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Terraforming de Mars

Brumes matinales au-dessus de Valles Marineris. Document Kees Veenenbos.

Fabrication d'une atmosphère martienne (II)

Nous devons tout d'abord réaliser l'inventaire de ce qui existe sur Mars. Mais que faut-il pour "construire" une atmosphère et transformer une planète ? A ce jour seuls les héros de "Star Trek" en savent quelque chose ! Nous devons donc estimer les besoins comme on effectue un sondage à propos d'un sujet que l'on ne maîtrise pas totalement.

On peut évaluer la quantité de carbone, d'azote et d'eau nécessaires à la formation d'une atmosphère constituée majoritairement de gaz carbonique.

L'azote et l'eau existent bien sur Mars mais en faible quantité. Si leur concentration était plus élevée, le projet sera viable. Mais il y a un sérieux hiatus dans notre projet. 

Aujourd'hui l'atmosphère de Mars est tellement ténue qu'elle ne peut plus supporter une biosphère. Que peut-on faire ? Les chercheurs pensent qu'il existe encore beaucoup de gaz emprisonnés dans l'écorce de Mars ainsi que dans les calottes polaires. On y a décelé des nitrates, des carbonates, du gaz carbonique et même de l'eau. Du coup notre projet reprend vie.

Vive l'effet de serre !

Quels gaz utiliser ? Selon les modèles climatiques développés par McKay, Zubrin et Fogg, on peut envisager utiliser des gaz à effet de serre tels que la vapeur d'eau, l'ammoniaque, le gaz carbonique et les perfluorocarbones sur Mars. Et oui, il faudra "polluer" Mars pour espérer lui donner une atmosphère respirable !

Processus de terraformation de Mars. Document U.Purdue adapté par l'auteur.

En complément, selon la quantité de chaleur absorbée et réfléchie par l'atmosphère martienne, l'albedo et l'insolation peuvent être augmentés ce qui entrainera une augmentation de l'effet de serre.

Etant donné que Mars a piégé du gaz carbonique dans les glaces polaires et dans les roches de surface (régolite), ces réserves peuvent être dégazées et en se libérant dans l'atmosphère ce gaz contribuerait à réchauffer le climat. Les calculs actuels sont fondés sur des modèles unidimensionnels du climat et ne tiennent pas compte du temps. Seul facteur considéré, les zones habitables se trouvent à des latitudes particulières (polaire ou équatoriale) où la température doit s'élever au-dessus du seuil de congélation de l'eau (0°C). Partant d'une pression moyenne martienne 100 fois inférieure à celle de la Terre (6 mb contre ~1 bar), nous devons fabriquer une atmosphère au moins deux à trois fois plus dense qu'elle n'est actuellement.

Pour y parvenir plusieurs facteurs et ingrédients doivent être pris en considération :

- une couche dense de gaz carbonique (> 1 bar) n'est pas envisagée. En effet, il est difficile de concevoir une technique permettant d'épaissir à ce point l'atmosphère martienne, d'autant qu'une grande partie de ce gaz est séquestrée dans le sol.

- de petits apports de perfluorocarbones (>1 microbar de CFC) permettrait d'obtenir une température positive en haute altitude et dans les régions polaires.

- une rétroaction positive apparaîtra suite au dégazage à mesure que la température s'élèvera, phénomène qui déclenchera la production d'encore plus de gaz à effet de serre. Ce principe permet de réduire par 100 la quantité de terraforming comparé à une planète ne disposant pas de réserves de gaz piégée dans le sol ou la glace.

- la condition d'équilibre de ce système dépend de l'augmentation articielle de la chaleur. En modifiant le degré d'insolation de 10% au moyen de miroirs placés sur orbite, on peut obtenir un effet durable sur l'atmosphère.

- l'apport d'oxygène peut s'obtenir de manière naturelle en déversant des cyanobactéries dans l'atmosphère (cf. D.Nünberg et al., 2018 ainsn i que e projet CyanoKnight de Mars One). Certaines espèces sont résistantes et pourraient survivre sur le sol martien. L'alternative consiste à simuler la photosynthèse dans des usines productrices d'oxygène.

