Michael Hecht

Chapitre 1 · Années 1980 – 2001 Trente ans au JPL, la poussière des explorateurs

Michael Hecht a grandi dans la région de Boston. Avant de revenir dans le Massachusetts, il a passé trente ans au Jet Propulsion Laboratory, en Californie, à préparer ce que les futurs explorateurs de Mars rencontreraient sous leurs pieds.

Une enfance à Boston

Il le raconte lui-même en présentant le nom de son instrument le plus célèbre : quand il était enfant, dans la région de Boston, la boisson gazeuse à la mode s’appelait Moxie. Elle avait été inventée à Lowell, à quelques kilomètres de l’observatoire où il travaille aujourd’hui. Le mot « moxie », en anglais, a fini par désigner le cran, l’audace.

MECA, un laboratoire pour les humains

Au JPL, où il passe trente ans, il dirige à la fin des années 1990 la conception de MECA, l’« évaluation de la compatibilité de l’environnement martien », prévue pour l’atterrisseur du programme Mars Surveyor de 2001. L’instrument est financé par la direction des vols habités de la NASA : son but premier est d’évaluer les dangers chimiques et environnementaux que le sol et la poussière de Mars pourraient poser aux futurs explorateurs, et d’aider à fabriquer sur Terre des simulants réalistes du sol martien. Il réunit un petit laboratoire de chimie humide, qui mélange le sol à de l’eau pour en analyser la composition, une station de microscopie qui doit prendre les premières images microscopiques du sol martien, un électromètre pour mesurer l’électricité statique, et des plaquettes de matériaux pour étudier l’usure et l’adhérence de la poussière. Il le conçoit avec Thomas Meloy, de l’université de Virginie-Occidentale.

L’atterrisseur de 2001 n’ira jamais sur Mars. Mais l’héritage de MECA sera, comme il l’écrit en 1999, essentiel pour de futures missions à bas coût.

Sources : NASA, podcast « Small Steps, Giant Leaps », épisode 71, 20 octobre 2021 (la région de Boston, la boisson Moxie inventée à Lowell, trente ans au JPL) ; M. H. Hecht (JPL) et T. P. Meloy (université de Virginie-Occidentale), « The MSP 2001 Mars Environmental Compatibility Assessment (MECA) », 1999 (NTRS 20000110352 et 20000025371 : financement par la direction des vols habités, dangers pour les explorateurs, simulants, chimie humide, microscopie, électromètre, plaquettes) ; mêmes auteurs, « Soil Analysis Micro-Mission Concepts… », 1999 (NTRS 20000025372 : l’héritage). L’abandon de l’atterrisseur de 2001 est rappelé dans la biographie de Steve Squyres, dans cette collection.

Chapitre 2 · 2007 – 2008 Deux cuillerées de sol et des perchlorates

MECA revit sur l’atterrisseur Phoenix, qui se pose près du pôle Nord de Mars en mai 2008. Michael Hecht en est le chercheur principal. Il va y faire une découverte qui changera la façon de penser la vie sur Mars.

Le laboratoire de Phoenix

Sur Phoenix, l’instrument s’appelle désormais « analyseur de microscopie, d’électrochimie et de conductivité ». À côté du laboratoire de chimie humide et des microscopes, il comprend une sonde plantée dans le sol pour mesurer sa température, sa conductivité thermique, sa capacité à stocker la chaleur, et détecter d’éventuelles molécules d’eau mobiles pendant tout l’été polaire.

Une mission « intime »

Il gardera de Phoenix le souvenir d’une mission « petite et intime » : un demi-milliard de dollars, reconnaît-il, ce qui ne paraît pas petit à la plupart des gens, mais une équipe réduite, réunie en un seul lieu, avec des règles un peu plus souples et des objectifs très ciblés. Sa plus grande joie, dit-il à l’époque, vient de l’expérience de chimie humide.

Les perchlorates

Le laboratoire dissout le sol dans de l’eau apportée de la Terre et « goûte » les ions avec des électrodes. Le 25 juin 2008, puis le 6 juillet, dans deux échantillons tirés de tranchées différentes, il détecte un signal inattendu : des perchlorates, un ion formé d’un atome de chlore entouré de quatre atomes d’oxygène. Sur Terre, on en trouve dans le désert d’Atacama, au Chili, et dans les carburants de fusée ou les feux d’artifice. Le 5 août 2008, Hecht présente la découverte avec prudence. « Trouver des perchlorates n’est ni bon ni mauvais pour la vie, mais cela nous oblige à réévaluer notre façon de penser la vie sur Mars. » Le résultat est passionnant, ajoute-t-il, à condition que « nos deux cuillerées de sol » soient représentatives de toute la planète. Ces sels, très stables, ne détruisent pas les matières organiques dans les conditions normales.

