Le terraformage de Mars [topic unique]

Sujet: Le terraformage de Mars [topic unique] Mer 17 Mai 2006, 4:36 pm

Source : http://www.monde-diplomatique.fr/2004/12/LEHOUCQ/11733

Citation :: Toujours plus détaillées, les images que les sondes spatiales rapportent des planètes du système solaire les rendent plus familières. Après la Lune, Mars se trouve à portée de fusée et semble si proche de la Terre qu’elle autorise tous les projets : la transformer en colonie scientifique, y établir des bases militaires ou des industries minières, et même... la rendre habitable.

Par Roland Lehoucq - Astrophysicien.

Les grands projets de colonisation de l’espace ou des planètes du système solaire se heurtent tous à un incontournable problème technique. Le maintien durable de conditions favorables à la vie humaine en dehors de la Terre impose la création d’une version miniature d’un écosystème terrestre capable d’évoluer et de se reproduire en dépit des conditions extérieures. L’absence d’atmosphère, l’absence d’eau, l’absence de végétation, une température extérieure trop faible ou trop élevée, un flux de rayons ultraviolets et X trop intense ou une radioactivité trop forte sont autant de barrières au développement d’une colonie humaine hors de la Terre – que ce soit sur la Lune, sur Mars ou dans de gigantesques stations flottant dans l’espace. Dans le cas d’une future colonie planétaire, il existe une ambitieuse solution : transformer les conditions qui prévalent à la surface de la planète pour les rendre compatibles avec la vie humaine. Cette colossale opération d’ingénierie planétaire porte un nom : « terraformage ».

L’idée que l’on puisse volontairement modifier les conditions régnant à la surface de Mars se trouve déjà en 1917 dans le roman d’Edgar Rice Burroughs, A Princess of Mars, qui ouvre une série de onze romans dans lesquels une « fabrique » d’atmosphère rend la Planète rouge habitable. On retrouve la même idée chez l’écrivain anglais Olaf Stapledon (1886-1950). Publié en 1930, son roman Last and First Men (Les Derniers et les Premiers, Denoël, coll. « Présence du futur ») est une monumentale fresque relatant le futur de l’humanité sur deux milliards d’années. L’atmosphère de Neptune est rendue respirable en y libérant des plantes génétiquement modifiées qui absorbent les gaz nocifs et injectent de l’oxygène.

Quant au terme terraformage, on s’accorde à dire qu’on le doit à l’auteur américain de science-fiction Jack Williamson, qui introduisit le mot « terraforming » dans Seetee Ship, un roman publié en 1951. Le terraformage (1) y désigne l’ensemble des opérations à mettre en œuvre pour rendre une planète habitable par l’espèce humaine. Depuis, le terraformage est un sujet abondamment traité par les auteurs de science-fiction. En 1952, Arthur C. Clarke publie The Sands of Mars, roman dans lequel il propose de réchauffer la planète en déclenchant l’ignition de la lune Phobos par réaction nucléaire. Dans Dune, le roman phare de Frank Herbert (1965), les Fremens, aidés du planétologue impérial Liet Kynes, ont formé le projet de verdir les immenses déserts de leur planète, Arrakis. Mais l’œuvre de référence sur le sujet reste la trilogie de Kim Stanley Robinson (Mars la rouge, Mars la verte, Mars la bleue, 1993-1996 – rééd. 2003 chez Pocket), où l’auteur traite de la transformation de Mars en planète habitable, et de ses conséquences humaines, sociales et politiques.

Si le terraformage excite l’imagination des auteurs de science-fiction, il intéresse également les scientifiques. Le premier à s’être penché sur le sujet n’est autre que le célèbre astrophysicien américain Carl Sagan. En 1961, il propose un mécanisme pour rendre plus clémentes les conditions qui règnent sur Vénus, déjà pourvue d’une atmosphère et dont la taille est proche de celle de la Terre. A la surface de cette planète règne un véritable enfer : la température atteint 480 °C et la pression atmosphérique y est 92 fois plus élevée que celle de notre planète. Les sondes soviétiques Venera qui s’y sont posées entre 1975 et 1982 peuvent en témoigner : elles n’ont fonctionné que quelques dizaines de minutes dans ces conditions extrêmes ! Depuis le travail de Carl Sagan, le terraformage est un sujet mieux considéré, et l’un des chercheurs les plus actifs est Christopher McKay, qui travaille au Ames Research Center de la NASA, en Californie (2).

