Lorsque les ingénieurs de la NASA veulent tester de nouvelles idées pour l'exploration de Mars, ils doivent d'abord créer des conditions aussi fidèles que possible aux conditions « martiennes » ici sur Terre. C'est pourquoi, depuis des décennies, ils retournent dans les déserts de l'Ouest américain – en particulier dans la Vallée de la Mort en Californie et le Mojave plus large – où les dunes nues et les pentes volcaniques rugueuses offrent un terrain d'essai idéal, mais impitoyable. Cette année, ce paysage est redevenu une salle de classe en plein air : une équipe du Jet Propulsion Laboratory (JPL) a mené deux campagnes de terrain intensives, fin avril et début septembre 2025, avec trois drones de recherche équipés d'une nouvelle génération de logiciels de navigation autonome. Il s'agit d'un ensemble de solutions développé au JPL sous le nom de programme Extended Robust Aerial Autonomy – un effort ambitieux pour que les futurs aéronefs au-dessus de Mars volent de manière fiable même là où les dunes monotones les « trompent », et atterrissent en toute sécurité même là où le terrain est truffé de rochers.

D'Ingenuity à une autonomie « plus robuste »

L'impulsion pour la nouvelle vague de tests est venue directement des leçons laissées par Ingenuity, le petit hélicoptère qui a prouvé de 2021 à 2024 que le vol propulsé est possible dans l'atmosphère raréfiée de Mars. Dans la phase finale de sa mission, lors d'une série de survols au-dessus de dunes uniformes et légèrement ondulées, l'odométrie visuelle d'Ingenuity a été périodiquement induite en erreur : le sol « semblait » similaire partout, le contraste était faible, et l'algorithme avait plus de mal à estimer la vitesse réelle et le déplacement. Le 18 janvier 2024, lors de son 72e vol, l'hélicoptère a connu un contact brutal avec le sol et a endommagé ses pales de rotor ; le 25 janvier, la NASA a confirmé la fin de sa phase de vol. Bien que l'aéronef ait spectaculairement dépassé le plan (72 vols au lieu de quelques-uns prévus), ce sont précisément les dunes monotones qui – paradoxalement – ont enseigné la leçon la plus importante : les systèmes autonomes doivent « lire » même la scène la plus ennuyeuse possible.

Pourquoi la Vallée de la Mort et le Mojave ?

Située au cœur des déserts nord-américains, la Vallée de la Mort est le « Mars par procuration » de la NASA depuis des décennies. Depuis les années 1970, lorsque des mesures préparatoires de terrain pour les missions Viking y ont été effectuées, cette région offre deux mondes extrêmement différents, et tout aussi difficiles pour la navigation : les dunes nues et uniformes de Mesquite Flat Sand Dunes et les pentes rocheuses d'une zone que les chercheurs appellent familièrement Mars Hill. Sur les dunes, le logiciel perd facilement ses repères, car les motifs de sable sont répétitifs et pauvres en détails. Sur Mars Hill, en revanche, il y a trop d'« obstacles » : les bords, les ombres et les dalles de pierre grossières testent la capacité du système à reconnaître en vol des zones d'atterrissage sûres. C'est précisément cette combinaison « vide – surpeuplé » qui fait de la Vallée de la Mort un terrain d'essai idéal pour l'apprentissage des systèmes qui doivent fonctionner aussi bien là où la caméra voit trop peu que là où elle voit « trop ».

Campagnes de vol 2025 : deux périodes, une mission

Au cours de deux campagnes – fin avril et début septembre 2025 – l'équipe du JPL, avec des permis spéciaux de l'administration du parc, a effectué une série de vols courts dans les « fenêtres » du matin et de fin d'après-midi, lorsque la thermique et le vent sont plus prévisibles. Les températures atteignaient 45 °C, donc le calendrier, la logistique et la protection de l'équipement faisaient partie du problème d'ingénierie. Sous un abri temporaire (une tente avec ventilation), la télémétrie et les flux vidéo étaient surveillés, et après chaque vol suivaient une analyse rapide et un nouveau décollage avec des paramètres modifiés. Pour une variation supplémentaire du terrain, une partie des tests a également été déplacée à Dumont Dunes dans le Mojave – un endroit où la NASA vérifiait encore la mobilité du rover Curiosity en 2012 – afin d'exposer le logiciel à des vagues de sable rythmiques et irrégulièrement réparties qui « trompent » facilement l'algorithme.

Trois drones, trois rôles

Pour accélérer les itérations, trois plates-formes configurées différemment ont été utilisées. La « mule à capteurs » transportait plusieurs caméras et un jeu de filtres optiques et de polarisation interchangeables ; l'objectif était d'examiner comment les fenêtres spectrales individuelles renforcent le contraste local sur le sable et aident à la détection des microstructures. Le deuxième aéronef était le « coureur informatique » – avec un traitement plus rapide en périphérie (edge computing) où tournaient des variantes de l'odométrie visuelle, des algorithmes de détection de caractéristiques et d'évaluation des risques. Le troisième drone était la « référence » (baseline) – pour les comparaisons – avec des paramètres qui étaient modifiés au minimum afin que chaque changement puisse être attribué précisément à ce qui était réellement testé.

