Terraformer Mars

De tout temps, l'homme a transformé son environnement. Avec le progrès technologique que notre société connaît actuellement, son action a pris une dimension planétaire. Notre planète, la Terre, a déjà subi de nombreux changements de la part de l'homme. Pour n'en citer qu'un, prenons la modification du climat, liée à l'injection dans l'atmosphère de gaz à effets de serre comme les chlorofluorocarbures (CFC). Les gaz à effet de serre absorbent une partie du rayonnement infrarouge émit par la surface terrestre, augmentant ainsi la température globale de notre planète. Ces molécules, en attaquant la fragile couche d'ozone, offrent également un passage au rayonnement ultraviolet solaire. L'homme a donc le pouvoir, dès aujourd'hui, de modifier durablement son environnement. Pour l'instant, force est de constater que l'influence humaine est généralement néfaste. Mais il n'en sera pas toujours ainsi (le progrès n'étant pas par nature une force destructrice), et l'homme ne cesse de rêver. De la à espérer qu'un jour, nous puissions modeler et transformer une planète entière à notre guise, il n'y a qu'un pas ...

Naissance d'un concept

Le procédé qui consiste à modifier radicalement les conditions existantes à la surface d'une planète pour la rendre habitable est née dans l'imagination de William Olaf Stapledon, un poète et philosophe anglais surtout connu pour ces romans de science-fiction. Le concept apparaît pour la première fois dans un roman de 1930, Last and First Men, une fresque monumentale qui regorge d'idées et qui relate la grande épopée de l'Humanité à travers le système solaire et l'Univers sur ... deux milliards d'années ! Pour purifier l'atmosphère empoisonnée de Neptune et la rendre respirable, les hommes libèrent à sa surface des plantes génétiquement modifiées, qui vont absorber les molécules délétères et injecter de l'oxygène.

Une dizaine d'années plus tard, dans une nouvelle intitulée Collision Ship et publié en 1942, l'écrivain Jack Williamson baptise ce concept en inventant le mot terraforming (terraformation en français). Comme il le suggère, le terme terraformation désigne l'ensemble des opérations nécessaires à la transformation d'une planète en une autre Terre. Pour définir les actions à entreprendre pour modifier une planète sans qu'elle ressemble au final à la notre, on préférera le terme plus général d'ingénierie planétaire.

Depuis son invention, la terraformation est un sujet de prédilection pour les auteurs de science-fiction. Dans Dune, le chef d'œuvre de Frank Herbert paru en 1965, les fremens, aidé par le planétologue impérial Liet Kynes, décident de changer le visage d'Arrakis en transformant ces immenses déserts en un paradis de verdure. Pour cela, les fremens ont accumulé dans le plus grand secret de vastes quantités d'eau dans des grottes souterraines. L'œuvre de référence sur la terraformation de Mars et ses conséquences est sans contexte l'étonnante trilogie de Kim Stanley Robinson (Mars la rouge, Mars la verte, Mars la bleue, 1993-1996), dont nous reparlerons plus bas.

Si la terraformation enflamme l'imagination des écrivains, elle intéresse également les scientifiques. Le premier à s'être penché sur ce sujet audacieux et passionnant n'est autre que le célèbre astronome américain Carl Sagan. En 1961, Sagan propose un mécanisme pour rendre la planète Vénus plus clémente. Comparé à la Terre, Vénus est un véritable enfer. A sa surface, la température avoisine les 460°C, et la pression atmosphérique est 90 fois plus élevée que la pression atmosphérique terrestre. N'importe quel organisme déposé à la surface de Vénus est immédiatement cuit et écrasé (les sondes soviétiques déposées à la surface de Vénus en savent quelque chose).

Si la température est aussi infernale, c'est à cause de la grande quantité de gaz à effet de serre présent dans l'atmosphère vénusienne (CO2 et vapeur d'eau). L'idée de Sagan consistait à ensemencer l'atmosphère de Vénus avec des algues du genre Nostocacae. Grâce à l'activité photosynthétique, le CO2 atmosphérique était absorbé, l'algue s'en servant pour fabriquer des hydrates de carbones en libérant en prime de l'oxygène. La circulation atmosphérique entraînait ensuite les algues vers les couches plus basses et plus chaudes de l'atmosphère, où les cellules étaient finalement grillées en libérant du carbone minéral (graphite) et de la vapeur d'eau. Le bilan net montrait que petit à petit, l'atmosphère de Vénus se serait enrichie en oxygène et appauvrie en CO2. Le carbone minéral issu de la pyrolyse des algues se serait accumulé à la surface de Vénus, pour former une couche de graphite d'une épaisseur importante. Comme la quantité de CO2 atmosphérique diminuait au cours du temps (tout comme la pression atmosphérique), la planète aurait fini par se refroidir. La teneur en eau restait par contre constante. Avec le refroidissement, cette eau finissait se condenser en une couche de 30 cm d'épaisseur à la surface de la planète. Pour que le système fonctionne, il fallait trouver une espèce d'algue qui supporte les conditions éprouvantes de l'atmosphère vénusienne, et dont le rythme de croissance était supérieur à celui de la cuisson. Nostocacae semblait avoir le curriculum vitae idéal.

Aussi séduisant soit-il, ce scénario n'avait malheureusement pas grande chance d'aboutir à une transformation radicale du climat de Vénus. Non seulement l'atmosphère de Vénus n'est guère propice aux développements d'algues, aussi coriaces soit-elles, mais de plus, sous l'effet des fortes chaleurs régnants à la surface, le graphite redonne bien vite naissance à du CO2 atmosphérique ...