Conditions initiales

Pour réaliser ce projet plusieurs conditions doivent être remplies :

- Trouver les matières premières

- Trouver des gaz à effet de serre efficaces et stables à long terme

Il faut que les gaz dont on a besoin soient disponibles sur Mars et que l'on puisse les exploiter à moindre frais. 

Le soufre, le fluor et le carbone sont disponibles. L'azote l'est beaucoup moins et il est relativement difficile d'exploiter l'hydrogène. Bref, seuls le soufre, le chlore et le fluor pourront être extraits du sol martien.

Le deuxième critère est que ce gaz produise un bon effet de serre. Ici le choix ne manque pas. Nous en reparlerons. Et le troisième critère à considérer est que ce gaz agisse longtemps dans l'atmosphère afin que son action soit durable.

Terraforming dans la région de Valles Marineris

par Thierry Lombry

Mars la rouge... Sec et aride aujourd'hui, le sol de Mars riche en fer s'est oxydé au fil du temps pour prendre une coloration orangée. En raison de la faible atmosphère et du froid, le sol est très compact et la nuit les roches se couvrent de givre carbonique. La poussière omniprésente est toxique, allergène et cancérigène. Mars est une planète inhospitalière. Des traces d'écoulements, des éboulis, des cratères à moitié ensevelis, des fractures et des volcans éteints sont les seules traces d'activité de surface. Le ciel est rose-orangé suite aux tempêtes de sable qui ont projeté dans l'atmosphère des millions de tonnes de sable. Le rayonnement UV est intense et la température au sol oscille localement entre -125°C en hiver et +20°C en été. Le sol est pratiquement gelé en permanence. Un processus de terraforming peut toutefois rendre Mars viable. La combinaison spatiale est obligatoire.

1ere étape

Des milliards de tonnes de bactéries photosynthétiques et de gaz à effet de serre ont été déversés dans l'atmosphère tandis que le sol a été réchauffé au moyen  de miroirs géants mis en orbite et en faisant exploser plusieurs volcans. Le processus a duré plusieurs centaines d'années. A présent la glace prisonnière du permafrost se liquéfie, remonte en surface et commence à former des rivières peu profondes aux eaux cristallines. Le ciel accumule de l'humidité et forme des fracto-stratus au-dessus des régions humides tandis que les premiers lichens et autre slimes apparaissent sur les roches. La poussière retombant lentement sur le sol, le ciel perd sa couleur orangée et tend vers le bleu. La couche d'ozone se forme. L'air trop peu dense n'est pas encore respirable mais la concentration d'oxygène augmente au détriment du gaz carbonique. Les scientifiques continuent à explorer la planète tandis que des équipes d'ingénieurs préparent sa colonisation. Vu le froid intense et le manque d'oxygène, la combinaison spatiale est toujours de rigueur.

2e étape

Mars la bleue... Quelques centaines ou milliers d'années plus tard en fonction de l'intensité du terraforming, le permafrost a disparu sauf dans les régions polaires. La température moyenne au sol est de 5°C et atteint 35°C en été à l'équateur. A quelques dizaines de centimètres sous terre, la température reste positive, même en hiver. L'air est respirable sans masque à oxygène. Le ciel est redevenu bleu, des rivières et des lacs ont envahi la planète comme jadis. Partout le sol est devenu verdoyant, il est fertile; il s'est couvert d'une mousse épaisse, de varechs et de lichens et même quelques herbes adaptées aux climats froids et tempérés se sont acclimatées. A présent des arbrissauts, des fleurs et même des insectes ou des poissons pourraient survivre. Mars la bleue peut recevoir les premières colonies humaines. Le terraforming doit cependant être entretenu car Mars est trop petite et peut difficilement retenir son atmosphère. Voici d'autres simulations.

3e étape

 

Autre action de terraforming dans Valles Marineris

Cet encart fut notamment publié en août 2005 dans les e-magazines NASA Astrobiology Magazine, RedOrbit, Space Daily, PhysOrg et AstroSETI

sous le titre "Mars, the Blue Ecosynthesis".