Le terraformage n’a rien d’instantané. Il fait passer la planète visée par divers stades d’habitabilité. Fort heureusement, de nombreuses modifications peuvent faciliter l’occupation humaine de la planète bien avant que celle-ci ne soit totalement terraformée. Par exemple, une atmosphère plus épaisse, même irrespirable, fera un excellent bouclier contre les particules cosmiques et les rayonnements de haute énergie, facilitera la mise en orbite des vaisseaux terrestres par aérofreinage, permettra d’utiliser des engins volants, de construire des habitats non pressurisés ou de se promener à la surface sans scaphandre, avec un simple masque à oxygène.

Comment terraformer ?
La première étape d’un terraformage réussi passe par ce que le biologiste canadien Robert Haynes nomme « écopoïèse ». Il s’agit de transformer une planète stérile en un lieu capable d’accueillir la vie et de soutenir un écosystème complet. On pourrait naïvement imaginer qu’il suffit de répandre sur la planète visée une bonne quantité de bactéries soigneusement sélectionnées ou génétiquement modifiées. Ce n’est pas si simple. Considérons le cas de Mars. La température de surface varie considérablement durant la journée, de – 140 °C à + 20 °C, avec une moyenne bien en dessous de zéro. L’atmosphère a une pression extrêmement faible, et aucune couche d’ozone n’est là pour filtrer les rayons ultraviolets du Soleil. Pour que des bactéries terrestres, même coriaces, puissent survivre, il faut effectuer les modifications suivantes :

– augmenter la température moyenne de surface d’au moins 60 °C ; augmenter la pression atmosphérique ;

– faire que l’eau liquide puisse couler à la surface ;

– réduire substantiellement les flux de rayonnement ultraviolet et de particules cosmiques qui frappent la surface.

Si la liste de ces changements est facile à rédiger, il semble plus difficile de les réaliser. Deux phénomènes vont atténuer ces difficultés. D’abord, ces modifications sont étroitement liées : affecter l’une des conditions peut faire progresser une autre dans la direction souhaitée. Ainsi, l’augmentation de la pression atmosphérique améliore la protection de la surface contre les rayonnements et crée dans le même temps un effet de serre qui augmente la température. Ensuite, le système est doté d’une « rétroaction positive ». Derrière ce terme technique se cache un cercle vertueux pour notre entreprise : l’amélioration de la situation crée des conditions favorables à une nouvelle amélioration. Ainsi, il n’est nul besoin d’importer du gaz sur Mars, pour épaissir son atmosphère, ni de construire d’énormes radiateurs pour la réchauffer. Une forte impulsion initiale devrait permettre de démarrer une évolution spontanée des conditions martiennes vers un régime de haute température – que l’on espère stable. Cela ressemble diablement à ce que l’humanité est en train de faire sur Terre, mais avec des conséquences non souhaitables...

Il semble désormais acquis, grâce à l’observation de nombreux reliefs, que des liquides ont jadis coulé à la surface de Mars, notamment de l’eau. Une atmosphère épaisse, très probablement formée de dioxyde de carbone (CO2) pour l’essentiel, a aussi recouvert le sol martien. Les scénarios d’écopoïèse de Mars reposent sur l’idée qu’il est possible de recréer cet environnement ancien. La principale de leurs hypothèses suppose qu’une grande quantité de CO2 est encore présente sur Mars et qu’elle est disponible sous une forme facilement extractible, piégée dans des « réservoirs » de surface. En la libérant, on joue sur deux tableaux. D’abord, cela augmente la pression atmosphérique et forme un embryon d’atmosphère. Ensuite, le CO2 – qui piège le rayonnement infrarouge – est un gaz à effet de serre : plus l’atmosphère en contient, plus elle s’échauffe, et plus la machine thermique s’emballe. Une température élevée favorise la libération du gaz, par sublimation (passage direct de l’état solide à l’état gazeux) de la glace des calottes polaires ou par dégazage du sol martien, le régolite. Cette production supplémentaire augmente la pression et la température atmosphériques, ce qui augmente la libération de dioxyde de carbone, ce qui augmente la pression et la température, etc. Notons que l’exploitation des calottes polaires ou du régolite pour libérer le dioxyde de carbone n’est pas une vue de l’esprit. Sur une année martienne (3), la pression atmosphérique peut augmenter de 20 % quand, au printemps, la calotte polaire se sublime sous l’effet du rayonnement solaire. De même, la pression atmosphérique diminue en hiver, quand le dioxyde de carbone gazeux se condense vers l’état solide.