Depuis cette étude parue dans la prestigieuse revue Science, la terraformation est considéré avec de plus en plus de sérieux par une large part de la communauté scientifique. Aujourd'hui, de nombreux scientifiques se sont penchés sur le sujet et les publications sont assez courantes. A ce jour, l'étude la plus détaillée est celle de Christopher McKay, Owen Toon et James Kasting (Nature, 1991). Ces scientifiques se sont focalisés sur la planète du système solaire la plus prometteuse en terme de terraformation, Mars, et nous allons brièvement présenter leurs travaux dans le paragraphe suivant.

Une autre Terre

Mars est une planète hostile à la vie : il y fait très froid (-53°C en moyenne), la pression atmosphérique est très faible (1/160 éme de la pression atmosphérique terrestre), il n'est pas possible pour l'eau d'y exister à l'état liquide, et l'atmosphère est irrespirable pour les humains (96% de CO2). De plus, la surface subit un bombardement constant de la part des rayons cosmiques et du rayonnement ultraviolet, bombardement impropre à toute vie (l'atmosphère martienne est cependant capable, dans son état actuel, de protéger la surface des particules énergétiques libérées par les éruptions solaires).

Mars n'a cependant pas toujours présenté ce visage austère et menaçant. De nombreux reliefs à la surface de Mars suggèrent que la planète a possédé dans un lointain passé une atmosphère plus dense et plus humide, et un climat plus chaud. L'atmosphère, principalement composée de  CO2, était dense pour permettre à l'eau de ruisseler sur les pentes martiennes et de former des rivières, des lacs et des mers. Pour ramener Mars à la vie, il faut simplement lui redonner sa jeunesse. Cette cure de jouvence n'est pas un fantasme d'auteur de science-fiction. Non seulement Mars a apparemment conservé la majorité de ses réserves de CO2, mais ce dernier se présenterait également sous une forme facilement exploitable par les hommes du génie planétaire.

Mars pourrait donc bien devenir un jour une autre planète bleue, d'autant plus que des paramètres aussi importants que son inclinaison orbitale, sa période de révolution, sa gravité, sa distance au Soleil et l'aspect physique de sa surface sont finalement assez proches de ceux de notre planète.

La première étape de la terraformation consiste à augmenter la concentration en CO2 dans l'atmosphère martienne, de manière à profiter de l'effet de serre. Celui-ci va entraîner une augmentation progressive de la température et déclencher une cascade de réaction. Mais où trouver du CO2 en quantité suffisante ? Bien sûr, l'atmosphère martienne contient 96 % de CO2, mais il est en quantité bien trop faible pour jouer un rôle. Il existe cependant à la surface de la planète d'autres réservoirs de gaz carbonique, comme le régolite martien (le sol martien) ou les calottes polaires (en particulier la calotte polaire australe).

Le rôle du CO2

La libération du CO2 contenu dans le régolite martien et les calottes polaires pourrait donner naissance à une atmosphère beaucoup plus épaisse. Les calottes polaires contiendraient assez de CO2 pour obtenir une pression atmosphérique de 50 à 100 mbars. Les réserves de CO2 du régolite, qui existent surtout dans les hautes latitudes, permettraient quant à elle d'atteindre une pression finale de 400 à 500 mbars !

Il faut avouer que nous ne connaissons pas vraiment la quantité de CO2 contenue dans les deux principaux réservoirs martiens de CO2, la calotte et le régolite (on connaît seulement la capacité du réservoir atmosphérique). Si les prédictions sont fausses et que Mars ne possède pas assez de CO2 à injecter dans l'atmosphère, la tache va se compliquer singulièrement. En fait, par l'intermédiaire de son spectromètre Omega, la sonde européenne Mars Express a découvert en 2004 que contrairement à ce que l'on croyait, la calotte polaire australe est majoritairement composée d'eau gelée. Le dioxyde de carbone ne formerait qu'un mince film superficiel de 10 mètres d'épaisseur, et dont la sublimation totale ne libérerait que 0,36 mbar de CO2, soit environ 5 % de la pression atmosphérique régnant actuellement sur Mars (6 mbars).

Il est également possible que la majorité du CO2 ne soit pas physiquement adsorbé dans le régolite ou stocké dans les calottes sous forme de glace sèche, mais soit au contraire lié chimiquement dans des carbonates, comme sur Terre. Sur notre planète, le CO2 emprisonné dans les carbonates marins retourne dans l'atmosphère grâce à l'activité volcanique. Sur Mars, il faudra vaporiser ces carbonates en utilisant des moyens particulièrement destructeurs, et qui auront des conséquences majeures sur l'environnement planétaire : explosions nucléaires, impacts d'astéroïdes, salves de rayons thermiques (laser).

L'exploitation des calottes ou du régolite pour libérer le CO2 n'est pas une vue de l'esprit. Sur une année martienne, la pression atmosphérique peut augmenter de 20 % quand la calotte polaire fond sur l'effet des rayons du Soleil au printemps et que le CO2 passe de l'état solide à l'état gazeux (sublimation). De la même manière, la pression atmosphérique diminue de 20 % quand le CO2 atmosphérique gazeux se condense pour retourner à l'état solide dans la calotte au moment de l'hiver.

Si l'homme parvient à initier le processus, le système fonctionnera ensuite de lui-même. En amorçant la fusion de la calotte polaire sud, on libère une petite quantité de CO2 qui va contribuer à augmenter la pression atmosphérique et produire un effet de serre. La chaleur libérée va agir sur la calotte polaire, qui va libérer plus de gaz, d'où une nouvelle augmentation de l'effet de serre, etc. On dit alors que l'effet de serre est galopant. En fait, d'après une étude de Robert Zubrin et de Christopher McKay, une élévation de la température de la calotte polaire sud de 4°C seulement suffirait à lancer le processus. Ensuite, tout s'accélère par effet "boule de neige". Cette amplification du processus permettrait de réduire d'une manière non négligeable le temps et les moyens techniques nécessaire à la terraformation de Mars.