Il est impératif que ce gaz dispose de molécules stables fortement liées entre elles afin de résister aux rayons UV. Le tétrachlorure de carbone a une durée de vie estimée à environ 500 ans dans l'atmosphère de Mars. Pour qu'il agisse efficacement dans ce délai il faut pouvoir le libérer rapidement. Si on libère suffisamment de gaz carbonique des glaces polaires ou du régolite, on peut arrêter sa fabrication et Mars restera chaude, préservée par sa relative épaisse atmosphère. Mais si on se contente d'une faible concentration de gaz carbonique compatible avec la respiration humaine, Mars restera trop froide. Fabriquer une atmosphère d'oxygène est impossible car elle ne sera pas assez chaude car Mars est trop éloignée du Soleil. Il faudra y ajouter des gaz à effet de serre jusqu'à des niveaux toxiques pour l'homme.

Quelle quantité de gaz pourrait-on extraire du sol martien ? Les estimations actuelles ne s'accordent pas sur un chiffre précis et varient énormément d'une étude à l'autre car trop de théories existent encore concernant l'histoire géologique et pétrologique de Mars. Très peu de sondages ont été effectués in situ et on a creusé le sol martien sur une profondeur d'à peine 15 cm, de loin insuffisant pour évaluer sa composition. A priori Mars aurait pu conserver suffisamment de matériaux volatils même si en vertu de sa petite taille et sa faible gravité la majorité de ces gaz se sont échappés dans l'espace. Les chercheurs pensent qu'il existe probablement assez d'eau emprisonnée dans la glace, d'azote emprisonnée sous forme de nitrates et de carbone emprisonné sous forme de carbonates, autant d'éléments qui existent peut-être également dans le régolite. En conclusion Mars dispose probalement des bons ingrédients pour créer une nouvelle biosphère.

Comment procéder ?

Maintenant venons-en à la question suivante, comment procéder ? Comment peut-on réchauffer une atmosphère sans provoquer un effet de serre cataclysmique ? Les géophysiciens ont découvert qu'il existait beaucoup de gaz des milliers de fois plus efficaces que le gaz carbonique pour réchauffer une planète. Et tous ont une longue durée de vie dans l'atmosphère et peuvent ainsi agir durant très longtemps. Bon nombre d'entre eux contiennent du chlore, du brome et du fluor, dont la réactivité est cent fois supérieure à celle du gaz carbonique.

A gauche, Hellas Planitia et Hesperia Planum partiellement inondés. Au centre et à droite, deux vues de Valles Marineris. Au centre, une vue d'Est en Ouest à travers Candor Chasma. A droite, une vue oblique entre Lus Chasma (Ouest), Coprates Chasma (au centre) et Eos Chasma (Est). Documents de Kees Veenenbos.

Si on considère ne fut-ce qu'une augmentation de la température d'une partie par milliard, la réaction se déclenche. Avec une partie par million la réaction est mille fois plus importante. Mais le changement d'équilibre qui en résulte n'est pas mille fois plus élevé mais simplement sa racine carrée, ce qui représente déjà un facteur 30. Avec une partie par million nous obtenons une élévation de la température sur Mars de l'ordre de 10° en chauffant un seul de ces gaz. C'est un effet important pour une si faible concentration.

Malheureusement certains de ces gaz ont des effets secondaires indésirables. Tel est le cas du chlore. Le chlore est connu pour sa faculté à détruire l'ozone, or sur Mars nous avons besoin de la couche d'ozone pour nous protéger des rayons ultraviolets solaires. Sans sa protection en l'espace de quelques générations toutes les formes de vie seront condamnées, ayant contractées des cancers de la peau ou des yeux. En fait sur aucune planète la vie ne pourrait survivre sans la couche d'ozone. On ne peut donc pas utiliser le chlore pour cette raison. Par contre nous pouvons utiliser des composés purs du fluor tel le perfluorocarbore par exemple. On peut imaginer de l'extraire et fabriquer un mélange qui maintiendrait Mars sous une atmosphère chaude.

