II. Les changements nécessaires pour rendre Mars
habitable
Paysage de Mars
Pour rendre la planète Mars habitable, de nombreux changements sont nécessaires ; mais deux principales transformations s’imposent au niveau de l’atmosphère à savoir la reconstruction de l’atmosphère et l’élévation de la température. Il existe, bien sûr, d’autres problématiques mais, en résolvant celles-ci, un effet en chaîne se produira qui modifiera la planète pour la rendre habitable, et à ce moment d’autres problèmes pourront être résolus. Mais, avant tout, nous allons faire le point sur la terraformation.
1. Qu'est-ce que la terraformation ?
De manière concise, la terraformation consiste à modifier les caractéristiques naturelles d’une planète (ici Mars) de manière à la rendre le plus identique possible à la Terre.
L’expression « terraformation », ou « terraforming » en anglais, nous vient de l’écrivain Jack Williamson qui, en 1942, rédigea une nouvelle sur ce thème dans une revue Américaine de science-fiction. A l’époque, on pouvait en effet considérer que le fait de transformer une planète relevait de l’imaginaire. Pourtant, dès les années 1960, des scientifiques commencent à évoquer et à étudier ce procédé de manière sérieuse. Parmi ces scientifiques, on pourra citer Carl Sagan, pionnier en ce domaine, qui fut le premier à considérer la terraformation scientifiquement en l’appliquant à Vénus. Après lui, plusieurs études seront menées sur le sujet, dont les plus abouties par la NASA dans les années 1990 ; il en ressort l’idée principale de terraformer une planète : Mars.
Mais pourquoi faudrait-il envisager l’hypothèse de la terraformation ? Certains scientifiques considèrent que la Terre est menacée par un certain nombre de facteurs comme la population en augmentation ou la dégradation de l’environnement. Selon eux, ce problème deviendra de plus en plus grave au fil des années, et il faut donc envisager de nouvelles solutions, par exemple la « colonisation » d’une planète.
Quant au choix de Mars, il est principalement dû au fait que la planète rouge est celle qui ressemble le plus à la terre, d’ailleurs on la surnomme la jumelle de la planète bleue. Une autre planète a été évoquée, Vénus, mais il semble plus facile de réchauffer une planète que de la refroidir : en effet, cela supposerait que l’on prive Vénus de rayonnements solaires. De plus, cela poserait le problème de l’eau, non présente sur cette planète. Ainsi, Mars s’est naturellement imposée comme favorite à une éventuelle terraformation.
Aujourd’hui, il ne semble pas que l’homme ait les moyens de réaliser une terraformation. Nous ne sommes pas à un stade suffisamment avancé des recherches technologiques pour y parvenir ; la terraformation reste donc une hypothèse utopique. Néanmoins, si le besoin de trouver une alternative face aux nombreux problèmes que connaît la Terre augmente, cette utopie pourrait devenir une réalité.
C’est pourquoi nous allons nous intéresser à l’hypothèse de la terraformation de Mars.
vue d'artiste de la terraformation de Mars
2. Reconstruction de l’atmosphère
La reconstruction de l’atmosphère est nécessaire car l’atmosphère martienne est très fine comme expliqué précédemment et donc impropice à la vie.
La reconstruction de l’atmosphère martienne étant un sujet très vaste plusieurs théories existent ; nous allons présenter les plus reconnues.
La principale idée pour reformer une atmosphère dense, est qu’il faudrait importer de l’eau permettant ainsi de faciliter les modifications dans l’atmosphère grâce à deux réactions :
- En effet la réaction de l’hydrogène au dioxyde de carbone permettrait de réchauffer l’atmosphère et de créer de l’eau. C’est ce qu’on appelle la réaction de Bosch : CO2 + 2 H2 → C + 2 H2O
- La réaction de Sabbatier, qui, avec les mêmes réactifs, crée du méthane et de l’eau : CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O
De la même manière, on pourrait également importer du méthane ce qui aiderait à établir un effet de serre pour l’atmosphère et permettrait d’augmenter la pression atmosphérique. Qui plus est, ce gaz peut être utilisé pour produire du dioxyde de carbone et de l’eau par la réaction : CH4 + 4 Fe2O3 ⇒ CO2 + 2 H2O + 8 FeO
La réaction pourra être produite par la chaleur des rayons solaires sur Mars.