Pour libérer le CO2 de la calotte polaire australe, McKay et Zubrin proposent d'utiliser des immenses miroirs spatiaux qui concentreraient la lumière du Soleil pour la focaliser sur la calotte. Les déflecteurs devront posséder une surface très importante et un poids aussi faible que possible. Un miroir de ce type mesurerait 125 kilomètres de rayon, pour un poids de 200 000 tonnes (soit 4 tonnes/km2). Les matériaux utilisés seront très légers (aluminium en provenance de la Lune ou des astéroïdes), et la surface du miroir devra être très réfléchissante et très fine (4 microns d'épaisseur, encore une fois pour une question de poids). Le miroir ne sera pas en orbite. Il restera stationnaire, la gravité martienne compensant la pression exercée par la lumière solaire. Il sera positionné à environ 214 000 km de Mars. L'augmentation de la température grâce à l'utilisation d'un tel procédé serait de l'ordre de 5°C, ce qui est suffisant pour enclencher le processus de terraformation.

Une autre manière d'élever la température de la calotte serait de la saupoudrer d'une substance pulvérulente noire (poudre de charbon) ou de plantes psychrophiles fortement pigmentées. On pourrait aussi diminuer son albédo et favoriser sa fonte. Rappelons que l'albédo est une valeur qui permet de quantifier le pouvoir réflecteur d'une surface, et qui représente le rapport de l'énergie réfléchie sur l'énergie reçue. Ainsi, une surface glacée comme celle des calottes polaires possède un albédo qui peut être supérieure à 0,5, alors que des corps extrêmement sombres, comme certains astéroïdes, sont caractérisés par un albédo qui ne dépasse pas quelques centièmes. Les calottes polaires ont un albédo de 0,77. D'après une étude de la NASA, en abaissant cet albédo à seulement 0,73 avec la technique du noircissement, les calottes pourraient être entièrement vaporisées dans l'atmosphère en 100 ans. Le vent risque cependant de perturber d'une manière non négligeable cet épandage de poudre noire, et il est fort possible que les dépôts soient arrachés de la surface des calottes par l'activité éolienne avant d'avoir pu jouer leur rôle.

La libération du CO2 des régions polaires sera facile et ne prendra guère de temps, mais on ne peut pas en dire autant du régolite. Ce dernier agit comme une éponge en pompant le CO2 atmosphérique pour le retenir prisonnier. Le CO2 est en fait adsorbé par certains composés du régolite martien, comme des argiles. On connaît des substances qui peuvent adsorber une bonne partie de leur poids en gaz. Ainsi, si l'on plonge des zéolites dans l'atmosphère martienne actuelle (même température, même pression), ils pourraient adsorber jusqu'à 20 % de leur poids sec en CO2. A l'heure actuelle, nous ne connaissons pas l'énergie à fournir au régolite martien pour que celui-ci se mette à libérer le CO2. L'augmentation de température devra de plus concerner une forte épaisseur du régolite, et pas seulement sa surface. Par exemple, si le régolite est saturé à 5% de CO2, il faudra réchauffer le sol sur une profondeur de 200 mètres pour obtenir une pression de 1000 mbars. Le processus peut donc prendre un certain temps, même si le réchauffement des couches supérieures du régolite pourrait porter la pression atmosphérique à la valeur déjà non négligeable de 100 mbars en quelques dizaines d'années.

Plus l'énergie nécessaire pour la désorption du CO2 sera importante, plus dure sera la terraformation. Si cette énergie est trop élevée, l'augmentation de température fournie par la fonte de la calotte ne sera même pas suffisante et le système s'arrêtera, le CO2 du régolite restant prisonnier. Dans ce cas, il faudra mettre la main à la pâte !

Des CFC ...

Pour booster le système, l'introduction dans l'atmosphère martienne d'autres gaz à effet de serre que le seul CO2 pourrait être nécessaire. Des complexes chimiques devront être mis en place à la surface de Mars. Ces usines fabriqueront d'énormes quantités de gaz à effet de serre (des dizaines de milliards de tonnes) qui seront libérés en masse dans l'atmosphère martienne. Le choix semble se porter sur les chlorofluorocarbures (CFC), des molécules dont l'effet de serre peut-être 10 000 supérieur à celui du dioxyde de carbone. Sur Terre, les CFC libérés par l'activité industrielle ont probablement joué un rôle dans le réchauffement du climat et l'apparition du fameux trou d'ozone.

Mars ne possédant pas de couche d'ozone, les ingénieurs planétaires n'auront pas de soucis à se faire quant à son éventuel destruction. L'absence d'ozone va cependant poser un problème. Sur Terre, ce composé forme un bouclier qui stoppe le rayonnement ultraviolet en l'empêchant d'atteindre les basses couches de l'atmosphère et la surface. Or les molécules de CFC sont facilement détruites par ce rayonnement énergétique, qui brise la liaison entre les atomes de carbone et de chlore. Sans couche d'ozone, ces molécules pourraient donc avoir une durée de vie très limitée dans l'atmosphère martienne, et il serait alors nécessaire de les remplacer pratiquement en permanence. Une parade possible serait d'injecter dans l'atmosphère des molécules insensibles aux UV, comme le perfluorométhane (CF4) dont la durée de vie est particulièrement importante (100 à 10 000 ans). On ne connaît cependant pas bien les capacités d'absorption du rayonnement infrarouge des perfluorocarbones, et rien ne dit que ces molécules soient aussi efficaces que les CFC classiques.

A moins que l'homme implante sur Mars des réacteurs atmosphériques gigantesques, à l'image de ceux du film de science-fiction Aliens, l'injection de CFC dans l'atmosphère martienne ne suffira probablement pas à changer le visage de Mars. L'aide devra venir d'ailleurs.