Comme sur Terre, ces gaz sont dit à effet de serre car ils empêchent le rayonnement infrarouge de quitter l'atmosphère; une fois que la chaleur (la lumière du Soleil) a pénétré sous la couche d'ozone, le piège se referme : même si le rayonnement se réfléchit sur le sol il reste prisonnier de l'atmosphère et contribue à la réchauffer. Ces gaz à effet de serre ont des raies d'absorption très importantes dont on peut tirer profit pour réchauffer l'atmosphère de Mars. Il existe toutefois une "fenêtre" par laquelle ces gaz peuvent s'échapper dans l'espace. Cette "fenêtre" se trouve dans la région spectrale infrarouge comprise entre 80 et 120 nm (entre 6 et 10 microns). C'est de cette manière que la Terre se refroidit malgré le fait qu'elle produise également sa propre chaleur. 

Bandes d'absorptions des gaz à effet de serre. Alors que sur Terre les gaz à effet de serre sont banis en raison du réchauffement climatique qu'ils entraînent, ils sont recherchés sur Mars où ils pourraient servir à réchauffer l'atmosphère de 20 à 30°. Les bandes grises et noires représentent les zones d'absorption des différentes molécules. Les bandes gris claires sont peu absorbantes, les grises foncées moyennement etles bandes noires sont fortement absorbantes. La longueur d'onde est exprimée en cm-1, le spectre coloré étant posé arbitrairement pour la compréhension.

Quelle quantité de gaz à effet de serre faudrait-il ajouter pour rendre Mars plus chaud ? Il faut en principe atteindre un réchauffement de 20 à 30° pour que le climat devienne supportable, même s'il resterait froid la majorité du temps. Pour y parvenir il faut chauffer l'atmosphère suffisamment fort pour déclencher la fonte des calottes polaires et libérer le gaz carbonique. Si ce dernier n'est pas un gaz à effet de serre à haut rendement, une fois libéré il le restera et allié aux autres gaz nous pourrons créer une atmosphère plus épaisse. Et une atmosphère plus épaisse libérera en rétroaction encore plus de gaz carbonique. Ceci c'est la théorique.

Etant donné que nous avons besoin d'environ une partie par million pour déclencher le réchauffement, on peut estimer la masse de gaz nécessaire à cette opération à un milliard de tonnes. Si le gaz carbonique a une durée de vie de 500 ans, il faut injecter un peu plus de 5 tonnes de gaz carbonique chaque jour dans l'atmosphère martienne, soit quelques millions de tonnes par an pour maintenir l'effet de serre. A l'échelle industrielle ce n'est pas une grande quantité.

Survol en ULM des champs de dunes inondés par la fonte des glaces. Illustration de Kandis Elliot.

Mars est en moyenne 1.5 fois plus éloignée du Soleil que la Terre et reçoit donc deux fois moins de lumière du Soleil. Si nous calculons combien de temps il faudrait pour que ces gaz réchauffent la planète, en estimant que 10% seulement de l'énergie solaire incidente serait exploitable (contre 30% sur Terre), nous arrivons à un délai de 50 à 100 ans. C'est vraiment un délai très court, compatible avec nos programmes spatiaux.

Une fois que le processus est déclenché comment peut-on l'arrêter ? En fait il ne s'arrêtera pas tant que toute la masse de gaz carbonique ne sera pas libérée de la glace et du régolite. Cela ne fonctionne donc pas comme un barrage que nous pourrions ouvrir ou fermer à volonter mais plutôt comme un réservoir qui cède sous la pression et se viderait totalement.

Le temps qu'il faudra pour que l'air devienne respirable dépend des mécanismes mis en place ("usine" à oxygène biologique ou articielle) et de leur efficacité. Tenant compte du rendement de la photosynthèse sur Terre, l'échelle de temps est d'environ 100000 ans.