Nous n’avons toutefois qu’une idée approximative de la quantité piégée dans les calottes et dans le régolite. Selon certaines estimations, les calottes polaires contiendraient assez de CO2 pour multiplier la pression atmosphérique actuelle par 10 ou par 20. Les réserves du régolite permettraient de gagner encore un facteur 4 ou 5 pour atteindre une pression finale voisine de la moitié de la pression atmosphérique terrestre. Des déceptions sont cependant à craindre, car le spectromètre Oméga de la sonde européenne Mars Express (4) a découvert, en janvier 2004, que, contrairement à ce que l’on croyait, la calotte polaire australe est majoritairement composée de glace d’eau.

Sujet: Re: Le terraformage de Mars [topic unique] Mer 17 Mai 2006, 4:36 pm

Citation :: Il est également possible que le dioxyde de carbone soit présent sous forme de carbonates, comme sur Terre. Sur notre planète, le dioxyde de carbone emprisonné dans les carbonates marins retourne dans l’atmosphère grâce à l’activité volcanique après avoir fait un petit détour dans les entrailles de la Terre. Sur Mars, les carbonates devront être vaporisés en utilisant des moyens particulièrement brutaux : explosions nucléaires, impacts d’astéroïdes, tirs de laser. Commencer à bombarder une planète pour en prendre possession serait certes un comportement typique de notre espèce, mais ce manque évident de subtilité pourrait ne pas soulever l’enthousiasme...

Comment procéder ? Une étude de Christopher McKay et Robert Zubrin (5) indique qu’une élévation de 4 °C de la température de la calotte polaire sud suffirait à enclencher le processus, l’amplification naturelle permettant de réduire le temps, l’énergie et les moyens techniques nécessaires à mettre en œuvre pour modifier les conditions climatiques martiennes. Pour cela, les auteurs proposent tout simplement de réchauffer la calotte polaire grâce à un immense miroir spatial focalisant la lumière du Soleil. Il devra être grand (une bonne centaine de kilomètres de rayon), léger et habilement placé de sorte que la gravité martienne compense la pression, faible mais non nulle, exercée par la lumière solaire sur la surface du miroir : le miroir gardera une position stationnaire par rapport à la zone qu’il doit éclairer. Ce genre de miroir est une version géante du miroir orbital russe Znamya, déployé en février 1999 et constitué d’une voile de Mylar de 5 millièmes de millimètre d’épaisseur et de 25 mètres de diamètre.

Un conflit entre « Verts » et « Rouges »
Autre solution pour élever la température d’une calotte polaire : y répandre une substance noire, genre poudre de charbon, qui, en absorbant plus efficacement la lumière solaire, provoquera une élévation de température. D’après une étude de la NASA, la technique du noircissement permettrait de faire fondre les calottes en à peu près un siècle. Un inconvénient toutefois : le vent martien, bien que très ténu, pourrait perturber l’épandage ou emporter la couche noire déposée.

En ce qui concerne le régolite, le problème est plus complexe, car le dioxyde de carbone, fixé à la surface des minéraux, est plus difficile à libérer. Dans ce cas, l’augmentation de température devrait concerner une forte épaisseur du régolite (200 mètres), et pas seulement une couche superficielle. Pour contourner cet obstacle, on pourrait envisager d’introduire dans l’atmosphère d’autres gaz à effet de serre. De grandes usines, à l’image des « processeurs atmosphériques » que James Cameron nous montre dans son film Alien 2 (1986), fabriqueraient des dizaines de milliards de tonnes de chlorofluorocarbone (CFC), des molécules dont la contribution à l’effet de serre est dix mille fois plus efficace que celle du dioxyde de carbone. Sur Terre, les CFC libérés par l’activité industrielle ont joué un rôle dans le réchauffement climatique et l’apparition du trou de la couche d’ozone. Ce problème ne se posera pas sur Mars... puisqu’elle ne possède pas de couche d’ozone.

