La mission Tianwen-3 chinoise vise le retour d’échantillons martiens en 2031, une première mondiale

La course pour répondre à la plus ancienne question de l’humanité

La Chine se donne les moyens d’accomplir ce qu’aucune nation n’a encore réussi : rapporter sur Terre des échantillons physiques de Mars. La mission Tianwen-3, dont les deux lancements sont prévus en 2028, vise à ramener au moins 500 grammes de matière martienne d’ici 2031. Elle pourrait ainsi signer une première historique dans l’exploration de l’espace lointain, tout en répondant à l’une des questions les plus fondamentales de la science. En mars, lors des sessions politiques annuelles chinoises, le concepteur en chef de la mission, Liu Jizhong, a annoncé que le projet avait franchi des étapes décisives dans le développement de technologies clés et qu’il entrerait cette année dans la phase de développement du modèle de vol. Ce calendrier place la Chine en position de devancer potentiellement les programmes internationaux concurrents vers la planète rouge et retour, avec des enjeux qui dépassent largement le prestige national.

La mission est l’aboutissement de plusieurs années de préparation et s’appuie sur les précédents succès chinois sur Mars. En 2021, le rover Zhurong s’est posé sur la planète dans le cadre de la mission Tianwen-1, faisant de la Chine le deuxième pays à faire fonctionner un rover à la surface martienne. La mission a mis au jour des indices de glace d’eau mêlée au sol et au gravier sous la surface, une découverte qui a renforcé l’intérêt scientifique pour le retour d’échantillons physiques en vue d’analyses approfondies en laboratoire. Contrairement aux sondes robotisées, qui doivent emporter des instruments miniaturisés à des millions de kilomètres de la Terre, des échantillons rapportés permettraient aux scientifiques de mobiliser toute la puissance des laboratoires terrestres pour rechercher des fossiles microscopiques, des composés organiques et des signatures chimiques susceptibles d’indiquer si la vie a jamais existé sur notre planète voisine.

Les enjeux vont au-delà de la curiosité scientifique. En cas de réussite, Tianwen-3 serait la première mission à rapporter des matériaux provenant d’une autre planète susceptible d’abriter la vie, consacrant la Chine comme un acteur de premier plan de l’exploration planétaire et ouvrant de nouvelles perspectives de coopération scientifique internationale. Lors de son annonce à la presse, Liu Jizhong a qualifié le projet de grande entreprise aérospatiale particulièrement difficile et pionnière.

La mission Tianwen-3 est un grand projet aérospatial innovant et pionnier, qui présente d’importantes difficultés. Elle devrait permettre le premier retour d’échantillons martiens de l’histoire de l’humanité et favoriser considérablement le développement intégré de haute qualité des sciences, des technologies et des applications spatiales.

Concevoir une mission sans précédent

Contrairement aux précédentes missions martiennes, qui reposaient sur un seul lancement, Tianwen-3 s’appuie sur une architecture complexe à deux lancements, nécessitant une coordination précise entre plusieurs engins spatiaux. Deux fusées porteuses Longue Marche 5 décolleront pendant la fenêtre de lancement optimale vers Mars, fin 2028, chacune transportant des éléments distincts de la mission. La première emportera un orbiteur associé à un véhicule de retour vers la Terre, tandis que la seconde transportera un atterrisseur équipé d’un véhicule de remontée et d’un module de service. Cette approche à deux lancements répond aux énormes besoins énergétiques liés à l’envoi simultané vers Mars des systèmes d’atterrissage et de retour, tout en garantissant que chaque élément dispose de suffisamment de carburant pour remplir ses tâches.

La séquence de la mission s’étend sur plus de trois ans et comprend treize phases distinctes. Après un voyage interplanétaire de sept à huit mois, l’atterrisseur se posera sur un site soigneusement choisi entre 17 et 30 degrés de latitude nord, où les contraintes techniques devront être conciliées avec le potentiel scientifique. L’engin devra se poser au moins trois kilomètres sous l’altitude moyenne globale de Mars afin de bénéficier d’une densité atmosphérique suffisante pour ralentir lors de la rentrée. Une fois à la surface, l’atterrisseur fonctionnera pendant environ un an et collectera des échantillons par plusieurs méthodes : prélèvement à la surface, forage en profondeur et collecte assistée par drone dans des zones situées à plusieurs centaines de mètres.

