Terraformation de Mars

Vue d'artiste du processus de terraformation de Mars; l'apparence finale de la planète est basée sur les données duMars Global Surveyor.

Laterraformationde Marsest le processus hypothétique par lequel leclimat,la surface, et les propriétés actuelles deMarspourraient être délibérément modifiés afin de rendre la planètehabitable pour les humainset toute autre forme de vie terrestre. La terraformation permettrait la colonisation sécurisée et durable de grandes régions de la planète.

Les capacités demodification du climat terrestre par l'activité humainepourraient être appliquées à la planète Mars; cependant la faisabilité de créer une biosphère planétaire est indéterminée. Plusieurs des méthodes décrites ci-dessous pourraient être à la portée des capacités technologiques de l'humanité, mais les ressources économiques nécessaires à leur mise en place technique sont encore hors de portée. Par ailleurs, plusieurs paramètres inhérents à cette planète rendent les espoirs de terraformation bien peu réalistes, comme sa faible gravité qui l'empêche de retenir uneatmosphère,ou l'absence demagnétosphèrequi l'expose à des radiations solaires totalement hostiles à la vie.

Les raisons de la terraformation

La science-fiction propose plusieurs théories sur les futures causes d'une colonisation de Mars. On retrouve entre autres la hausse de la demande en ressources,une catastrophe remettant en cause l'avenir de la Terre,l'arrivée d'extraterrestres,le tourisme spatial, la création de villes et de territoires.

État des lieux

Le sol martien possède des minéraux qui pourraient théoriquement être utilisés pour la terraformation. Des recherches récentes ont en outre montré la présence depergélisolsous la surface martienne à la latitude 60 ainsi qu'aux pôles, où il est mélangé avec de laglace sèche(CO₂gelé). La présence d'eau dans le sous-sol a également été détectée en 2009 par la sondeMars Reconnaissance Orbiterqui a révélé que des cratères d'impact récemment formés contenaient de la glace pure à 99 %.Avec lasublimationdudioxyde de carbone(CO₂) des pôles durant l'été martien, une petite quantité d'eau résiduelle est relâchée, que les vents balayent aux pôles à une vitesse approchant les400km/h.Cet événement saisonnier transporte une grande quantité de poussières et de vapeur d'eau dans l'atmosphère, donnant naissance à descirrussimilaires à ceux de la Terre.

L'oxygènen'est présent dans l'atmosphère que sous forme de traces, cependant il est présent en grande quantité sous la forme d'oxyde de fersur la surface martienne (régolithe). De l'oxygène est aussi présent dans le sol sous la forme denitrates.Une analyse d'échantillons du sol pris par lasonde spatiale Phoenixindique la présence deperchlorate,qui est utilisé par les générateurs chimiques d'oxygène. De plus, l'électrolysepourrait être utilisée pour faire de l'oxygène et de l'hydrogène à partir de l'eau si une quantité suffisante d'électricité était disponible.

Mars avait un environnement relativement similaire à la Terre lors des premières étapes de son développement. Cette similarité est indiquée par l'épaisseur de l'atmosphère de Mars,ainsi que par la présence évidente d'eau liquide sur la surface de la planète dans le passé.L'atmosphère s'est atténuée pendant des milliards d'années avec la dispersion progressive des gaz dans l'espace, bien qu'ils se soient aussi partiellement condensés sous forme solide. L'eau, qui auparavant se trouvait sur la surface martienne, n'est aujourd'hui présente qu'aux pôles et sous la surface de la planète, dans lepermafrost.Le mécanisme qui conduisit aux conditions atmosphériques actuelles de Mars n'est pas connu, bien que plusieurs hypothèses aient été proposées. Une de ces hypothèses est que la gravité sur Mars a entraîné un relâchement des gaz légers de la haute atmosphère dans l'espace. L'absence évidente de plaques tectoniques sur Mars est un autre facteur possible puisque cette absence d'activité tectonique pourrait, en théorie, ralentir le recyclage des gaz en les enfermant dans les sédiments sans qu'ils ne puissent retourner dans l'atmosphère. Le manque d'activité géologique et l'absence dechamp magnétiquesont probablement une conséquence de la petite taille de Mars, ce qui autorise un refroidissement plus rapide de son intérieur comparativement à celui de la Terre. Cependant les détails d'un tel processus sont peu connus.

Enfin la température moyenne sur Mars avoisine les−60°Cet lapression atmosphériqueest 160 fois inférieure à celle qu'on trouve sur Terre.

Reconstruire l'atmosphère

Une vision d'artiste de Mars terraformé centré surValles Marineris.Tharsisest visible sur le côté gauche.

Le principal moyen de reconstituer l'atmosphère martienne est l'importation d'eau,qui peut provenir de la glace d'astéroïdes ou de la glace deslunes joviennesou deSaturne.L'ajout d'eau et de chaleur à l'environnement martien permettrait de rendre ce monde sec et froid propice à lavie.