Sources : A. P. Zent et M. H. Hecht, « The Thermal Electrical Conductivity Probe (TECP) for Phoenix », 2009 (NTRS 20090033138 : nom de l’instrument, mesures de la sonde) ; NASA, centre Ames, biographie de la conférence du 11 février 2021 (chercheur principal de MECA sur Phoenix en 2008) ; NASA, podcast « Small Steps, Giant Leaps », épisode 71, 20 octobre 2021 (« small intimate missions », le demi-milliard, l’équipe réunie) ; NASA/JPL, « Phoenix Mars Team Opens Window on Scientific Process », 5 août 2008 (échantillons des 25 juin et 6 juillet, Dodo-Goldilocks et Snow White, définition du perchlorate, Atacama, carburants et feux d’artifice, « Finding perchlorates is neither good nor bad for life, but it does make us reassess how we think about life on Mars », « our two teaspoons of soil », stabilité) ; NASA, « NASA Selects ‘MAVEN’ Mission to Study Mars Atmosphere », septembre 2008 (Phoenix posé le 25 mai 2008 près du pôle Nord) ; presse de l’époque résumée par une recherche Web (« My greatest excitement came from the wet chemistry experiment », la méthode des électrodes). Les paroles sont traduites de l’anglais.

Chapitre 3 · 2012 – 2021 Faire de l’oxygène avec de l’air martien

En 2012, Michael Hecht quitte le JPL pour l’observatoire Haystack du Massachusetts Institute of Technology. Deux ans plus tard, il est choisi pour diriger un instrument d’un genre nouveau sur Perseverance : non pas un instrument de science, mais une petite usine.

Un nom local

Le 31 juillet 2014, la NASA présente les chercheurs principaux des instruments de Mars 2020 ; il en fait partie. Son instrument s’appelle MOXIE, pour « Mars Oxygen ISRU Experiment ». L’acronyme en contient un autre : ISRU, l’utilisation des ressources sur place, c’est-à-dire vivre de ce que l’on trouve. Et MOXIE, c’est aussi la boisson de son enfance.

Une pile à combustible à l’envers

L’air de Mars est très ténu, environ 1 % de celui de la Terre, mais composé à plus de 95 % de dioxyde de carbone. MOXIE l’aspire, le comprime, puis le fait passer dans une céramique chauffée à 800 degrés, une cellule d’électrolyse à oxyde solide. « La technologie est très semblable, peut-être identique, à celle d’une pile à combustible, explique-t-il. On inverse simplement la tension, et toute la réaction s’inverse. » La cellule arrache un atome d’oxygène à chaque molécule de dioxyde de carbone et rejette du monoxyde de carbone. Il ne faut surtout pas aller trop loin : si l’on arrachait les deux atomes d’oxygène, il resterait du carbone, qui encrasserait la céramique.

Pour la fabriquer, il choisit deux entreprises qui n’avaient jamais rien construit pour l’espace : la société aujourd’hui appelée OxEon Energy, pour la cellule, et Air Squared, pour le compresseur. Mieux vaut, estime-t-il, partir de gens qui maîtrisent la technologie et leur apprendre l’espace que l’inverse.

Ce dont une fusée a besoin

« Ce que les gens me demandent d’habitude, c’est si MOXIE est développé pour que les astronautes aient de quoi respirer, dit-il en 2020. Mais les fusées respirent des millions de fois plus d’oxygène que les gens. » Pour faire décoller quatre astronautes de Mars, il faudrait environ sept tonnes de carburant et vingt-cinq tonnes d’oxygène ; un équipage qui passe un an sur place en consommerait peut-être une tonne. Apporter tout cet oxygène de la Terre serait, dit-il, horriblement compliqué et coûteux.

Le 20 avril 2021

Perseverance se pose le 18 février 2021. Le 20 avril, au soixantième jour martien, MOXIE fonctionne pour la première fois sur Mars : après deux heures de chauffe, il produit environ 5,4 grammes d’oxygène en une heure, de quoi faire respirer un astronaute une dizaine de minutes. C’est la première fois qu’un instrument produit de l’oxygène sur un autre monde.