Il existe aussi l’hypothèse de l’importation d’ammoniac de formule NH3. Sa forte composition en azote (plus de 80%) et sa capacité à se décomposer facilement permettrait de densifier l’atmosphère car l’ammoniac est un gaz inerte qui est présent dans l’atmosphère terrestre notamment.
3. Réchauffer l’atmosphère
Le réchauffement climatique de Mars est capital pour que des vies éventuelles puissent s’installer sur cette planète.
Pour cela la principale solution serait d’augmenter l’effet de serre mais cela implique une atmosphère suffisamment dense. La réalisation de ce projet devra donc se faire après la reconstruction de l’atmosphère.
D’après Robert Zubrin, le président de la Mars Society, il suffirait d’une augmentation rapide de 4°C pour lancer le processus de réchauffement qui se prolongerait de lui-même.
A. Lancer le processus de réchauffement
Plusieurs manières de lancer ce processus existent :
L’albédo
Premièrement, la baisse du coefficient d’albédo de la surface martienne. L’albédo est un coefficient qui traduit la capacité d’une surface à réfléchir la lumière notamment solaire. Ce coefficient est de 0,77 sur Mars ; le ramener à 0,73 permettrait de vaporiser la calotte glaciaire dans l’atmosphère. Comment réduire ce coefficient ? La solution principale est de couvrir la calotte glaciaire de poussière de couleur sombre, que l’on peut notamment trouver sur les satellites Phobos et Deimos, ou de formes de vie telles des plantes fortement pigmentées qui se répandront seules. Ainsi la couleur sombre capterait mieux la chaleur. Néanmoins se pose un problème sérieux, celui des vents de surface qui peut perturber fortement la pose de poudre ou de plantes sur la calotte.
coucher de soleil sur Mars
Les miroirs
Ensuite intervient l’idée des miroirs : placés en orbite autour de la planète, ces miroirs auraient une taille très imposante, aux alentours de 100 Km de rayon pour une masse de 200 000 tonnes. Ces miroirs devraient être orientés vers un pôle de manière à réfléchir la lumière solaire sur la calotte glaciaire. Ainsi, en fondant, la calotte libèrerait le CO2 qu’elle contient. On peut penser que ce type de technologie est inaccessible aujourd’hui, néanmoins, un projet russe nommé Znamya a montré en 1999 que cette technologie est déjà accessible à petite échelle, à savoir 25m de diamètre pour ce projet.
principe de réflexion de la lumière du soleil vers les pôles de Mars à l'aide de miroirs
B. Réaction à la réussite des projets
Nous allons nous intéresser aux phénomènes qu’entraînerait la réussite de ces projets.
Avec le réchauffement que nous avons évoqué, les calottes fondraient et donc libéreraient le CO2 qu’elles contiennent. Cela favoriserait, à la fois, la création d’un effet de serre, l’augmentation de la pression atmosphérique (jusqu’à 100 bars) mais aussi l’augmentation des mouvements atmosphériques qui entraîneraient des tempêtes de poussières favorables au maintien de la chaleur par l’absorption de la chaleur des rayons solaires.
A ce stade, avec la stabilisation de l’atmosphère et la disparition des tempêtes, les premières formes de vie pourraient vivre sur Mars, comme certaines algues ou bactéries que l’on trouve notamment en Antarctique.
Néanmoins, ces hypothèses ne prennent pas en compte notre faible connaissance de la quantité de CO2 sur Mars : nous ne savons pas la quantité de dioxyde de carbone que contiennent les deux principales réserves martiennes, à savoir la calotte polaire et le régolite qui est la couche de poussière d’une planète sans atmosphère. Si cette quantité s’avère insuffisante, toutes ces théories seront fortement compromises. On sait d’ailleurs que la sonde Européenne Mars Express a découvert en 2004 que la calotte polaire était principalement composée d’eau gelée. Le dioxyde de carbone ne représenterait ainsi qu’une couche d’une dizaine de mètres de diamètre, ce qui libérera l’équivalent de 0,36 bars, la pression actuelle étant de 6 bars.