L'apport d'hydrogènepourrait aussi favoriser les modifications atmosphériques ethydrosphériques.Suivant la proportion de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, l'importation et la réaction de l'hydrogène produirait de la chaleur, de l'eau et dugraphitevia laréaction de Bosch.De même, l'hydrogène réagissant avec le dioxyde de carbone, via laréaction de Sabatierajouterait duméthaneet de l'eau. Un autre moyen serait d'importer du méthane ou d'autreshydrocarbures,qui sont communs dans l'atmosphère deTitan.Le méthane pourrait être diffusé dans l'atmosphère martienne où il établirait l'effet de serre.

Le méthane (ou les autres hydrocarbures) aiderait à augmenter significativement la pression atmosphérique martienne. De même ces gaz pourraient être utilisés pour produire, lors d'une étape ultérieure de la terraformation de Mars, de l'eau et du CO₂par la réaction:

CH₄+ 4Fe₂O₃⇒CO₂+ 2H₂O+ 8FeO

Cette réaction pourrait être enclenchée par la chaleur ou par les radiations UV sur Mars.

Avec le réchauffement de la planète, le CO₂des pôles sesublimeraitdans l'atmosphère et contribuerait à la chauffer. Les forts courants atmosphériques générés par le déplacement des gaz créeraient de grandes tempêtes de poussière, qui contribueraient à réchauffer directement la planète (par l'absorption des radiations solaires). La température de Mars pourrait alors être suffisamment élevée pour que le CO₂ne se solidifie pas aux pôles, mais l'eau liquide ne serait pas encore présente à cause d'une pression trop faible.

Après la fin des forts tourbillons de poussière, la planète, plus chaude, pourrait probablement être habitable pour quelques formes de vie terrestre. Certaines formes d'algueset debactériesqui sont capables de vivre enAntarctiqueseraient les principales candidates. En remplissant quelques fusées de spores d'algues et en les faisant s'écraser aux pôles (où il y aurait encore de la glace d'eau), ils pourraient non seulement grandir mais aussi se multiplier dans un environnement sans compétition, à haute radiation et à fort niveau de CO₂.

On pourrait imaginer développer descyanobactériesqui historiquement sur terre ont contribué à la formation d'oxygène au détriment du CO₂.

Si les algues se propagent d'elles-mêmes sur la planète, cela aura pour effet de réduire l'albédode celle-ci. En absorbant plus de lumière, le sol réchaufferait d'autant plus l'atmosphère. De plus, les algues relâcheraient peu à peu de l'oxygènedans l'atmosphère, bien que cela ne soit pas encore suffisant pour permettre aux humains de respirer. Si l'atmosphère devient plus dense, alors la pression s'élèvera à une valeur proche de celle de la Terre. Au début, et jusqu'à ce qu'il y ait suffisamment d'oxygène dans l'atmosphère, les humains n'auront besoin que d'un masque à oxygène. La réduction des métaux dans le sol pourrait aussi permettre de produire les matériaux nécessaires et de l'oxygène. De même, l'importation deplantes(ainsi qu'une vie microbienne inhérente aux sols fertiles) pourrait permettre aux humains de répandre la vie végétale sur Mars, ce qui accroitrait l'apport en oxygène sur Mars.

Une autre méthode pour densifier l'atmosphère serait d'utiliser de l'ammoniac.Comme il est possible que la nature en ait stocké en grandes quantités sous forme gelée sur des astéroïdes dusystème solaireextérieur, il serait possible de les envoyer (par exemple en utilisant desbombes nucléaires) s'écraser sur Mars. Puisque l'ammoniac (NH₃) contient 85 % d'azoteet se décompose facilement, cela permettrait d'étoffer l'atmosphère à l'aide d'ungaz inerte,le même qui dilue l'atmosphère terrestre.

Réchauffer l'atmosphère

Olympus Monset sa région s'il y avait des océans sur Mars jusqu'auniveau 0de référence.

L'augmentation de la température de Mars est le point crucial de la terraformation de la planète. Pour y arriver, il s'agit d'augmenter l'effet de serrepour donner une impulsion au processus, qui s'amplifie ensuite de lui-même. Une impulsion initiale de4°Cpourrait s'avérer suffisante, d'après les études deRobert Zubrin,président de laMars Society. Le processus serait ensuite assez long.

Ces méthodes distinctes peuvent aussi être combinées en vue d'améliorer les résultats.

Miroirs solaires

La première solution est d'utiliser des miroirs géants de 100kmde rayon et de 200 000ten orbite. Ces miroirs réfléchiraient la lumière du soleil vers le pôle sud afin d'augmenter l'insolation de la planète.Ceci ferait fondre la calotte glaciaire et libèrerait le dioxyde de carbone qu'elle contient. La construction de tels miroirs n'est pas évidente mais le projet russeZnamiade1993a montré un type de technologie utilisable même s'il ne s'agissait que de « petits » miroirs de vingt-cinq mètres de diamètre.

Réduction de l'albédo

Réduire le coefficient d'albédode la surface lui permettrait de mieux conserver la chaleur reçue.

