Les procédés du terraforming

La première étape du terraforming consiste à augmenter la concentration en CO₂ dans l'atmosphère martienne, de manière à profiter de l' , pour ainsi augmenter la température.

Le pôle sud martien

La libération du CO₂ contenu dans les calottes polaires et le 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 mbar. Les réserves de CO₂ dans le existent quant à elles surtout dans les hautes latitudes et permettraient d'atteindre une pression finale aux environs de 400 à 500 mbar ! Mars possède peut-être enfin une énorme quantité de carbonates qui, s'ils étaient chauffés, pourraient libérer à nouveau du CO₂ dans l'atmosphère. Mais tous ces paramètres devront être vérifiés lors de prochaines missions ayant pour direction Mars.

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 lorsque l'hiver approche.

Une fois lancé, le système fonctionnera tout seul. En commençant à faire fondre les calottes polaires, on libère une petite quantité de CO₂ qui va contribuer à augmenter la pression atmosphérique et produire un . La chaleur libérée va agir sur la calotte polaire, qui va libérer plus de gaz, d'où une nouvelle augmentation de l' , etc. ... On dit alors que l' 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 nécessaire à la terraformation de Mars.

Pour libérer le CO₂ de la calotte polaire, une solution est d'utiliser des immenses miroirs spatiaux qui concentreraient la lumière du Soleil pour la focaliser sur les calottes. Les déflecteurs devront posséder une surface très importante (125 kilomètres de rayon) et très réfléchissante. Pour optimiser les coûts et délais de construction et pour que la "pose" des miroirs soit réalisable, les matériaux utilisés devront être particulièrement légers (aluminium en provenance de la Lune ou des astéroïdes, par exemple). On peut ainsi imaginer un miroir de 200 000 tonnes (soit 4 tonnes/km²), et de 4 mm d'épaisseur.

Vue d'artiste de miroirs placés par un vaisseau spatial

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 (ou 5 K), 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 noire comme la poudre de charbon. On pourrait ainsi diminuer son et favoriser sa fonte. Rappelons que l' est une valeur qui permet de quantifier le pouvoir réflecteur d'une surface. Ce chiffre représente le rapport de l'énergie réfléchie sur l'énergie reçue. Ainsi, une surface glacée comme celle des calottes polaires possède un qui peut être supérieur à 0,5, alors que des corps extrêmement sombres (comme certains astéroïdes) sont caractérisés par un qui ne dépasse pas quelques centièmes.

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

Plus l'énergie nécessaire pour la libération 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 restant prisonnier.

Pour booster le système, l'introduction dans l'atmosphère martienne de gaz à différents du CO₂ pourrait être nécessaire. Des usines devront être mises en place. Elles fabriqueront d'énormes quantités de gaz à (des dizaines de milliards de tonnes) qui seront libérés en masse dans l'atmosphère martienne. Le choix semble se porter sur les (comme l'atmosphère martienne ne contient presque pas d'ozone, nous n'avons pas de soucis à nous faire quant à sa destruction). Il sera nécessaire de choisir des molécules à durée de vie importante (100 à 10 000 ans), comme le perfluorométhane (CF₄). Il sera même possible, en sélectionnant correctement les , de constituer une couche d'ozone anti-UV (au lieu de la détruire !). Mais l'injection de grande quantité de ne suffira probablement pas.

En effet, la puissance nécessaire pour avoir une forte augmentation de température est colossale. Mais une augmentation de 10 K est certainement faisable si le matériel nécessaire est trouvé. La puissance nécessaire correspond en effet à la puissance utilisée par une grande ville comme Londres ou Chicago.

De nombreux gaz constitutifs de l'atmosphère terrestre sont d'origine biologique : l'oxygène bien sûr, mais également 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 notamment dans les marais).

Prenons l'exemple du méthane terrestre. C'est un gaz très instable dans une atmosphère oxydée, et il se transforme très vite en CO₂. Si 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 Terre, il est émis en permanence par des êtres vivants. Aussi bizarre que cela puisse paraître, le méthane est un formidable marqueur de l'activité biologique. Comme le dit 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."

Ils peuvent libérer d'autres gaz à comme l'ammoniac ou le méthane. Ces gaz sont bien plus efficaces, du point de vue de l' , que le CO₂. Leur efficacité est cependant inférieure à celle des . Pour que des micro-organismes puissent participer au processus de terraformation, il faudra que des conditions acceptables règnent sur Mars. En particulier, la pression atmosphère devra atteindre 1/10^ème de la pression atmosphérique terrestre.

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 sera produite chaque année, ce qui élèvera la température de 10 K 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).

La bactérie Chroococcidiopsis est l'une des bactéries retenues grâce à ses spectaculaires caractéristiques. En effet, cette primitive est capable de survivre dans des environnements extrêmes qui sont hostiles à la plupart des autres formes de vie. Chroococcidiopsis a été trouvée poussant dans des environnements hyper-salins, ainsi que dans de nombreux déserts chauds et

Photo de la bactérie Chroococcidiopsis (x100)

Zone d'habitat de Chroococcidiopsis

arides à travers le monde et dans le glacial Désert de Ross en Antarctique. Chroococcidiopsis pousse soit à l'intérieur de cailloux poreux, soit se réfugie sous de petites pierres translucides, étant ainsi en présence d'humidité et à l'abri des rayonnements UV nocifs.

Une autre idée, pour injecter de grande quantité de gaz à dans l'atmosphère martienne, est de rechercher dans le système solaire externe des astéroïdes constitués presque exclusivement d'ammoniac, puissant gaz à . Lors de la formation du système solaire, les basses températures ont dû permettre la formation par condensation d'un grand nombre de ce type d'astéroïde. Une fois localisé, il faut dévier l'astéroïde pour l'amener sur une trajectoire de collision avec Mars. Mais nous n'en connaissons actuellement qu'un seul, Chiron, orbitant entre Saturne et Uranus et ayant une taille plutôt grande (diamètre de 180 kilomètres). Probablement, le système solaire externe contient-il quand même des milliers d'astéroïdes, que l'on a encore à découvrir du fait qu'ils brillent très faiblement par rapport à ceux de la ceinture principale (l'éclat d'un astéroïde vu de la Terre est inversement proportionnel à la puissance 4 de sa distance au Soleil).

D'autres actions pourraient être entreprises, même si certaines semblent très futuristes ! 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, serait 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 à nouveau actifs. L'énorme quantité de gaz injectés dans l'atmosphère par les édifices volcaniques en activité augmenterait alors la pression atmosphérique et réchaufferait la planète.

Phobos, l'un des deux satellites naturels de Mars

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 ! Le choc d'un énorme astéroïde avec la planète pourrait également faire varier le cycle de précession de Mars (donc son inclinaison) et contribuer ainsi à la fonte des calottes polaires (on pense en effet qu'une bonne partie de l'eau et du CO₂ des calottes passe dans l'atmosphère lors des changements de cycle, environ tous les 50 000 ans).

Par contre, si une réaction est initiée, s'arrêtera-elle à l'équilibre recherché ?