La phase de remontée constitue l’un des plus grands défis techniques de l’histoire des vols spatiaux. Après avoir collecté et scellé les échantillons, le véhicule de remontée devra décoller de la surface martienne en utilisant l’atterrisseur comme pas de tir, puis atteindre l’orbite de Mars, ce qui n’a encore jamais été réalisé depuis la surface de la planète. En orbite, il devra rejoindre l’orbiteur en attente et s’y amarrer, puis lui transférer sa précieuse cargaison avant que le véhicule de retour n’entame son voyage vers la Terre. Ce rendez-vous orbital autour de Mars n’a jamais été tenté et exige une navigation de haute précision, dans un environnement où le contrôle au sol ne peut fournir de directives en temps réel en raison de délais de communication pouvant atteindre 20 minutes.

Forer à la recherche de traces de vie ancienne

La recherche de biosignatures, c’est-à-dire d’indices physiques ou chimiques de la présence passée de vie sur Mars, constitue le principal objectif scientifique de Tianwen-3. Si les missions précédentes ont détecté des molécules organiques et d’anciens lits lacustres, la possibilité d’analyser des échantillons dans les laboratoires de pointe de la Terre offre les meilleures chances d’obtenir des preuves irréfutables d’une ancienne vie microbienne. Pour maximiser ces chances, les responsables de la mission ont élaboré une stratégie ambitieuse de collecte, qui prévoit notamment de forer jusqu’à deux mètres sous la surface martienne, une profondeur jamais atteinte par une mission sur Mars et nettement supérieure à celle visée par les prélèvements superficiels prévus par d’autres programmes.

Cette profondeur est essentielle pour les recherches en astrobiologie. Mars n’a pas de champ magnétique global et possède une atmosphère ténue : sa surface est donc constamment bombardée par les rayons cosmiques et exposée à des substances fortement oxydantes, qui détruisent les matières organiques au fil du temps. En forant sous cette couche hostile, la mission espère atteindre des sédiments protégés des rayonnements depuis des milliards d’années, où pourraient s’être conservés des composés organiques, voire des fossiles microscopiques, datant d’une époque où Mars possédait de l’eau liquide et une atmosphère plus dense. Le système de forage devra détecter et éviter les obstacles tels que le substrat rocheux, tout en préservant l’intégrité des échantillons dans l’environnement hostile de Mars.

Le choix du site d’atterrissage reflète l’orientation biologique de la mission. Les scientifiques ont recensé 86 sites potentiels parmi une première sélection de plus de 80 candidats, puis réduit la liste à 19 emplacements de premier choix, concentrés dans les régions d’Amazonis Planitia, d’Utopia Planitia et de Chryse Planitia. Ces régions présentent d’anciens littoraux, des dépôts deltaïques, des minéraux argileux et des réseaux de canyons, caractéristiques de milieux riches en eau où la vie a pu apparaître et se conserver. D’ici à la fin de 2026, l’équipe retiendra trois sites finalistes offrant le meilleur compromis entre intérêt scientifique et sécurité technique. Les critères privilégient les zones contenant des minéraux hydratés, signe d’une ancienne activité de l’eau, tout en imposant des contraintes strictes : une pente inférieure à 8 degrés et une couverture rocheuse de moins de 10 % pour garantir un atterrissage sûr.

Pékin ouvre la mission à des partenaires internationaux

Signe de la confiance de la Chine dans la maturité technique de la mission, l’Administration spatiale nationale chinoise a annoncé, le 11 mars 2025, que Tianwen-3 était ouverte à la coopération internationale. L’appel à propositions offre une capacité d’emport de 15 kilogrammes sur l’orbiteur de retour vers la Terre et de 5 kilogrammes supplémentaires sur l’orbiteur martien pour des instruments scientifiques conçus par des partenaires étrangers. Cette invitation marque une évolution importante vers un partage de la responsabilité scientifique pour ce qui pourrait devenir l’une des missions spatiales les plus importantes de l’histoire. Les propositions sont attendues avant le 30 juin 2025, et le choix final est prévu en octobre de la même année.

Les équipes internationales intéressées peuvent proposer des charges utiles embarquées nécessitant l’appui du vaisseau Tianwen-3 ou des instruments scientifiques autonomes conformes aux grands objectifs scientifiques de la mission. Les partenaires retenus devront livrer leur matériel de vol d’ici à 2027 afin qu’il puisse être intégré au vaisseau avant la fenêtre de lancement de 2028. Les projets de recherche devront contribuer à la recherche de la vie, à l’étude de la géologie martienne ou à l’examen des processus atmosphériques, sans exclure les innovations susceptibles d’accroître l’intérêt de la mission. Ce cadre de coopération fait de Tianwen-3 une plateforme mondiale au service des intérêts scientifiques communs de l’humanité, plutôt qu’un simple projet national.