Contrairement aux autres planètes du système solaire qui n'en renferment que des traces, l'atmosphère terrestre contient 21 % d'oxygène. Ce gaz, que nous respirons quotidiennement, a été injecté dans l'atmosphère terrestre par des microorganismes il y a deux milliards d'années. L'atmosphère terrestre, qui était alors principalement composé de dioxyde de carbone, vit sa composition changer d'une manière radicale. En devant un gaz dominant dans l'air, l'oxygène a bouleversé l'environnement terrestre.

D'autres gaz constitutifs de l'atmosphère terrestre sont d'origine biologique : la presque totalité de l'azote (produit par des micro organismes à partir des nitrates et de l'ammoniac), ainsi que le méthane (libéré dans l'atmosphère principalement par les ruminants et certaines bactéries méthanogènes vivants dans les marais). Ce dernier est d'ailleurs un formidable marqueur de l'activité biologique. Le méthane est par nature très instable dans une atmosphère oxydée, et il se transforme rapidement en CO2. Si, dans une atmosphère oxydée comme celle de la Terre, la quantité de méthane est fixe et plus élevée que la quantité à l'équilibre, c'est qu'il existe un mécanisme capable de le régénérer. Sur notre planète, ce mécanisme est biologique. Comme le disait si bien Carl Sagan : "il est inhabituel que la digestion du bétail soit considérée comme un signe majeur de la vie sur Terre, mais ici c'est le cas".

L'activité bactérienne a changé à jamais le visage de la Terre. Pourquoi n'en serait-il pas de même pour Mars ?

et des microorganismes à la rescousse

Les microorganismes semblent donc être des acteurs tout désignés pour la terraformation de la planète rouge. Comme sur Terre, ils pourraient libérer de l'ammoniac ou du méthane, des gaz bien plus efficaces, du point de vue de l'effet de serre, que le CO2 (mais dont le pouvoir réchauffant est inférieur à celui des CFC les plus performants).

Un obstacle majeur devra cependant être résolu pour que des microorganismes puissent jouer leur rôle de bâtisseurs planétaires : l'environnement martien actuel n'est effectivement pas un milieu idéal pour la prolifération bactérienne. L'atmosphère est desséchée, très ténue, incapable de filtrer le rayonnement ultraviolet (de 190 à 300 nm) qui est extrêmement nocif pour toutes les formes de vie. Les températures de surface sont extrêmement basses et le sol renferme des molécules au fort pouvoir oxydant.

Une modification minimale de l'environnement martien devra donc être effectuée pour permettre à des microorganismes pionniers de se développer (cette étape du processus de terraformation, qui autorise pour la première fois l'introduction d'organismes vivants, a été baptisée écopoiesis). On estime que la température de surface devra être augmentée d'environ 60°C, que la pression atmosphère devra atteindre 1/10ème de la pression atmosphérique terrestre, que l'eau liquide devra être disponible (au moins dans certaines zones) et les flux de rayons ultraviolets et de rayons cosmiques devront être diminués pour que Mars autorise la survie de microorganismes.

Cependant, même si ces conditions seront plus favorables que celles qui règnent actuellement à la surface de Mars, la planète sera loin d'être un paradis et les microorganismes sélectionnés pour la terraformation devront malgré tout être des champions de la survie en milieu extrême.

Des simulations en laboratoire ont déjà montré que certaines espèces de bactéries méthanogènes peuvent s'accommoder d'une pression atmosphérique réduite et trouver les nutriments nécessaires à leur survie dans le sol martien. Les ingénieurs planétaires pourront aussi tirer parti des formidables capacités de résistance de la bactérie Deinococcus radiodurans. Ce microorganisme peut survivre à des doses de radiations 3000 fois plus élevées que celle qui tuerait un être humain, et possède également une grande tolérance à la dessiccation.

Si 1% de la planète est couverte avec des bactéries et que l'efficacité de la conversion de l'énergie solaire en composé chimique est de 0,1 %, 1 milliard de tonnes de méthane et d'ammoniac seront produits chaque année, ce qui élèvera la température de 10 °C tous les 30 ans. Le méthane et l'ammoniac fourniront de plus une bonne protection contre les UV, mais les molécules seront détruites par photodissociation (leur durée de vie est faible : une dizaine d'années).

Une autre idée (certes extrême) pour injecter de grandes quantités de gaz à effet de serre dans l'atmosphère martienne, est de rechercher dans le système solaire externe des astéroïdes constitués presque exclusivement d'ammoniac. Lors de la formation du système solaire, les basses températures ont du permettre la formation par condensation de ce type d'astéroïde. Une fois l'astéroïde idéal localisé, il faudra le dévier pour l'amener sur une trajectoire de collision avec Mars. De part les énergies dégagées lors de la collision, ce scénario risque cependant de ravager la surface de Mars. Commencer à bombarder une planète pour en prendre possession serait certes un comportement typique de notre espèce, mais ce manque évident de subtilité risque de ne pas faire l'unanimité.

Quand l'atmosphère martienne sera suffisamment épaisse pour retenir la majeure partie des radiations émises par le sol (soit une pression atmosphérique de 2 à 5 bars d'après les calculs), la température pourra dépasser par endroit la valeur fatidique de 0°C et l'eau liquide pourra alors de nouveau couler à la surface de Mars. A ce moment, l'atmosphère martienne sera toujours irrespirable. Seuls des microorganismes ou des lichens pourront survivre à l'air libre. L'homme pourra marcher librement à sa surface sans combinaisons pressurisées, mais il lui faudra porter des vêtements thermiques et un masque à oxygène.

De la pluie sur Mars !