Que signifie exactement « extended robust aerial autonomy » ?

Au centre de l'approche se trouvent la fusion de capteurs à plusieurs niveaux et la « conscience de sa propre incertitude ». Au niveau le plus bas, l'odométrie visuelle combine les images des caméras avec les données des centrales inertielles (IMU) pour estimer la vitesse et la position. Mais dès que l'algorithme reconnaît que la scène perd en informativité – par exemple parce que les séries de crêtes de sable se répètent et que les ombres sont courtes – le système augmente la fiabilité grâce à des signaux alternatifs (baromètre, modèles de vent, contraintes de dynamique de vol). De plus, il peut effectuer une courte manœuvre « pop-up » : monter de quelques mètres pour « changer de perspective » brièvement, capturer le relief avec un plus grand contraste et réinitialiser l'erreur accumulée. À un niveau supérieur, l'évaluation des risques à l'atterrissage fonctionne : la segmentation sémantique de la scène (sable, pierre, ombre, traces) et une mesure rapide de la « rugosité » génèrent une carte des zones candidates, et la planification choisit celle qui satisfait aux critères de sécurité et scientifiques.

Les géologues comme coéquipiers du logiciel

La géologie de terrain n'est pas ici une décoration mais une partie de l'algorithme. Les géologues ont cartographié les types de sable, les directions des vents dominants et les « pièges » de micro-relief afin que la télémétrie puisse être liée aux processus qui façonnent les dunes. Si un drone doit rechercher des traces de sédiments qui retiennent l'eau plus longtemps ou de la poussière fine avec des signaux minéraux potentiellement intéressants, le système doit savoir quand il vaut la peine d'investir de l'énergie dans le survol de zones « difficiles » et où un atterrissage sûr est le plus probable. En pratique, c'est une synergie de la science et de la navigation : la carte des risques et la carte de l'intérêt géologique naissent ensemble et rivalisent pour le même objectif – une meilleure science sans risque inutile.

Ce que la pratique a apporté : des gains concrets

Déjà après deux campagnes, des progrès tangibles ont été enregistrés. Des combinaisons de filtres améliorant le suivi du sol sur des scènes uniformes ont été établies ; des tactiques de courtes montées « pop-up » pour réinitialiser l'erreur ont été validées ; et de nouveaux algorithmes pour la sélection des sites d'atterrissage dans des scènes « encombrées » comme Mars Hill ont montré une plus grande robustesse aux ombres et aux illusions géométriques. Des procédures de « retour du bord » ont également été testées – que faire lorsque le système détecte une croissance de l'incertitude dans sa propre estimation de position – afin d'empêcher un effet domino d'erreurs. Une attention particulière a été accordée aux tourbillons de sable de courte durée (« blowback ») qui peuvent ensevelir les capteurs : des routines rapides de nettoyage des données et de détection de bruit anormal ont été développées.

Contexte plus large : 25 technologies pour la Planète Rouge

Les essais en vol font partie d'un portefeuille plus large du Mars Exploration Program, qui a soutenu vingt directions de développement et plus au cours de 2024 et 2025 – de l'autonomie et des communications à l'atterrissage de précision (EDL) et à un meilleur « calcul en périphérie ». L'idée est claire : les futurs robots doivent prendre plus de bonnes décisions sur le terrain même, sans attendre les instructions de la Terre (ce qui, en raison du délai du signal, peut prendre plus de 20 minutes dans un sens), et les données collectées doivent être de meilleure qualité dès le « premier passage ». Les plans mentionnent également des plates-formes aériennes plus avancées (par exemple, des concepts de type Mars Science Helicopter) et des systèmes en essaim avec plusieurs petits hélicoptères dans différents rôles – de la reconnaissance et de la cartographie aux relais de communication et à la livraison logistique de petites charges.

Ingenuity comme modèle – et avertissement

L'héritage d'Ingenuity est double : il a inspiré une vague de nouvelles idées, mais a aussi montré très concrètement où se situent les limites de la navigation visuelle. Les analyses publiées fin 2024 ont confirmé que les dunes uniformes ont conduit à des estimations erronées des vitesses horizontales au contact, ce qui a très probablement entraîné l'endommagement des pales. Ces connaissances sont maintenant traduites en une exigence d'autonomie « plus robuste » : le système doit savoir quand sa scène est « pauvre » et comment compenser cela, et les procédures d'atterrissage doivent être plus tolérantes aux erreurs de courte durée.