Gaz à effet de serre

Puisqu'une stabilité climatique sur le long terme est nécessaire pour permettre l'établissement de population humaine, l'utilisation de gaz à effet de serre puissants est nécessaire, dont les halocarbones comme leschlorofluorocarbones(CFC) et lesperfluorocarbones(ou PFC). Ces gaz sont les candidats les plus sérieux pour une insertion artificielle dans l'atmosphère martienne à cause de leurs effets. Cela peut évidemment être fait à relativement bon marché en envoyant des fusées contenant des CFC pour qu'elles s'écrasent sur Mars.Quand une fusée s'écraserait, son contenu s'échapperait dans l'atmosphère. L'envoi régulier de « roquettes de CFC » devrait être assuré pendant un peu plus d'une décennie afin que les changements planétaires se fassent.

Miner des minéraux contenant dufluorest une source possible de CFC et PFC. Ils sont supposés y être au moins aussi communs que sur Terre. Ceci permettrait de produire sur place des composants nécessaires à l'effet de serre (CF₃SCF₃,CF₃OCF₂OCF₃,CF₃SCF₂SCF₃,CF₃OCF₂NFCF₃) pour atteindre puis maintenir une température « confortable ».

Limites

La gravité martienne, très inférieure à celle de la Terre, et l'absence demagnétosphèrene permettent pas de retenir sur de longues échelles de temps une atmosphère dense: celle d'aujourd'hui n'est que le reliquat d'une atmosphère ancienne, bien plus dense et ayant déjà permis l'apparition d'eau liquide en surface.Toute tentative de reconstituer une nouvelle atmosphère devra résoudre ces problèmes.

Privée demagnétosphère,l'atmosphère martienne se serait peu à peu amoindrie sous l'effet du Soleil (radiation solaire); levent solaireconférant de l'énergie aux particules des couches supérieures de l'atmosphère leur permettant d'atteindre lavitesse de libérationet de quitter Mars, ce qui explique la finesse de l'atmosphère martienne.Cet effet a été observé par les sondes en orbite autour de Mars. Une autre théorie considère que le vent solaire arrache à la planète des particules qui se retrouvent piégées dans des bulles de champ magnétique appeléesplasmoïdes.

Cependant, le cas deVénusmontre que l'absence de magnétosphère n'empêche pas la présence d'une atmosphère épaisse (bien que sèche). Une atmosphère épaisse fournit aussi une certaine protection contre les radiations solaires à la surface (surtout contre lerayonnement ionisantqui est nocif). En ce sens, l'absence de magnétosphère pourrait ne pas disqualifier complètement l'habitabilité d'une Mars terraformée. Dans le passé, la Terre a connu des périodes où la magnétosphèrechangeait de directionou parfois s'effondrait.

La Terre recèle beaucoup d'eau car sonionosphèreest étanchée par un champ magnétique. Les ions hydrogène présents dans l'ionosphère se déplacent rapidement du fait de leur faible masse mais ils ne peuvent pas s'échapper dans l'espace car leur trajectoire est modifiée par le champ magnétique. Vénus a une atmosphère dense mais seulement des traces de vapeur d'eau (20ppm) car elle n'a pas de champ magnétique. L'atmosphère martienne perd aussi de l'eau dans l'espace.

Lacouche d'ozoneterrestre apporte une protection supplémentaire. La lumière ultraviolette est bloquée avant qu'elle ne puisse dissocier l'eau en dihydrogène et dioxygène. En effet, puisque peu de vapeur d'eau s'élève au-dessus de latroposphèreet que la couche d'ozone se trouve dans lastratosphère,peu d'eau est dissociée en dihydrogène et dioxygène.

Fiction

La Trilogie de Mars(Mars la rouge,Mars la verteetMars la bleue) est un ensemble de troisromansdescience-fictionécrits parKim Stanley Robinsonracontant la terraformation de Mars.

Dans le filmTotal RecalldePaul Verhoeven,sorti en1990,Mars est terraformée en quelques minutes (du moins son atmosphère est rendue respirable) par l'activation d'une machine extraterrestre.

Spin,roman de science-fiction deRobert Charles Wilsonparu en 2005, décrit la terraformation de Mars dans son intégralité.

Ariaest une série de manga dont l'histoire se passe auXXIV^esiècle sur Mars après terraformation dans la cité de Néo-Vénézia, l'architecture et les endroits de cette ville sont similaires voire identiques à notre Venise terrestre.

Terra Formars,mangade science-fiction deYū SasugaetKenichi Tachibana,se déroule sur la planète Mars après terraformation de celle-ci par deslichenset descafards.

Compléments

Articles connexes

• Colonisation de Mars
• Terraformation de Vénus
• Total Recall,un film descience-fictionaméricain (1990).
• La Trilogie de Mars,une trilogie de romans de science-fiction deKim Stanley Robinson.
• Terraformation dans la fiction

Liens externes

• (fr)Terraformer Mars
• (en)«NASA - Aerospace Scholars: Terraforming Mars»(archivé surInternet Archive)
• (en)Interview de Arthur C. Clarke sur la terraformation
• (en)Terraformers Society of Canada
• (en)Research Paper: Technological Requirements for Terraforming Mars