La deuxième étape de la terraformation est la plus longue : il s'agit d'activer l'hydrosphère de la planète, c'est à dire redonner à Mars un cycle de l'eau complet entre le sol, la surface et l'atmosphère, identique à celui que la planète connaissait il y a plusieurs milliards d'années.

Encore une fois, comme ce fut le cas pour le dioxyde de carbone, nous devons nous demander où trouver de l'eau en quantité suffisante. Les calottes polaires semblent constituer les réserves les plus évidentes. Selon les données recueillies par la sonde Mars Odyssey, l'eau serait également présente en grande quantité sous forme de glace dans le sous-sol martien (pergélisol ou permafrost). Enfin, la molécule pourrait être piégée chimiquement dans certains minéraux du régolite martien. Si les réserves en eau de la planète Mars se révèlent insuffisantes, on pourra tenter d'importer de grandes quantités de glace d'eau en exploitant les comètes : il faudrait alors capturer un noyau cométaire ou un gigantesque bloc de glace dans les anneaux de Saturne, pour le fracasser à la surface de la planète rouge.

Les calottes polaires, dont on estime le contenu en glace d'eau à 5 trillions de tonnes, devront être totalement vaporisées. Le pergélisol sera liquéfié sur une profondeur d'environ 10 mètres. La vapeur d'eau libérée va contribuer à l'effet de serre et à l'augmentation de la température. Par endroits, elle se condensera et des nuages apparaîtront. Pour la première fois depuis des milliards d'années, la surface de Mars sera battue par des gouttes de pluie. Des lacs, des torrents, des rivières et des fleuves se mettront en place, et l'eau serpentera de nouveau à travers les terres rouges et oxydées. Elle empruntera de nouveau le lit des canyons et rivières asséchés. Le fond de Valles Marineris sera inondé et se transformera en un fleuve immense, aux parois d'une hauteur démesurée et à la largueur hors du commun. Les basses plaines de l'hémisphère nord, située 2 km en dessous du niveau de référence, se transformeront en océan, qui entourera le pôle Nord. L'hypothétique océan martien, Oceanus Borealis, aura alors repris sa place. L'hémisphère sud ne possèdera pas d'océan, mais les larges bassins d'impact comme Hellas et Argyre donneront naissance à des mers intérieures, aux contours circulaires.

Un peu d'oxygène ?

Une forte pression atmosphérique et de l'eau liquide, c'est bien. Mais de l'oxygène, c'est encore mieux. Pour augmenter la teneur en oxygène de l'atmosphère martienne, on pourra disséminer à la surface de Mars des cyanobactéries, habituées à vivre dans des conditions extrêmes, comme en Antarctique. Les cyanobactéries comptent parmi les premiers êtres vivants de notre planète. Pendant 2 milliards d'années, ces organismes ont régné en maître absolu à la surface de notre planète et ont modifié profondément la composition de l'atmosphère terrestre. Comme sur Terre, en captant le CO2 et en libérant de l'oxygène grâce à leur activité photosynthétique, ils changeront petit à petit la composition de l'atmosphère martienne.

Deux espèces de cyanobactéries particulièrement résistantes ont retenu l'attention des scientifiques. La première, Chroococcidiopsis, est une cyanobactérie capable de tolérer une sécheresse extrême, une forte salinité, ainsi que d'importants contrastes de températures. Sur Terre, Chroococcidiopsis vit dans les déserts, enfoui à quelques millimètres sur la surface de roches translucides (grès), qui jouent alors le rôle de piège à humidité et de bouclier ultraviolet. La deuxième espèce, Matteia, est une cyanobactérie résistante à la dessiccation et qui possède la propriété de dissoudre des roches carbonatées pour y trouver protection. Matteia est également capable de fixer l'azote atmosphérique si ce composé se fait rare dans son environnement.

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 efficace 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 mbars. La quantité d'oxygène sera alors suffisante pour que les premiers martiens puissent laisser leurs masques à gaz aux vestiaires avant de sortir dehors !

Le chauffage des oxydes du régolite pourrait également libérer de l'oxygène. Pour cette opération, des miroirs spatiaux seront de nouveau nécessaires. Les rayons solaires seront dirigés vers le sol, qui entrera en fusion en libérant des éléments volatiles dans l'atmosphère. Notons ici qu'une bonne partie de la surface martienne serait fortement défigurée. Le chauffage du sol martien sera cependant peut-être superflu. D'après les expériences réalisées par les atterrisseurs Viking, on sait que la réaction des super-oxydes du régolite avec l'eau liquide entraîne l'émission d'oxygène. Lorsque l'eau envahira à nouveau les déserts de Mars, le sol libérera donc peut-être de lui-même son oxygène.

A terme, une grande quantité de gaz neutre (en particulier l'azote) devra aussi être injecté dans l'atmosphère. Pour le libérer, il faudra chauffer les lits de nitrate éventuellement présent à la surface de Mars. Si les réservoirs d'azote semblent insuffisants, il faudra aller chercher des composés azotés dans la ceinture d'astéroïdes.

Des idées de plus en plus folles

Pour terraformer Mars, certains proposent des moyens futuristes dignes d'un film de science-fiction hollywoodien. On a par exemple suggéré d'allumer des réactions nucléaires au sein du satellite Phobos, de manière à le transformer en une petite étoile. La chaleur dégagée par cette étoile privée, entièrement dédiée à Mars, sera utilisée pour dégeler la planète et la rendre habitable. L'homme pourrait également faire exploser des bombes nucléaires dans les cratères des anciens volcans, pour les rendre de nouveau actifs. L'énorme quantité de gaz injecté dans l'atmosphère par les édifices volcaniques en activité augmenterait la pression atmosphérique et réchaufferait la planète. Le choc d'un énorme astéroïde avec la planète pourrait aussi faire varier le cycle de précession de Mars et contribuer à la fonte des calottes polaires (on pense qu'une bonne partie de l'eau et du CO2 des calottes passe dans l'atmosphère lors des changements de cycle tous les 50 000 ans).

