeables. Comment réparer les données recueillies par la sonde (Banerdt 2020), à la même distance de l’épicentre, il y a des accélérations verticales, des oscillations et des magnitudes considérablement plus faibles que sur Terre.
Figure 1: Données recueillies par la sonde insight
Météorites
Comme la masse de Mars est beaucoup plus petite que celle de la Terre, l’accélération gravitationnelle de la planète rouge est nettement plus faible que celle de la Terre. Cette diminution de l’accélération gravitationnelle encourage les constituants de l’atmosphère à quitter la planète. De la faible attraction gravitationnelle, il en résulte une atmosphère sur Mars nettement moins dense que celle de la Terre et un champ magnétique moins répulsif que celui de la Terre. C’est-à-dire que la planète rouge n’est pas munie d’une protection physique contre les météorites, qui pourraient compromettre le succès de la mission sur Mars. Ainsi, l’impact des météorites sur la planète Mars a été analysé.
Grâce à un modèle terrestre (Hughes 2003), qui relie le diamètre des cratères à l’énergie d’impact de la météorite, et en supposant la sphéricité de la météorite, nous avons pu relier le diamètre de la météorite à la dimension du cratère créé. Le modèle utilisé admet une densité pour le projectile d’environ 2800 . Pour déterminer la vitesse des météorites, une autre étude a été examinée (Le Feuvre 2011), reliant la distribution des vitesses d’impact des météorites à leur probabilité d’occurrence. Dans cette même étude (Le Feuvre 2011), le nombre d’événements par an par de météorites qui atteignent la surface de Mars et la taille du cratère provoqué par ces mêmes événements a également été lié.
À partir de la taille du cratère, il est possible de déterminer la zone de la circonférence créée par le cratère et en multipliant par le nombre d’événements, nous avons pu obtenir un rapport de la probabilité d’être frappé par une météorite avec la taille de l’objet, pour chaque vitesse sélectionnée.
En outre, il a été possible d’estimer l’épaisseur minimale que le composite devrait avoir pour résister à l’impact d’une météorite, en fonction également du diamètre de la météorite (Tijin 2013).
Figure 2: Probabilité d’être frappé par une météorite
La probabilité d’être frappé par une météorite est très faible, mais elle est bien plus élevée que celle de la Terre.
Radiation
L’absence de protection causée par une atmosphère peu dense et un champ magnétique faible expose, sans aucune protection, les membres de l’équipage de la mission de colonisation aux rayonnements solaires et cosmiques. Par exemple, dans la Station Spatiale Internationale, en raison de la proximité de la station avec la Terre, le problème est atténué par le puissant champ magnétique de la Terre.
Données recueillies dans la base de données de la NASA - Space Radiation.
- Exposition moyenne annuelle au rayonnement sur Terre : 3 mSv
- Exposition moyenne annuelle au rayonnement sur Mars : 600 mSv
- Exposition maximale admissible d’un astronaute par an : 50 mSv
Selon les données obtenues, un facteur de protection de 92 % est nécessaire pour créer des structures et des bases de vie capables d’offrir une sécurité aux rayonnements.
Pression
La pression atmosphérique sur Mars est de 610 Pa, ce qui représente 0,6 % de la pression atmosphérique de la Terre. Considérant que la pression à l’intérieur de l’habitat doit être égale ou proche de la pression atmosphérique de la Terre, il y aura toujours une différence de pression qui réalisera l’effet de ballon sur la structure. De cette façon, le matériau de la structure devra être résistant à cette pression. La valeur de cette pression est de 10.070kg/m2.
Sources:
BANERDT, W. Bruce, et al. Initial results from the InSight mission on Mars. Nature Geoscience, 2020, 1-7.
LE FEUVRE, Mathieu; WIECZOREK, Mark A. Nonuniform cratering of the Moon and a revised crater chronology of the inner Solar System. Icarus, 2011, 214.1: 1-20.