Il faut aussi savoir que le régolite est un obstacle pour la libération du CO2, sachant qu’il faudrait fournir une dose importante d’énergie pour que le régolite libère son dioxyde de carbone : en effet, il agit comme une éponge sur le dioxyde de carbone de l’atmosphère.
C. L'effet de serre et les CFC
Si la quantité de CO2 s’avère insuffisante, il faudra apporter l’aide d’autres gaz, à savoir des chlorofluorocarbures (CFC). Ces molécules ont une capacité 10 000 fois supérieure au CO2 à produire un effet de serre. En créant des usines qui libéreront en masse des CFC comme le fait l’industrie sur Terre, on pourra aider le CO2 à créer l’effet de serre.
principe de l'effet de serre
Le problème pour ces gaz est l’absence de couche d’ozone sur Mars. Sur Terre, la couche d’ozone est une protection contre le rayonnement ultraviolet pour les basses couches atmosphériques et la surface. Mais les molécules de CFC ne résistent pas à ce type de rayonnement, qui peut briser les liaisons entre les atomes de chlore et de carbone. Ainsi s’il n’y a pas de couche d’ozone sur Mars, la longévité de ces molécules sera très limitée, ce qui supposera de renouveler constamment les CFC. Une solution face à ce problème pourrait être l’injection de perfluorométhanes, des molécules sur lesquelles le rayonnement ultraviolet n’a pas d’impact et dont la durée de vie est importante, allant d’environ 100 ans à 10 000 ans. Malgré tout, on ne connaît que très mal les propriétés de ces molécules notamment face à l’infrarouge, et leur efficacité pour produire l’effet de serre.
Ainsi, même si l’injection de CFC dans l’atmosphère martienne constitue une idée tangible, elle reste, sans aucun doute, insuffisante pour mener à bien le réchauffement de Mars ; il faut donc envisager d’autres possibilités.
Tableau récapitulatif des caractéristiques des CFC et de la puissance nécessaire par rapport à l’augmentation de température
|
Augmentation de la température (K) |
Pression de CFC (µbar) |
Production de CFC (t/h) |
Puissance nécessaire (MW) |
|
5 |
0,012 |
263 |
1 315 |
|
10 |
0,04 |
878 |
4 490 |
|
20 |
0,11 |
2 414 |
12 070 |
|
30 |
0,22 |
4 829 |
24 145 |
|
40 |
0,39 |
8 587 |
42 933 |
D. Les microorganismes et l'écopoïèse
Sur notre planète, une partie importante des gaz contenus dans l’atmosphère sont d’origine biologique :
- L’oxygène, qui fut libérée dans l’atmosphère il y a deux milliards d’années par des microorganismes.
- L’azote, également créé par les microorganismes, à base d’ammoniac et de nitrates.
- Le méthane, dont la présence dans l’atmosphère est dû aux ruminants et aux bactéries productrices de méthane.
On voit ici l’importance biologique sur la création de gaz atmosphériques. De plus, ces gaz ont une capacité à créer l’effet de serre supérieure au CO2.
Il faudrait donc introduire des microorganismes sur Mars ; mais on sait que les conditions de vie sont particulièrement difficiles, c’est pourquoi les scientifiques étudient les bactéries les plus résistantes. Des bactéries de ce type montrent la possibilité d’introduire des formes de vie sur Mars. Plusieurs bactéries retiennent l’attention des scientifiques. Elles se remarquent par leur résistance et leur fort pouvoir photosynthétique :
- La bactérie Chroococcidiopsis est capable de survivre dans des environnements extrêmes qui sont hostiles à la plupart des autres formes de vie.