Enfin, comme l'objectif principal est de réchauffer Mars pour augmenter l'épaisseur de l'atmosphère, on pourrait tout simplement déplacer son orbite pour la rapprocher du Soleil ! La manière la plus brutale consisterait à bombarder Mars avec des astéroïdes lancés sur des trajectoires de collision optimales. Dans son roman l'envol de Mars, Greg Bear fait preuve d'un peu plus de finesse : désireux de soustraire la planète Mars de la sphère d'influence des gouvernements terriens et lunaires, des physiciens manipulent l'espace et le temps avec des manipulateurs sophistiqués, les pinceurs, changeant ainsi à tout jamais la destinée de la planète rouge.

Combien de temps ?

La terraformation est un processus de longue haleine. La transformation de Mars passe par une série d'étapes qui s'étalent sur des siècles ou des millénaires. Pour mener à bien la première étape de la terraformation, et permettre à l'homme de gambader sur le sol martien sans combinaison pressurisée, avec seulement un masque à gaz, il faudra compter une centaine d'années. L'énergie nécessaire sera équivalente à celle reçue par Mars pendant 10 ans, et le coût de l'opération sera exorbitant : plusieurs centaines de milliards de dollars. Au bout de 100 à 10 000 ans, il sera possible de faire vivre des plantes supérieures. Certains estiment qu'il faudrait 25 ans pour arriver à une pression partielle en O2 de 1 mbar avec des techniques d'ingénierie lourdes, ou 100 ans par la seule action de bactéries. Pour atteindre la pression partielle de 120 mbars, il faudra compter 900 ans. En 100 000 ans, Mars pourrait être entièrement terraformée, avec une atmosphère viable.

Une éthique de la terraformation ?

Pour certains, la terraformation de Mars représente un projet grandiose, l'un des plus extraordinaire challenge jamais proposé à l'homme. Pour d'autres, il s'agit d'un projet absurde et arrogant, une façon d'essayer de jouer à Dieu.

Un auteur de science-fiction, Kim Stanley Robinson, a abordé très intelligemment le thème de la terraformation et de ses conséquences. Dans une trilogie étourdissante, Mars la Rouge, Mars la Verte, Mars la bleue, l'auteur évoque les principaux moyens que l'homme pourrait utiliser pour changer le visage de Mars : largage à la surface de Mars d'éoliennes miniatures, construction de gigantesques puits (les moholes) pour atteindre les couches brûlantes de la lithosphère martienne, mise en place de miroirs orbitaux (soletta, qui seront éventuellement couplés à une loupe orbitale), fusion de la glace des hautes latitudes de l'hémisphère nord par des bombes à hydrogène, usines de dégagement de gaz à effet de serre (tétrafluorure de carbone, héxafluoroéthane, héxafluorure de soufre, méthane, acide nitrique), chutes d'astéroïdes de glace, dissémination de microorganismes, assombrissement des calottes polaires pour diminuer leur albédo, mise au point d'organismes génétiquement modifiés, etc. Le manque d'azote dans l'air et dans le sol, l'un des problèmes centraux de la terraformation de Mars, est résolu par des apports extérieurs (importation d'azote en provenance de Titan), ainsi que par volatilisation du régolite.

Il faut cependant noter que le modèle de terraformation défendu par Kim Stanley Robinson (ou plutôt par le chef de files des "verts", le physicien Sax Russell) n'est pas basé sur une augmentation drastique de la teneur du CO2 atmosphérique. Effectivement, si la libération du CO2 semble être le moyen le plus efficace d'augmenter la température de Mars, ce gaz devra ensuite être éliminé dans un deuxième temps, pour permettre aux animaux et aux hommes de respirer librement à la surface de Mars. Or les processus de nettoyage (consommation par les plantes ou extraction par des usines) pourraient se révéler très longs. C'est pourquoi Sax Russell, dont l'objectif est de créer une surface planétaire viable, a toujours veillé à maintenir le taux de dioxyde de carbone dans l'atmosphère martienne a un niveau très bas, et à réchauffer la planète par d'autres moyens (certes colossaux) pour compenser la chaleur que le CO2 aurait pu apporter, comme les moholes, les miroirs solaires, etc.

Dans sa trilogie fleuve, Kim Stanley Robinson répond aussi, par l'intermédiaire de ses personnages, à cette brûlante question : l'humanité doit-elle se lancer dans la terraformation de Mars ? Deux groupes, aux idées radicalement différentes, s'opposent dans l'œuvre de Robinson. Pour les "verts", la terraformation est dans l'ordre des choses. Pour les "rouges", Mars est un sanctuaire géologique qui doit être absolument préservé.

Les "rouges", comme les "verts", ne manquent pas d'arguments. En terraformant Mars, les hommes risquent de défigurer la planète, rendant la planète hideuse et invivable. Après tout, le processus de terraformation pourrait très bien être arrêté en cours de route, par manque d'intérêts ou de crédits, ou par suite d'obstacles techniques insurmontables. Les générations futures ne pourraient-elles pas trouver une utilisation plus judicieuse de la planète ?

Les paysages martiens vieux de plusieurs milliards d'années racontent l'histoire de Mars et du système solaire a qui sait les lire, et leur destruction serait une perte terrible pour la science. De plus, la planète rouge est peut-être aride, stérile et déserte, mais elle n'en est pas moins belle. La beauté glacée de ses déserts doit être préservée. Il y a également le risque d'une contamination biologique. S'il existe encore sur Mars des écosystèmes, l'arrivée d'organismes terrestres pourrait aboutir à leur disparition, avant même que l'homme s'y soit intéressé. Si Mars est vivante, alors il faudra peut-être donner les moyens à la vie martienne autochtone de reconquérir son territoire et de s'implanter globalement, avant de penser à importer des espèces terrestres.