Hou Zengqian, scientifique en chef de la mission et membre de l’Académie chinoise des sciences, a souligné cette volonté de coopération dans un article récemment publié dans Nature Astronomy. Il a indiqué que la Chine avait organisé des conférences internationales pendant la définition des objectifs et qu’elle prévoyait d’ouvrir l’accès aux échantillons rapportés aux chercheurs du monde entier, une fois les protocoles de protection planétaire respectés. Hou espère que la mission offrira à la communauté internationale une occasion sans précédent de comprendre Mars et qu’elle attirera des partenaires européens, asiatiques et d’autres pays dotés de programmes spatiaux, désireux de prendre part au premier retour historique de matériaux martiens.

Protection planétaire et mesures de sécurité technique

La perspective de rapporter des matériaux d’une autre planète soulève de graves questions de sécurité, que les responsables de la mission doivent traiter avec la plus grande rigueur. Les protocoles de protection planétaire établis par le Comité de la recherche spatiale imposent des mesures strictes pour prévenir à la fois la contamination de Mars par des organismes terrestres et la contamination de la Terre par d’éventuelles formes de vie martiennes. La Chine s’est engagée à respecter ces normes internationales, reconnaissant que l’intégrité scientifique de la mission dépend de la capacité à établir que toute découverte biologique provient bien de Mars et n’est pas due à des contaminants terrestres. La maîtrise stricte de la contamination constitue un enjeu crucial à toutes les étapes de la mission.

Pour gérer ces risques, la Chine construit un laboratoire spécialisé dans l’étude des échantillons martiens à la périphérie de Hefei, près de l’Institut des sciences physiques de l’Académie chinoise des sciences. L’installation comprendra des salles blanches de très haute qualité et des zones de confinement biologique où les échantillons rapportés seront soumis à des analyses complètes, à une stérilisation et à une évaluation des risques biologiques avant d’être mis à la disposition de la communauté scientifique au sens large. Ils resteront isolés de l’environnement terrestre jusqu’à ce qu’une analyse rigoureuse confirme qu’ils ne contiennent aucun agent biologique actif susceptible de menacer les écosystèmes terrestres. Ce n’est qu’une fois leur innocuité confirmée que les matériaux seront distribués à des laboratoires agréés dans le monde entier pour une étude approfondie.

L’équipe d’ingénierie a déjà réalisé des avancées décisives dans les technologies indispensables à la mission, notamment le prélèvement et le scellement d’échantillons à la surface de Mars, la remontée depuis la surface martienne, le rendez-vous orbital et les mécanismes de transfert des échantillons. La mission exige la mise au point d’un système spécial de prélèvement de sol, qui devra collecter les échantillons et les sceller de manière sûre afin qu’ils arrivent intacts sur Terre. Liu Jizhong a souligné que le retour d’échantillons martiens constituait la mission d’exploration spatiale la plus difficile sur le plan technique depuis le programme Apollo et qu’une telle récupération n’avait jamais été menée à bien. La complexité ne tient pas seulement aux systèmes mécaniques, mais aussi au confinement biologique et aux procédures de traçabilité, qui devront préserver l’intégrité des échantillons depuis la surface martienne jusqu’à leur rentrée dans l’atmosphère et à leur analyse en laboratoire.

Un nouvel équilibre mondial dans l’exploration spatiale

Alors que la Chine se rapproche de la date de lancement prévue en 2028, le programme concurrent de la NASA, Mars Sample Return, est confronté à une forte incertitude. Une loi budgétaire de la Chambre des représentants, promulguée début 2025, a de fait annulé l’architecture actuelle du programme MSR et réaffecté 110 millions de dollars à de futures études sur les technologies martiennes plutôt qu’à la mission de retour d’échantillons. Le Sénat a certes examiné des textes d’autorisation appelant à relancer le programme MSR, mais les États-Unis ne disposent actuellement d’aucune voie clairement définie pour rapporter des échantillons martiens avant les années 2030. La Chine dispose ainsi d’une fenêtre pour franchir la première cette étape et tirer les avantages scientifiques et diplomatiques qui en découleraient.

Ce décalage des calendriers a des implications stratégiques qui vont au-delà du prestige scientifique. Le premier pays à rapporter des échantillons martiens contrôlera leur distribution initiale à la communauté scientifique mondiale et pourrait ainsi influencer les orientations de la recherche en astrobiologie pendant des décennies. Des échantillons de Mars pourraient révéler si la vie est apparue indépendamment sur deux planètes de notre système solaire. Une telle découverte bouleverserait notre compréhension de la biologie et laisserait penser que la vie pourrait être répandue dans l’univers. Si la Chine réussit tandis que les autres programmes prennent du retard, les partenariats internationaux et les possibilités d’emport pourraient se tourner de plus en plus vers les initiatives spatiales de Pékin.