- La deuxième espèce, Matteia, est une cyanobactérie qui possède la propriété de dissoudre des roches carbonatées pour y trouver une protection. Matteia est aussi capable de fixer l’azote atmosphérique si ce composé se fait rare dans son environnement, ce qui peut être utile sur Mars.
- La Deinococcus radiodurans est reconnue pour sa résistance parce que cette bactérie présente une habilité de réparer son code ADN (détérioré par les rayonnements, mutations) et d’une résistante très impressionnante (elle a même été retrouvée dans l’eau de refroidissement de réacteurs nucléaires). Elle serait donc une bactérie très résistante face aux bombardements UV que subit la surface de Mars.
La bactérie Deinococcus Radiodurans
Il faut savoir que si 1% de la surface martienne est recouverte de microorganismes et que l’efficacité de la conversion des radiations solaires en éléments chimiques est de 0,1%, un milliard de tonnes d’ammoniac et de méthane seront produites chaque année, soit une augmentation de la température de 10°C chaque décennie.
Quelles que soient les espèces d’algues sélectionnées pour la terraformation, ces dernières devront, dans un premier temps, amener la pression partielle en oxygène à la valeur seuil de 1 mBar. A ce moment là, les plantes supérieures pourront se développer librement à la surface de Mars. Ces plantes, rendues plus efficaces grâce au génie génétique, seront acclimatées aux rudes conditions martiennes et produiront encore plus d’oxygène. Puis la pression partielle finira par dépasser les 120 mBar. La quantité d’oxygène sera alors suffisante pour que les premiers martiens puissent se passer de masques à oxygène pour vivre dans l’atmosphère martienne. On estime qu’à partir du début de l’écopoïèse, il faudra environ 900 ans pour que l’homme enlève son masque.
Cette technique qui consiste à créer directement des conditions de vie sans les apporter de Terre s’appelle l’écopoïèse (mot grec dont la racine signifie « la réalisation des conditions nécessaires à la vie »). Mais il y un problème de taille… L’écopoïèse n’est possible que lorsque l’atmosphère de la planète est formée, pour stopper les radiations solaires, et lorsque qu’il y a un effet de serre conséquent.
E. Réactiver le cycle de l'eau
Cette étape est sans doute la plus longue : il s’agit de relancer sur Mars le cycle de l’eau entre la terre et l’atmosphère, c'est-à-dire recréer l’hydrosphère. Pour cela, il faut tout d’abord trouver de l’eau en quantité suffisante. La première réserve semble être la calotte polaire.
la calotte polaire australe
Mais la sonde Mars Odyssey a également révélé la présence d’eau sous forme de glace dans le sous-sol de la planète : c’est le pergélisol, un sous-sol glacé en permanence. De plus l’eau peut être présente dans les minéraux du régolite.
Mais s’il s’avère que l’eau se trouve en quantité insuffisante sur Mars, le problème se compliquera ; il faudrait alors que l’on capture un noyau de comète ou un grand bloc de glace (comme au niveau de Saturne) pour le faire écraser sur Mars.
La sonde Mars Odyssey a estimé les ressources en eau de la calotte polaire à environ 5 trillions de tonnes. De plus l’eau contenue dans le pergélisol peut être liquéfiée sur une profondeur d’environ 10 mètres, et cela libérera de la vapeur qui se condensera pour former des nuages, qui eux-mêmes formeront de la pluie.
C’est le début de la création des océans. Le relief de Mars semble indiquer les contours d’un océan, Océanus Borealis sur une grande partie de l’hémisphère Nord. Dans l’hémisphère Sud, il n’y aura pas d’océan mais les cratères d’impact formeront des mers intérieures circulaires.
Carte en fausses couleurs représentant le relief de Mars par la sonde Mars Global Surveyvor.
On peut voir les contours d’Océanus Borealis en bleu clair ,au nord ,et ceux du cratère d’impact d’Hellas en bleu foncé.
4. Les limites de la terraformation
Comme nous l’avons déjà dit, la Terraformation est une idée théorique. Si elle n’est qu’une utopie pour beaucoup, c’est principalement à cause des nombreuses limites et problèmes qu’elle pose aux hommes. Nous disposons d’un certain nombre de technologies qui peuvent permettre de résoudre des difficultés ; mais il reste encore de nombreux obstacles que nous ne pouvons pas encore franchir.