La terraformation d'une planète comme Mars nécessite de plus des connaissances en climatologie et en planétologie que nous sommes bien loin de posséder. L'homme est aujourd'hui incapable de maîtriser le climat de la Terre, et force est de reconnaître que nous le subissons bien plus que nous le contrôlons.

La planète rouge est également affligée de deux handicaps majeurs qui pourraient ruiner toute entreprise de terraformation. Mars est effectivement une planète deux fois plus petite que la Terre et peu après sa formation, son champ de gravité s'est révélé incapable d'empêcher la fuite d'une partie significative de sa précieuse atmosphère dans l'espace. Si nous densifions à nouveau l'atmosphère martienne en y injectant des tonnes de gaz, il est tout à fait plausible que certains d'entre eux s'évanouissent à nouveau dans le milieu interplanétaire.

Contrairement à la Terre, Mars ne possède également plus de champ magnétique global, la dynamo ayant cessé avec le refroidissement du cœur (lui-même lié à la petite taille de la planète). Sur Terre, ce champ magnétique forme un bouclier qui protége l'atmosphère des effets abrasifs du vent solaire. Malgré leur génie, les hommes ne pourront jamais réactiver le champ magnétique martien, et la planète ne pourra plus jamais compter sur ce formidable parapluie naturel pour empêcher l'érosion de son atmosphère. Devant l'absence de champ magnétique global et la faiblesse de la gravité, l'homme restera probablement toujours impuissant. Les technologies évoquées dans certains ouvrages ou films de science-fiction (comme les réhausseurs de gravité du roman Mars Heretica, ou le stratagème mis en oeuvre dans le film The Core) semblent effectivement aussi spectaculaires qu'improbables ...

Enfin, même si les premières étapes de la terraformation sont un succès, et que l'homme parvienne à changer les conditions de surface, qui dit que la planète ne va pas réagir ? Ne risque t-on pas d'être confronté à un mécanisme d'autorégulation aujourd'hui inconnu qui annulerait tous les efforts consentis pour modifier l'environnement planétaire ?

Malgré ces interrogations, la terraformation de Mars sera peut-être un évènement inévitable dans l'histoire humaine. Notre planète, la Terre, est fragile et isolée. Une catastrophe cosmique, comme un impact d'astéroïde, pourrait effacer en quelques secondes l'humanité et son histoire. Le but de l'homme n'est-il pas d'explorer, de découvrir de nouveaux mondes, de s'y établir et d'y prospérer ? Mars est un nouveau monde, une nouvelle frontière, un point de départ pour une nouvelle humanité.

D'après Carl Sagan, la terraformation ne devrait pas être une réponse à la surpopulation qui affecte notre planète. Le billet pour un aller simple Terre-Mars est bien trop coûteux. Il fait également la même remarque à propos des ressources minières. Leur acheminement vers la Terre serait par trop onéreux.

Les problèmes éthiques que posent la terraformation sont légions. Mais une chose est sûre : une modification drastique des conditions régnants à la surface de Mars pourrait être entreprise avec les technologies du XXIe siècle. L'homme voudra-t-il changer le visage de Mars ? La question reste ouverte ...

Pour en savoir plus :

Go ! Liste de liens concernant la terraformation (page de bibliographie).

Mars, une planete hostile

Mars est une planète hostile. Une pression atmosphérique très faible, des températures très basses et une atmosphère principalement composée de gaz carbonique obligent les hommes à se déplacer avec des combinaisons pressurisées chauffantes (Crédit photo : Carter Emmart).

La glace des poles

La calotte polaire Sud au petit matin. Pour terraformer Mars, il faut impérativement la réchauffer. Une manière d'y parvenir serait d'augmenter la teneur en gaz carbonique (un gaz à effet de serre) de l'atmosphère martienne. Il existe deux grands réservoirs de CO2 sur Mars : les calottes polaires et le régolite (Crédit photo : Michael Carroll).

La glace des poles

Une équipe d'astronautes explore la calotte polaire Sud. Tout autour d'eux, la glace sèche, constituée de CO2 à l'état solide, se met à fondre. La première étape de la terraformation consiste effectivement à libérer le CO2 des calottes (en particulier la calotte polaire australe). Celui-ci provoquera une légère augmentation de la température, qui servira à fondre un peu plus la calotte et ainsi de suite. Lorsque tout le CO2 des calottes sera passé à l'état gazeux dans l'atmosphère, la pression atmosphérique de Mars aura une valeur de 50 à 100 mbars (Crédit photo : Marilynn Flynn).

Znamya

Pour faire fondre la glace des calottes polaires, on pourrait utiliser d'immenses miroirs qui collecteraient la lumière du Soleil pour la focaliser sur les étendues gelées. Un miroir de ce type aurait un rayon de 125 kilomètres et pèserait 200 000 tonnes. L'image ci-dessus montre le miroir orbital Russe Znamya. Son diamètre est de 25 mètres, pour un poids de 3 kg. La voile, composée de mylar aluminisé d'une épaisseur de 5 microns, se déploie lorsque le vaisseau porteur est mis en rotation. Znamya a été déployée depuis un vaisseau Progress en février 1999. Bien entendu, ce dispositif expérimental n'a pas été conçu pour une quelconque expérience de terraformation, et ses proportions sont sans commune mesure avec celle d'un miroir martien destiné à fondre les calottes polaires. Mais il donne quand même une petite idée de la technologie à utiliser (Crédit photo : droits réservés).