Mais nous ignorons de combien de degrés Mars pourrait se réchauffer. Les meilleures évaluations estiment qu'il existe environ 100 à 200 millibars de gaz carbonique prisonniés du régolite ou des glaces des calottes polaires. Cela ne permettrait pas totalement de réchauffer Mars mais suffisamment pour lui donner un climat similaire à celui de l'Antarctique, passant par des époques où il est possible de travailler à l'air libre en vêtements légers. Ce sont des conditions assez confortables comparées à ce qu'endure Mars aujourd'hui où nous observons durant la nuit des températures qui peuvent descendent à -60°C et jusque -150°C en hiver. -20°C est beaucoup mieux que -60°C ! On peut même trouver sur Mars des endroits proches de l'équateur qui atteignent +27°C en été. Ajoutez-y 30°C et on obtient un climat tropical : imaginez le climat de Baja Californie ou de Dubai dans une colonie martienne... ! Bien sûr dans les régions nordiques de Mars le climat sera plus proche de celui du Groenland ou de Scandinavie, mais -20°C est déjà un très beau progrès.

Mesure de la température à la surface de Mars 

Calcul de la température actuelle en surface en fonction de la pression de gaz carbonique :

Tmoy = S0.25Tc + 20(1 + S)P0.5

avec Tmoy = température moyenne en K

S = constante solaire = 1

Tc = température du corps noir,  soit 213.5 K

P = pression de la vapeur d'eau en bar

Cette équation nous donne aujourd'hui une température moyenne de surface de -54° C.

En assumant un transport de la chaleur régulier, on peut déterminer la température aux pôles :

Tpôle = Tmoy - DT/(1 + 5P)

avec Tpôle = température aux pôles en K

DT = différence entre la température moyenne et la température aux pôles en absence d'atmosphère (= 75 K pour S=1).

En première approximation on observe que :

Tmax = Téquateur = 1.1 Tmoy

En plein été à l'équateur la température atteint +27°C.

La distribution de la température globale vaut :

Tq = Tmax - (Tmax - Tpôle) sin1.5q

avec q, la valeur absolue de la latitude nord ou sud.

Mais étant donné que la pression partielle de gaz carbonique dépend également de la température, la pression de vapeur pour le gaz carbonique obéit à la relation :

P = 1,23 x 107 {exp(-3170/Tpole)}

Cette équation donne la pression de gaz carbonique tant qu'il existe dans l'atmosphère et dans les glaces polaires. Mais du fait que la température aux pôles augmentera, à un certain moment la pression de vapeur d'eau sera plus grande que la quantité pouvant être produite par les réserves polaires (entre 50 et 150 mb). Ce jour là les calottes polaires disparaîtront et l'atmosphère sera uniquement alimentée par le gaz carbonique emprisonné dans le régolite.

La relation entre les réserves de gaz prisonnières du régolite, celles présentes dans l'atmosphère et la température n'est pas connue avec précision. On suppose qu'elle est proche de la forme :

P = {C.Maexp(T/Td)}1/g

avec C, une constante de normalisation choisie de manière à ce que les autres variables de l'équation satisfassent les conditions connues sur Mars

Ma, la quantité de gaz absorbé en bar,

g = 0.275

Td, est l'énergie caractéristique requise pour libérer le gaz emprisonné dans le sol.

Cette value est inconnue mais oscille entre 10 et 60 K.

Cette théorie est discutée en détail par Robert Zubrin, président de la Mars Society, dans son rapport Technological Requirements for Terraforming Mars.

Il est peu probable que nous puissions améliorer ni même empirer la situation; nous sommes loin de la Terre au sens propre comme au figuré, et plus encore du Soleil. En effet, la zone habitable autour du Soleil atteint ses limites avec Mars. Là où il y a deux bars de pressions de gaz carbonique on pourrait la porter à trois bars, ou même quatre bars comme sur Vénus sans subir ses désavantages. C'est du moins ce qu'on pensait jusqu'au début des années 2010 car nous verrons plus bas que les nouvelles données indiquent que le terraforming de Mars est loin d'être un projet gagné d'avance.

Protéger l'atmosphère de Mars avec un bouclier magnétique

Une autre question à résoudre est de savoir, si le terraforming réussit, comment peut-on préserver l'atmosphère martienne ? En effet, vu la faible gravité de Mars, comme c'est arrivé par le passé, tôt ou tard le vent solaire finira par expulser les molécules de son atmosphère dans l'espace et les dizaines de milliers d'années de terraforming n'auront servi à rien car Mars redeviendra un planète froide, sèche et stérile.