Les progrès de la Chine s’inscrivent dans un contexte plus large de développement de ses capacités dans l’espace lointain. La mission Tianwen-2, lancée en 2025, se dirige actuellement vers le quasi-satellite de la Terre Kamoʻoalewa, après avoir parcouru environ 700 millions de kilomètres. Elle doit atteindre sa cible cette année pour mener des opérations de prélèvement, puis revenir sur Terre d’ici à la fin de 2027. À plus long terme, Tianwen-4 devrait être lancée vers 2030 afin d’étudier le système jovien et, à terme, de se mettre en orbite autour de Callisto, l’une des lunes glacées de la géante gazeuse. Cette progression régulière, de l’exploration lunaire à celle de Mars puis du système solaire externe, témoigne d’une stratégie méthodique en matière de sciences spatiales et de l’engagement de la Chine à s’inscrire durablement dans l’exploration spatiale.

Du prototype à la planète rouge

Le développement du modèle de vol a commencé et les prototypes doivent passer à la construction du matériel officiel en 2026 : l’équipe de Tianwen-3 passe ainsi des études de conception à l’assemblage matériel. Les treize phases de la mission comprennent le lancement depuis la Terre, le trajet vers Mars, la rentrée, la descente et l’atterrissage, le prélèvement à la surface, la remontée, le rendez-vous en orbite martienne, le retour vers la Terre et la rentrée dans l’atmosphère terrestre. Chacune exige une exécution précise sur des centaines de millions de kilomètres. Le processus entier durera plus de trois ans, du lancement au retour des échantillons en 2031, et le vaisseau emportera des instruments scientifiques de pointe conçus pour servir ses priorités astrobiologiques.

Les instruments retenus pour la mission reflètent sa quête de traces de vie. L’atterrisseur emportera un radar à pénétration de sol martien pour sonder les couches souterraines ainsi qu’un analyseur Raman et de fluorescence, capable de détecter des matières organiques et des minéraux, comparable aux instruments du rover Perseverance de la NASA. Les orbiteurs étudieront les processus d’échappement atmosphérique et les champs magnétiques à l’aide de magnétomètres spécialisés et de détecteurs de particules énergétiques, tandis que des systèmes d’imagerie cartographieront la composition de la surface dans les bandes infrarouges moyennes et multispectrales. Ces instruments contribueront aux neuf axes de recherche définis par l’équipe scientifique de la mission, consacrés aux éléments liés à la vie, aux conditions environnementales et à l’histoire géologique, des caractéristiques de surface à la dynamique interne.

À mesure que le développement progresse, la mission continue d’inviter les scientifiques chinois et étrangers à prendre part à ce que ses dirigeants présentent comme une démonstration de créativité chinoise et d’influence internationale. Que Tianwen-3 découvre ou non des preuves irréfutables d’une vie ancienne sur Mars, ou qu’elle rapporte des échantillons révélant un monde stérile mais fascinant sur le plan géologique, elle promet d’apporter des réponses à des questions qui occupent les scientifiques depuis des générations. Cette entreprise marque une nouvelle étape de l’humanité au-delà de la Terre, dans l’esprit de cette idée : notre planète est le berceau de l’humanité, mais nous ne pouvons pas rester éternellement au berceau.

L’essentiel

• Les deux lancements de Tianwen-3, à bord de fusées Longue Marche 5, sont prévus en 2028 ; le retour des échantillons sur Terre est programmé pour 2031
• La mission vise à collecter au moins 500 grammes de sol et de roche martiens, par des prélèvements en surface et des forages jusqu’à deux mètres de profondeur
• Son principal objectif scientifique est de rechercher des biosignatures et des indices de vie passée ou présente sur Mars
• Le projet prévoit deux engins spatiaux distincts qui se rejoindront en orbite martienne, une manœuvre encore jamais réalisée
• En mars 2025, la Chine a ouvert la mission à des partenaires internationaux, en proposant une capacité totale de 20 kilogrammes pour des instruments scientifiques étrangers
• Les contraintes techniques limitent les sites d’atterrissage à une zone comprise entre 17 et 30 degrés de latitude nord, et à des altitudes situées au moins trois kilomètres sous la moyenne martienne
• Une installation spécialisée à Hefei traitera les échantillons rapportés selon des protocoles stricts de protection planétaire afin de prévenir toute contamination de la Terre
• La mission entrera dans la phase de construction du matériel de vol en 2026, après la mise au point réussie de technologies clés, notamment la remontée depuis Mars et le rendez-vous orbital