Des miroirs en orbite

Vue d'artiste de miroirs placés en orbite par un vaisseau spatial (Crédit photo : droits réservés).

Les miroirs orbitaux du film Ghost of Mars

Dans le film Ghost of Mars de John Carpenter (qui est soit dit en passant un sombre navet), les terriens ont déployé autour de Mars une constellation de miroirs orbitaux dans le but de faire fondre la glace des calottes polaires (Crédit photo : droits réservés).

Deux images tirées du film Total Recall de Paul Verhoeven (1990)

Le film Total Recall de Paul Verhoeven propose une invraisemblable scène de terraformation-minute. Suite à l'activation d'un dispositif extraterrestre, des cylindres de métal chauffés au rouge s'enfoncent dans  les entrailles d'un glacier souterrain. La fusion de la glace libère alors une quantité faramineuse de vapeur d'eau qui s'échappe à grand renfort d'explosions d'une montagne géante (le mont Pyramide, sosie du volcan Olympus Mons) pour déferler ensuite telle une nuée ardente vers les vallées avoisinantes. Quelques minutes plus tard, les nuages se dissiperont pour laisser place à un air pur, bleu et parfaitement respirable sur l'ensemble de la planète ! (Crédit photo : droits réservés).

Un processeur atmosphérique sur LV-426

Une autre manière d'augmenter la température sur Mars serait d'injecter dans l'atmosphère de vastes quantités de gaz à effet de serre fabriqués par des usines chimiques. Dans l'excellent film Aliens de James Cameron, des spatio-ingénieurs ont installé sur la planète LV-426 des processeurs atmosphériques. L'image ci-dessus, tirée du film en question, permet d'admirer l'un de ces énormes bâtiments. Leur rôle est de modifier l'atmosphère de la planète pour la rendre habitable. Lorsque le vaisseau des Marines entame sa descente vers LV-426, Burke indique à Ripley qu'il s'agit "d'une machinerie superbe, entièrement automatisée". 16 à 17 familles de colons, qu'un haut responsable présente comme "les rois du prêt à respirer colonial", suffisent pour faire tourner l'ensemble. Dans un avenir plus ou moins lointain, l'homme installera peut-être des machineries similaires sur la planète rouge. Espérons juste que des aliens n'éliront pas domicile là bas ! (Crédit photo : droits réservés).

Terraformation partielle

Après la libération d'une quantité importante de CO2 dans l'atmosphère martienne, la pression atmosphérique est plus dense et la température à la surface plus élevée. Il devient alors possible de se promener à l'air libre sans porter de combinaisons pressurisées. Seul un masque à oxygène est encore nécessaire, car l'atmosphère continue à être irrespirable (Crédit photo : Michael Carroll).

Colonisation par des végétaux

Le processus de terraformation est bien avancé et les températures permettent désormais à l’eau d’exister à l’état liquide à la surface de Mars. La situation est devenue propice à l'implantation d'une vie végétale. Sur ce dessin d’artiste, un cours d’eau est colonisé par des graminées et des mousses. L’implantation d’organismes pionniers à la surface d’une planète porte le nom d'écopoiesis (Crédit photo : James Graham and Kandis Elliot).

Chroococcidiopsis

Pour permettre à des végétaux de se développer à la surface de Mars, il sera nécessaire de fertiliser le sol avec des engrais organiques. L’une des solutions consisterait à ensemencer la "terre martienne" avec des microorganismes, qui, en mourrant, apporteraient des quantités non négligeables de matières organiques. Chroococcidiopsis, que l’on voit ici au microscope optique (grossissement 100x), serait un candidat idéal. Sur Terre, cette cyanobactérie primitive est capable de se développer dans des environnements extrêmes,  arides, froids et hypersalins. Chroococcidiopsis se réfugie sous des petites pierres translucides, qui filtrent non seulement le rayonnement UV nocif, mais constituent également un piége à humidité. Une version génétiquement améliorée de Chroococcidiopsis pourrait parfaitement survivre sur Mars. Enrichi en matière organique, le sol permettrait alors la croissance de végétaux tels que des mousses. En mourrant, ces dernières enrichiraient à leur tour la surface, qui se transformerait petit à petit en une véritable terre arable, propice à des cultures dignes de ce nom …(Crédit photo : Imre Friedmann).

Mars la bleue

Le rêve des hommes s'est enfin réalisé. Mars la rouge est devenue Mars la bleue. L'atmosphère est épaisse et respirable. Les hommes n'ont plus besoin de combinaisons pressurisées ni de masques respiratoires pour se promener à la surface de Mars. L'eau liquide coule à nouveau dans les rivières et les fleuves martiens. Un vaste océan s'est formé dans l'hémisphère Nord. Valles Marineris, que l'on aperçoit au centre de l'image, a été submergée et s'est transformée en un fleuve immense, le plus important du système solaire. D'épais nuages blancs recouvrent l'hémisphère Nord. Les trois volcans de Tharsis, à gauche de l'image, dominent un nouveau continent. Des forets et des champs commencent à couvrir les hauts plateaux équatoriaux de l'hémisphère Sud. La Terre a maintenant une sœur jumelle, pour le meilleur et pour le pire (Crédit photo : Michael Carroll).

Mars terraformée

Une fois terraformée, Mars présentera un nouveau visage, plus coloré, plus accueillant, en somme plus terrien. Un visage qu'aucun de nous ne pourra malheureusement jamais admirer, car la transformation de Mars en une deuxième Terre n’aura pas lieu de notre vivant. Il est d’ailleurs probable que toutes nos idées et théories sur la terraformation paraîtront complètement désuètes et simplistes aux yeux de ceux qui la pratiqueront réellement (Crédit photo : James Graham and Kandis Elliot).

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