Robots-chiens à White Sands : ce que font les éclaireurs à quatre pattes

Le désert californien n'était pas le seul endroit cet été. En août 2025, des scientifiques et ingénieurs du Johnson Space Center de la NASA avec des universités partenaires ont passé cinq jours sur les dunes de gypse du parc national de White Sands au Nouveau-Mexique. Là, ils ont entraîné des robots à quatre pattes – des « chiens robots » – pour le déplacement sur un sol meuble et clair, la fusion du LIDAR, de la stéréovision et de l'inertie, et pour des tâches scientifiques de base comme la reconnaissance des couches et le prélèvement d'échantillons. De telles plates-formes peuvent entrer les premières dans des terrains plus difficiles, cartographier les abris contre le vent, marquer des zones sûres pour l'atterrissage des véhicules aériens et mettre en place des nœuds météorologiques et de communication temporaires. En combinaison avec les drones, il s'agit d'une symbiose terre-air qui ouvre des profils d'exploration plus ambitieux aux futures missions.

Une atmosphère qui « crépite » : pourquoi la météorologie est importante aussi pour le vol

Des observations récentes de décharges électriques (« mini-éclairs ») dans l'atmosphère de Mars, associées aux tourbillons de poussière, rappellent que l'environnement n'est pas un décor statique. Pour les plates-formes aériennes, cela signifie une autre entrée dans le modèle de risque : reconnaître les modèles qui précèdent de tels phénomènes, changer d'altitude, raccourcir l'itinéraire ou retarder l'atterrissage. Parallèlement, une informatique plus robuste (HPSC) arrive de plus en plus sur les aéronefs, permettant des modèles plus complexes en temps réel, y compris l'apprentissage supervisé sur la mission elle-même : le drone construit un « journal de situation » et, au fil des semaines de travail, devient meilleur pour prédire ses propres faiblesses.

Chorégraphie opérationnelle : briefing – vol – analyse – itération

Sur le terrain, tout ressemblait à une petite mission spatiale. La journée commençait par un briefing avec les prévisions de vent et d'ensoleillement, la définition des expériences et la répartition des rôles. Suivaient de courts vols avec des objectifs clairement définis, puis le téléchargement immédiat des journaux, la synchronisation des images vidéo et des graphiques, et des calculs statistiques rapides : de combien la dérive augmentait, quelle était la densité des caractéristiques « détectées de manière fiable », où la segmentation sémantique avait raison, et où elle s'était trompée. Les scénarios réussis retournaient dans les airs avec des corrections mineures ; les problématiques étaient reproduits dans le simulateur avant la prochaine modification. Un tel rythme ferme la boucle d'apprentissage et économise du temps sur le terrain, qui est précieux dans les conditions désertiques.

Technique sous le capot : capteurs, filtres, sémantique

Les plus grands gains sont apparus là où se rencontrent un bon matériel et un logiciel intelligent. Différents filtres optiques et de polarisation ont aidé à mettre en évidence les bords et les microtextures du sable même lorsque les ombres sont minimes. La segmentation sémantique – la division de la scène en catégories comme « sable », « pierre », « ombre », « trace » – a permis à l'algorithme d'ignorer les signaux trompeurs (par ex. les ombres sombres qui ressemblent à des « trous ») et d'estimer plus sûrement la rugosité et la pente. De plus, des routines rapides pour « interroger » sa propre incertitude ont été introduites : si le modèle estime que l'erreur augmente au-dessus d'un seuil, le système cherche un cadre informatif supplémentaire ou corrige le profil de vol.

Logistique et protection de l'environnement : comment voler dans une zone protégée

La Vallée de la Mort est un parc national strictement protégé, donc les vols ne sont autorisés qu'avec des permis spéciaux et des protocoles stricts. Cette année, l'équipe du JPL a reçu seulement le troisième permis de ce type jamais accordé. Les vols étaient limités dans le temps et l'espace, les corridors soigneusement définis, tout cela pour réduire l'impact sur les visiteurs et l'environnement sensible. En même temps, c'est précisément cette collaboration avec l'administration du parc qui souligne l'importance du lieu : la Vallée de la Mort n'est pas seulement un spectacle, mais un laboratoire vivant qui aide à comprendre les processus désertiques sur Terre – et les mondes au-delà.

Regard vers l'avenir : du prototype aux missions

Que suit-il ? À court terme, les nouveaux algorithmes sont « calibrés » sur un ensemble de plus en plus riche de données de vol et comparés aux observations martiennes (par ex. les images de Perseverance et des orbiteurs). À moyen terme, ils entrent dans des démonstrateurs et des concepts mentionnés dans les plans du Mars Exploration Program pour la prochaine décennie : hélicoptères scientifiques avancés, équipes air-sol et missions logistiques à faible charge utile. À long terme, l'objectif est clair : des aéronefs robotiques qui volent plus loin au-dessus de Mars, atterrissent plus sûrement et effectuent des tâches scientifiques plus significatives – même dans les terrains les plus ingrats. Si l'autonomie parvient à « lire » le sable sans motifs et à choisir habilement des lieux d'atterrissage parmi les rochers, la science gagnera une ampleur et une profondeur que nous ne pouvions pas planifier jusqu'à présent.