Premièrement, c’est évidemment le manque de technologies qui pose un problème. En effet, la mise en place d’un tel projet semble difficilement réalisable, car elle nécessite la mobilisation d’énormes moyens, notamment pour le transport. Tout d’abord, il est difficilement envisageable de contrôler une terraformation de Mars depuis la Terre. Les technologies de contrôle à distance existent mais reste trop limitées pour le projet entier. Il faudrait donc établir sur Mars une « base de projet » pour contrôler la terraformation sur le terrain même, mais cela demanderait des moyens très important et surtout que le voyage entre Mars et la Terre ne pose pas de problème technique. Enfin ce voyage ne devra pas être trop long, pour faciliter la réalisation du projet et le transport des technologies vers Mars. On peut donc dire qu’aujourd’hui la technologie constitue un problème mais néanmoins surmontable.
Ensuite, on peut évoquer le problème des radiations solaires : en effet il semble que Mars, en subissant ces rayonnements, ne soit pas propice à l’apparition de vie. Une expérience menée en 2007 par des chercheurs du LISA ( Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques ) a révélé que des particules minérales et organiques soumises aux radiations solaires pendant 12 jours étaient partiellement photo dégradées, ce qui compromet l’idée que des formes de vie puissent exister sur Mars. Il existe plusieurs théories sur l’inluence de ces radiations solaires : il semblerait que le vent solaire fournissent de l’énergie aux particules atmosphériques, ce qui leur permet d’éviter la gravité Martienne et donc de quitter l’atmosphère. De la même manière, on pense que le vent solaire retient ces particules à l’aide de plasmoïdes, sortes de bulles magnétiques dans lesquelles elles sont attirées.
Cet impact des radiations solaires semble être dû à l’absence de magnétosphère sur Mars. La magnétosphère est la région entourant un corps céleste où les phénomènes physiques sont dominés par son champ magnétique. Cette magnétosphère est capable de retenir les vents solaires.
Néanmoins, l’absence de magnétosphère autour d’une planète n’empêche pas la présence d’une véritable atmosphère comme le montre le cas de Vénus : sans magnétosphère, elle possède une atmosphère extrêmement dense. De plus la présence d’une atmosphère épaisse constitue une protection pour la surface de la planète contre les radiations solaires. Par ailleurs, on sait que la magnétosphère terrestre connaît de périodes de changements où elle peut fortement se réduire, et où le champ magnétique s’inversait.
Ainsi, l’absence de magnétosphère n’est pas un véritable problème pour terraformer Mars, le principal objectif demeurant l’établissement d’une atmosphère épaisse pour contrer les radiations solaires.
Enfin, deux limites importantes se posent :
Tout d’abord le problème de l’éthique, posé régulièrement : de nombreuses voix s’élèvent contre ce qu’elles considèrent comme une « colonisation » : transformer une planète va en effet à l’encontre de la nature, et une terraformation serait une destruction du patrimoine géologique de Mars.
Mais d’autres refusent de voir en la terraformation un problème d’éthique, Mars étant une simple planète sans vie (jusqu’à preuve du contraire).
L’éthique continue de diviser les intéressés, mais ceux-ci semblent d’accord pour trouver un juste milieu, comme la conservation du patrimoine martien dans des « réserves naturelles », à l’image de la Terre.
Puis le second problème, celui de la création même du projet. Un projet d’une telle envergure nécessiterait des sommes énormes et ne pourrait être mené sans l’aval de quasiment tous les pays du monde. Nul doute qu’alors il susciterait des mésententes, des divergences entre pays. Aujourd’hui, les pays ont déjà du mal à mener conjointement des projets de bien moindre envergure, en conséquence celui d’une terraformation poserait d’énormes problèmes entre Etats.
Malgré tout, on peut penser que si le besoin de terraformer Mars devient réellement important, les pays seront capables de s’entendre sur l’établissement de ce projet.