Lors de l'atelier "Planetary Science Vision 2050" qui s'est tenu à Washington DC en 2017, Jim Green de la NASA et ses collègues ont proposé l'idée présentée dans l'article ci-dessous de placer un bouclier magnétique sur une orbite stable entre Mars et le Soleil pour protéger la planète Rouge contre les particules solaires à haute énergie.

A lire : A Future Mars Environment for Science and Exploration (PDF), 2017

J.L.Green et al., atelier "Planetary Science Vision 2050"

Les premières étapes du terraforming. L'air devient humide, de la brume se forme dans Valles Marineris, les cyanobactéries et les algues vertes se développent. Mars reprend vie. Documents T.Lombry.

L'écran magnétique proposé se situerait entre Mars et le Soleil, sur le point L1 de Lagrange. Cela créerait une magnéto-queue artificielle derrière le bouclier protecteur. Cela aiderait Mars à restaurer lentement son atmosphère. Les chercheurs estiment que le bouclier magnétique éliminerait la plupart des processus d'érosion éolienne solaire qui se produisent dans l'ionosphère martienne et la haute atmosphère, permettant à l'atmosphère de se densifier, d'augmenter en température et en pression au fil du temps.

Le bouclier serait composé d'un dipôle géant suffisamment puissant pour générer un champ magnétique artificiel de taille planétaire. Des simulations informatiques ont montré que le bouclier artificiel permettrait à Mars d'atteindre environ la moitié de la pression atmosphérique de la Terre en quelques années. L'atmosphère deviendrait assez épaisse pour que le dioxyde de carbone congelé au pôle Nord de la planète commence à fondre.

L'effet de serre qui en résulte ferait fondre les vastes réserves d'eau glacée, restaurant une partie des océans de la planète. Green estime que 14% (1/7e) de l'ancien océan de Mars pourrait être régénéré. Ce n'est pas une tâche impossible étant donné que des recherches sont déjà en cours dans des structures capables de créer une magnétosphère. Cependant, il faudrait des décennies avant que l'atmosphère soit assez épaisse pour la rendre habitable pour une colonie humaine. Si Elon Musk et sa fusée BFR a vent de cette idée, il applaudirait !

Mais ces chercheurs se sont peut-être avancés un peu trop vite car ils ne disposaient pas de toutes les données du problème et leurs conclusions reposent en réalité sur peu de données et sont donc très spéculatives. En effet, toutes ces études sont globalement optimistes et pas une seule ne conclut que le terraforming est voué à l'échec. Or, grâce aux dizaines de sondes spatiales ayant exploré Mars, les terabytes de données récoltées depuis près d'un demi-siècle ont permis aux astronomes de beaucoup mieux comprendre l'environnement martien et notamment de connaître la concentration et la quantité de gaz carbonique disponible pour un éventuel effet de serre. On sait aujourd'hui que ces quantités changent fondamentalement la donne et donc les conclusions des scientifiques.

Des difficultés en perspective

En 2018, le géologue Bruce M. Jakosky de l'Université du Colorado et l'astronome Christopher S. Edwards de l'Université de Northern Arizona avec le support de la NASA publièrent dans la revue "Nature", une analyse de l'inventaire du gaz carbonique disponible sur Mars dans la perspective d'un terraforming de la planète Rouge. Les chercheurs sont arrivés à la conclusion que déclencher un effet de serre sur Mars ne serait pas aussi simple que prévu. Ils ont montré qu'en pratique la quantité de gaz carbonique est trop faible pour produire un effet de serre significatif et le gaz carbonique séquestré dans le sol ne peut être mobilisé rapidement. Voyons cette étude en détails qui est probablement la plus réaliste et la moins spéculative parmi toutes les études publiées à ce jour.

Pour leur étude, Jakosky et Edwards se sont appuyés sur environ 20 ans de données accumulées par les sondes spatiales qui ont fourni de nouvelles informations sur l’histoire des matériaux volatils dont le gaz carbonique et la vapeur d'eau, sur l’abondance des substances volatiles piégées en surface et dans le sol ainsi que sur la perte de gaz atmosphérique dans l'espace.