Sources : NASA, centre Ames, biographie de la conférence du 11 février 2021 (MIT depuis 2012, observatoire Haystack, trente ans au JPL) ; NASA, « NASA Hosts 3 p.m. EDT Teleconference with Mars 2020 Principal Investigators », 31 juillet 2014 ; NASA, podcast « Small Steps, Giant Leaps », épisode 71, 20 octobre 2021 (le nom, l’ISRU, 1 %, plus de 95 %, la pile à combustible inversée et la citation, 800 degrés, le carbone, OxEon Energy et Air Squared, « horrendously complicated, horrendously costly ») ; NASA, « MOXIE Could Help Future Rockets Launch Off Mars », 24 novembre 2020 (« What people typically ask me is whether MOXIE is being developed so astronauts have something to breathe… But rockets breathe millions of times as much oxygen as people ») ; NASA, « NASA’s Perseverance Mars Rover Extracts First Oxygen from Red Planet », 21 avril 2021 (20 avril, 60e sol, deux heures de chauffe, 5,4 grammes, dix minutes, 7 et 25 tonnes, « The astronauts who spend a year on the surface will maybe use one metric ton between them »). Les paroles sont traduites de l’anglais.

Chapitre 4 · 2021 – 2026 Seize fonctionnements et la suite

MOXIE ne peut pas fonctionner en permanence. Chaque essai vide les batteries du rover. Michael Hecht et son équipe doivent apprendre le plus possible de chaque séance.

Une fois par mois

Quand MOXIE fonctionne, explique-t-il en octobre 2021, plus rien d’autre ne fonctionne ce jour-là ; le rover doit ensuite recharger ses batteries. L’équipe le fait donc tourner environ une fois par mois, chaque fois dans des conditions un peu plus difficiles : la nuit, puis le jour, quand l’air est encore plus ténu, à différentes températures, avec différentes vitesses de compresseur. Chaque chauffe jusqu’à 800 degrés, suivie d’un refroidissement, use la céramique ; une installation réelle, qui tournerait en continu, aurait la tâche plus facile.

Il tire aussi des leçons de gestion. On lui avait demandé de produire six grammes d’oxygène par heure, ce qui impose un courant constant ; or la sécurité de la céramique demanderait plutôt une tension constante. « Concevez votre instrument pour l’exploitation, pas pour les exigences » : il se souvient qu’on le lui avait appris il y a longtemps.

Deux fois l’objectif

Le 7 août 2023, MOXIE fonctionne pour la seizième et dernière fois et produit 9,8 grammes d’oxygène. En tout, il en aura fabriqué 122 grammes, de quoi faire respirer un petit chien une dizaine d’heures. À son meilleur, il atteint 12 grammes par heure, deux fois l’objectif initial, avec une pureté d’au moins 98 %. « MOXIE a clairement servi d’inspiration à la communauté de l’utilisation des ressources sur place, dit Hecht. Il a montré que la NASA est prête à investir dans ce genre de technologies d’avenir. » La prochaine étape, selon lui, n’est pas un MOXIE 2.0, mais un système complet qui produise l’oxygène, le liquéfie et le stocke. Il faudra pour cela 25 à 30 kilowatts d’électricité, une puissance de toute façon nécessaire à une base humaine, et un appareil d’environ une tonne, de la taille d’un petit congélateur.

D’autres horizons

Pendant la plus grande partie de 2020, il a aussi été directeur adjoint du télescope Event Horizon, qui a révélé en avril 2019 la première image d’un trou noir. En 2025, la NASA retient pour une étude de son programme de concepts innovants son projet d’explorer Vénus grâce à l’électrolyse. Lui qui s’est toujours considéré comme planétologue dit trouver « grisant » de travailler pour l’exploration humaine, et d’imaginer peut-être un jour ses petits-enfants se poser sur Mars.

Sources : NASA, podcast « Small Steps, Giant Leaps », épisode 71, 20 octobre 2021 (une fois par mois, les batteries, les conditions, les cycles thermiques, six grammes par heure, courant et tension, « design your instrument for operations, and don’t design it for requirements », 25 à 30 kilowatts, une tonne, le congélateur, planétologue, « exhilarating », les petits-enfants) ; NASA, « NASA’s Oxygen-Generating Experiment MOXIE Completes Mars Mission », 6 septembre 2023 (16e fonctionnement le 7 août, 9,8 g, 122 g, le petit chien, 12 g/h, 98 %, citation, système complet) ; NASA, centre Ames, biographie de la conférence du 11 février 2021 (directeur adjoint de l’Event Horizon Telescope en 2020, image d’avril 2019) ; NASA, « NIAC 2025 Phase I and Phase II Selections », 10 janvier 2025 (« Exploring Venus with Electrolysis »). Les paroles sont traduites de l’anglais.