Une fois que les conditions martiennes se seront un peu améliorées, il deviendra envisageable d’introduire des micro-organismes. S’ils sont capables de produire de l’ammoniac et du méthane, de bons gaz à effet de serre, ces êtres vivants pourront aussi participer au réchauffement de la planète. Cependant, la planète sera loin d’être un paradis. Les micro-organismes sélectionnés devront être des champions de la survie en milieu extrême. Des simulations en laboratoire ont déjà montré que certaines espèces de bactéries productrices de méthane peuvent s’accommoder d’une pression atmosphérique réduite et trouver dans le sol martien les nutriments nécessaires à leur survie. Nous pourrions aussi tirer parti des formidables capacités de résistance des bactéries Deinococcus radiodurans (qui peuvent survivre à des doses très élevées de rayonnements ionisants) ou Matteia (capables de survivre sans eau).

Quand l’atmosphère martienne aura épaissi, la température sera par endroits suffisante pour que de l’eau liquide coule de nouveau en surface. L’atmosphère sera toujours irrespirable, mais des micro-organismes ou des lichens pourront survivre. Un être humain pourra marcher sans combinaison pressurisée – il devra tout de même porter des vêtements de protection contre le froid et un masque à oxygène.

Si le réchauffement et l’épaississement de l’atmosphère peuvent se faire avec des moyens étonnamment modestes, l’étape suivante est plus longue : il s’agit de réactiver l’hydrosphère de la planète pour qu’elle retrouve un cycle de l’eau complet comme celui qu’elle a pu connaître il y a quelques milliards d’années. Les calottes polaires semblent être les réserves les plus évidentes. Selon les données recueillies par la sonde américaine Mars Odyssey (6), l’eau serait également présente en grande quantité sous forme de glace dans le sous-sol martien.

Enfin, de l’eau pourrait être piégée dans certains minéraux du régolite martien. Si les réserves de Mars se révèlent insuffisantes, il faudra se résoudre à l’importer : capturer un noyau cométaire ou un gigantesque bloc de glace dans les anneaux de Saturne pour le précipiter à la surface de la Planète rouge pourrait induire des solutions quantitativement satisfaisantes. Encore un bombardement, mais pour la bonne cause.

Par endroits, la vapeur d’eau libérée se condensera sous forme de nuages : pour la première fois depuis plusieurs milliards d’années, la surface de Mars sera arrosée par la pluie. Des lacs, des torrents, des rivières et des fleuves se mettront en place ; l’eau serpentera de nouveau à travers les terres rouges. Le fond de Valles Marineris sera inondé et se transformera en un fleuve immense aux parois vertigineuses et à la largeur hors du commun. Les basses plaines de l’hémisphère Nord, situées 2 kilomètres en dessous du niveau moyen de la surface, se transformeront en océan, qui entourera le pôle Nord.

Quant à augmenter la teneur en oxygène de l’atmosphère martienne et rendre celle-ci respirable, il faudrait disséminer sur Mars des cyanobactéries, habituées à vivre dans des conditions extrêmes, et dont l’activité photosynthétique capte le CO2 et libère de l’oxygène. Sur Terre, ces micro-organismes ont régné en maîtres pendant deux milliards d’années. Les cyanobactéries sélectionnées devront, dans un premier temps, amener la pression partielle en oxygène à la valeur-seuil de 1 hectopascal (7) pour que les plantes puissent se développer librement. Ces plantes seront peut-être modifiées génétiquement pour être acclimatées aux rudes conditions martiennes et pour être meilleures productrices d’oxygène. Quand la pression partielle dépassera 120 hectopascals, les premiers colons pourront laisser leurs masques à oxygène au vestiaire avant de sortir faire une petite balade !