Bien que Mars dispose d'importantes quantités de glace d'eau, des analyses ont montré que la quantité de vapeur d'eau ne serait pas suffisante pour supporter seule un effet de serre significatif. Pourquoi ? Parce que la planète est trop froide et l'atmosphère est trop mince pour que l’eau reste très longtemps à l’état de vapeur ou de liquide. Selon les chercheurs, cela signifie qu'un réchauffement important devrait intervenir en premier lieu.

Cependant, comme nous l'avons expliqué la pression atmosphérique moyenne à la surface de Mars est d'environ 6 mb soit à peine 0.6% de la pression atmosphérique terrestre au niveau de la mer (1013 mb). Étant donné que Mars est également moitié plus éloignée du Soleil que la Terre (1.523 UA contre 1 UA), les chercheurs estiment que pour que l'eau existe de manière permanente sous forme liquide, il faudrait une pression partielle de CO2 similaire à la pression atmosphérique totale existant sur Terre soit 100%.

Contributions théoriques des différentes sources de dioxyde de carbone à l'augmentation de la pression atmosphérique de Mars. Document NASA/GSFC.

Comme l'explique le schéma ci-dessus, selon les chercheurs la fonte des calottes polaires dans lesquelles se concentre le gaz carbonique (0.6%) et où il est le plus accessible ne permettrait que de doubler la pression atmosphérique martienne et donc de la porter à 1.2% seulement de celle de la Terre. Les gaz emprisonnés dans le sol martien (la poussière) constituent une autre source qui fournirait jusqu'à 4% de la pression nécessaire. Les autres sources possibles de dioxyde de carbone sont celles qui sont séquestrées dans des gisements minéraux (1.2%) et la glace d'eau sous forme de clathrates (0.5%). Ensemble, ces différentes sources porteraient la pression atmosphérique à 6.9% de la pression terrestre. C'est donc loin de suffire.

Cependant, sur base des données recueillies par les sondes spatiales, les auteurs estiment que ces dégazages produiraient probablement moins de 5% de la pression requise. De plus, l'accès aux minéraux les plus proches de la surface nécessiterait une exploitation minière importante et l'accès à tout le gaz carbonique séquestré dans le sol martien nécessiterait une exploitation à ciel ouvert de la planète entière jusqu'à une profondeur d'environ 90 mètres. Si ce n'est pas utopique, c'est en tout cas peu réaliste.

On pourrait aussi creuser le sol martien pour accéder aux minéraux carbonés situés en profondeur dans la croûte martienne mais la profondeur de ces gisements est actuellement inconnue. De plus, leur récupération avec la technologie actuelle serait extrêmement coûteuse et consommatrice d'énergie, ce qui rend l'extraction extrêmement difficile et impossible tant qu'une base permanente n'est pas installée sur Mars, ce qui nous reporte vraisemblablement dans plus d'un siècle. D'autres méthodes ont toutefois été suggérées, notamment l'importation de composés à base de fluor (cf. les CFC) et de composés volatils tels que l'ammoniac.

Les premiers chercheurs qui proposèrent une théorie réaliste furent James Lovelock (l'auteur de la théorie de Gaïa) et Michael Allaby en 1984 dans leur livre " The Greening of Mars". Dans ce document, Lovelock et Allaby décrivirent comment Mars pourrait être réchauffée en important des chlorofluorocarbures (CFC) pour déclencher le réchauffement de la planète. Bien que très efficaces pour déclencher un effet de serre, ces composés ont une durée de vie limitée et devraient être introduits en quantités importantes (d’où leur absence dans l'étude de Jakosky et Edwards).

L'idée d'importer des matières volatiles comme l'ammoniac est un concept encore plus ancien qui fut proposé par Dandridge M. Cole et Donald Cox en 1964 dans leur livre "Islands in Space: The Challenge of the Planetoids, the Pioneering Work". Cole et Cox proposaient de transporter des glaces d'ammoniac depuis le système solaire externe sous la forme " d'icéroïdes" ou icetéroïdes et de comètes qui seraient ensuite jetés sur Mars où ils percuteraient le sol en libérant leur gaz. En soi l'idée est intéressante mais irréaliste. En effet, les calculs de Jakosky et Edwards ont montré que des milliers de ces objets glacés seraient nécessaires, et la simple distance à parcourir pour les transporter en fait une solution peu irréaliste compte tenu de la technologie actuelle. Même pour terraformer la Lune, cette solution est peu réaliste.