Le terraformage est un travail de longue haleine. Celui de Mars passe par une succession d’étapes dont les échelles de temps sont assez différentes. Pour mener à bien la première étape, l’écopoïèse, il faudra compter quelques centaines d’années. Quelques milliers d’années plus tard, il devrait être possible de cultiver des plantes sur Mars. Encore quelques dizaines de milliers d’années seront nécessaires pour que l’atmosphère soit suffisamment riche en oxygène afin que nous puissions y respirer sans assistance.

Terminons la description des grandes lignes de ce scénario sur une note plus pessimiste quant à nos chances de réussite. La Planète rouge est en effet affligée de deux handicaps majeurs qui pourraient ruiner toute entreprise visant à la terraformer. D’abord, Mars étant une planète plus petite et moins massive que la Terre, sa gravité est plus faible. Si faible qu’elle s’est révélée incapable d’empêcher la fuite de la majeure partie de son atmosphère primitive vers l’espace. Si une atmosphère martienne est rétablie artificiellement, il est tout à fait plausible que les gaz libérés ou injectés s’évanouissent à nouveau dans le milieu interplanétaire, ruinant ainsi tous les efforts mis en œuvre.

Ensuite, Mars ne possède plus de champ magnétique, le mécanisme lui donnant naissance ayant cessé avec le refroidissement du cœur (lui-même lié à la petite taille de la planète). Sur Terre, ce champ magnétique forme une sorte de bouclier qui, avec l’atmosphère, protège la surface des particules de haute énergie d’origine solaire ou cosmique. Nous ne pourrons très certainement jamais réactiver le champ magnétique martien. La planète ne pourra pas compter sur ce formidable parapluie naturel qui protège la surface et limite l’évaporation de l’atmosphère.

Terraformer Mars est un projet grandiose, peut-être l’un des plus extraordinaires jamais imaginés par le cerveau humain. On pourrait aussi lui reprocher son absurdité ou son arrogance. Dans sa fameuse trilogie martienne, Kim Stanley Robinson décrit avec force détails une méthode crédible pour changer le visage de Mars. Il tente aussi de répondre à cette difficile question : l’humanité doit-elle terraformer la planète rouge ? Deux groupes, aux idées radicalement différentes, s’opposent dans le roman. Pour les Verts, le terraformage n’est que la suite logique de la conquête de l’espace. Pour les Rouges, Mars est un sanctuaire géologique qui raconte l’histoire de notre système solaire et doit absolument être préservé.

Il s’agit finalement d’une opposition entre un anthropocentrisme défendant l’idée que l’humanité doit se répandre dans tous les lieux qui lui sont accessibles, et un biocentrisme qui reconnaît la valeur intrinsèque de la nature et cherche à la préserver à tout prix. L’extension au cosmos de l’éthique environnementale qui prévaut pour la Terre ouvre incontestablement de nouvelles perspectives de débats politiques et philosophiques : si le terraformage est possible, doit-il être autorisé ? Est-il acceptable de modifier le visage d’une planète ?

Pourtant, la colonisation de Mars est peut-être inéluctable. Après tout, notre planète est fragile et isolée, un impact d’astéroïde peut, en quelques instants, effacer l’humanité et son histoire. Terraformer Mars serait en quelque sorte améliorer les chances de survie à long terme de l’humanité dans le système solaire et, plus largement, dans la galaxie. Une chose est sûre : le terraformage de Mars est envisageable et pourrait être lancé avec les technologies de ce début de XXIe siècle – au prix, il est vrai, de quelques approfondissements théoriques et d’un effort technique considérable.

En sus d’un possible rôle d’objectif à long terme de l’exploration spatiale, l’étude de la terraformation (naturelle ou artificielle) reste aussi un excellent stimulant intellectuel, favorisant l’interdisciplinarité, le partage des connaissances et la réflexion sur l’action d’une humanité devenue « ingénieur planétaire ». Car s’il est possible, voire facile, de rendre Mars habitable, c’est aussi qu’il est facile de destabiliser et de dégrader irrémédiablement la biosphère terrestre.

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