Le projet Nomad de terraforming de Mars proposé en 2013. Les inventeurs verraient bien cette installation fonctionner en 2020 et pendant des milliers d'années.

Les chercheurs ont également examiné le problème des pertes atmosphériques (voir plus haut le bouclier magnétique). Cela permettrait à l'atmosphère de s'épaissir naturellement en raison du dégazage et de l'activité géologique. Malheureusement, les auteurs estiment qu'au rythme actuel du dégazage, il faudrait environ 10 millions d'années pour doubler la pression de l'atmosphère actuelle de Mars.

En résumé, les chercheurs concluent que le terraforming de Mars n'est pas réalisable avec la technologie actuelle. C'est la première fois que des scientifiques posent un diagnostic réaliste négatif et l'écrivent noir sur blanc même si vu l'ampleur du projet, on se doutait bien qu'il faudrait faire appel à une technologie que nous ne possédons pas encore.

Les technologies du futur - on parle de plus d'un siècle dans le futur - impliqueront vraisemblablement des moyens plus rentables pour mener rapidement des missions dans le système solaire, telles que la propulsion nucléaire thermique ou nucléaire parmi d'autres. L’établissement d'une colonie permanente sur Mars serait également un premier pas important dont la mission consistera principalement à libérer les gaz à effet de serre des calottes polaires et du sol pour densifier l’atmosphère et la rendre plus chaude - une méthode que nous maîtrisons depuis l'époque industrielle !

Mars terraformée deviendra la petite soeur de la Terre. Document T.Lombry

Ceci dit, on peut bien entendu confier ce travail de dégazage à des machines comme l'ont proposé les auteurs du projet Nomad lors de la compétition "Skyscraper" en 2013. Ce projet ne serait pas une petite entreprise locale et temporaire mais touchera toute la planète et durera probablement des milliers d'années. Il sera donc intéressant de confier ce travail à des usines totalement robotisées contrôlées à distance quitte à devoir descendre sur Mars lorsque les machines présenteront une anomalie ou pour assurer leur maintenance.

Parmi les alternatives au gaz carbonique, il existe bien la possibilité d'importer du méthane à partir du système solaire externe dont l'effet de serre est 20 à 80 fois plus puissant que celui du gaz carbonique. Bien qu’il ne représente qu'un faible pourcentage de l’atmosphère de Mars, des panaches importants ont été détectés pendant les mois d’été notamment par le rover Curiosity en 2014 qui indiquait que la source était souterraine. Si ces sources pouvaient être exploitées, il ne serait même pas nécessaire d'importer le méthane.

Sachant que Mars n'est pas toujours été ce désert froid et sec inhospitalier qu’il est aujourd’hui, l'idée du terraforming reste séduisante. Même si ce projet démesuré n'est pas réalisable dans un proche avenir, il sera peut-être possible de démarrer le processus dans quelques décennies. Si nous ne verrons peut être pas ce projet démarrer de notre vivant, cela ne signifie pas que le rêve de fonder une deuxième Terre ne se réalisera pas. Si on parvenait à démarrer ce projet, il faudrait probablement patienter 1000 ans voire bien davantage pour rendre Mars viable. Dans l'absolu un tel délai ne représente pas grand chose à l'échelle de l'humanité. Compte tenu de l'objectif du projet qui vise pas moins à créer une deuxième petite Terre, ce délai ne peut donc pas être un obstacle en soi. En revanche, il y a bien d'autres obstacles plus terre-à-terre sur les plans politiques et socio-économiques qui risquent de retarder ce projet. Nos petits-enfants auront le temps d'examiner ces questions en temps utile.

Prochain chapitre

Quand l'herbe est plus verte ailleurs

 

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