La Terraformation

Terraformation : un rêve de SF pour planétologues


Pour rendre une planète tellurique habitable, quoi de plus simple que de la transformer en une sœur jumelle de notre Terre ? Cette solution technologique, baptisée « terraformation » (ou écogenèse) , vise donc à modifier de manière irréversible l’environnement d’une planète pour la rendre habitable à toutes formes de vie terrestre. Cette notion est souvent reprise dans le domaine de la science-fiction. Les exemples fictifs des planètes Mars ou Vénus terraformées abondent en ce sens. Edgar Rice Burroughs, en 1912, imagine dans Les Conquérants de Mars une machine capable de générer de l’air respirable à la surface de la planète rouge. La Trilogie de Mars, de Kim Stanley Robinson, plonge le lecteur dans l’évolution progressive d’une planète Mars colonisée puis terraformée. Au cinéma, le film Planète rouge d’Anthony Hoffman ou encore le japanime Cowboy Bebop reprennent des concepts de terraformation des planètes du système solaire .

Terraformer une planète demande tout d’abord de bien connaître ses caractéristiques astronomiques comme géologiques. Afin de savoir si une planète est habitable ou non, les astronomes se basent donc sur plusieurs critères. Les premiers concernent la planète en elle-même : sa masse, sa composition géochimique, son orbite et sa rotation. Les seconds décrivent son système solaire : environnement astronomique, type d’étoile, distance planète-étoile, variations stellaires et métallicité de l’étoile .

La zone d’habilité joue un rôle particulièrement important pour terraformer les planètes voisines de la Terre. Cette zone est définie selon la masse de l’étoile et la position de ses planètes. L’exemple le plus facile à représenter reste notre système solaire.

Zone habitable en fonction de la taille de l'étoile (crédits : Wikipedia)
Les planètes Vénus et Mars sont, en raison de leur proximité de la zone habitable du système solaire, deux candidates potentielles pour une terraformation. Les lunes Europa et Titan, bien qu’éloignées de cette zone, ont également retenu l’attention des scientifiques et auteurs de science-fiction.

Cette semaine, je vous propose une série de billets consacrés à la terraformation dans notre système solaire. Nous nous intéresserons donc à ces quatre planètes, et aux scénarios envisages afin d’y reproduire une biosphère habitable pour l’homme et la vie terrestre. Prêts au décollage ? Alors rendez-vous dès demain !

Terraformation de Vénus

Terraformer la planète Vénus

 Jeudi, 22 octobre 2009 |  Tags: planet-sf, planétologie, terraformation | Catégorie: Scientifiction |  Guillaume |  6 commentaires

Vénus terraformée
A l’inverse de Mars, la planète Vénus possède beaucoup d’attraits séduisants : sa gravité est de 0,9 g et la planète possède une atmosphère. Seulement voilà. Cette atmosphère est 90 fois plus dense que celle de la Terre et saturée de dioxyde de carbone. Le résultat est catastrophique : un effet de serre qui surchauffe la surface de la planète aux alentours de 460°c !

Vénus ne possède pas de véritable magnétosphère. La sonde Pionner Venus Orbiter a observé en 1980 l’interaction entre le vent solaire et les plus hautes couches de l’atmosphère. En 2007, la sonde Venus Express a observé la perte de gaz atmosphérique par ionisation directe au contact du vent solaire. Ce phénomène ne correspond donc pas à l’action d’une véritable magnétosphère, issue de l’effet dynamo du noyau ferreux de la planète. Sur Terre, le noyau extérieur est composé de fer en fusion, mis en mouvement par les forces de convection et par la rotation de la planète. En contre-partie, le noyau interne est composé de fer solide. L’effet dynamo généré entretient un champ magnétique, mais n’en crée pas. Il est possible que le champ magnétique solaire soit ce champ initial ayant permis d’enclencher le processus magnétique. Sur Vénus, il ne semble pas y avoir de mouvements de convection suffisants dans le noyau extérieur pour générer cet effet dynamo. Il est difficile à l’heure actuel d’en expliquer les raisons. Ou bien la structure interne ne permet pas ces mouvements de convection, on bien le noyau est totalement liquide ou solidifié. Enfin, Vénus ne possède pas d’activité tectonique des plaques.

Ce sont d’authentiques scientifiques qui ont proposé les premiers de terraformer Vénus. Tout d’abord le biologiste Haldane, dans « Le Dernier Jugement  » (1927), imagine la planète Vénus comme un monde habitable pour l’homme. L’astronome Carl Sagan, en 1961, propose dans la revue Science de terraformer Vénus (Carl Sagan (1961). « The Planet Venus  » . Science). Pour cela, il envisage de bombarder la planète de cyanobactéries, et de pomper ainsi grâce à leur photosynthèse le surplus de dioxyde de carbone tout en relarguant du dioxygène dans l’atmosphère. Trente ans plus tard, Sagan est bien obligé de reconnaître les limites de son projet : l’atmosphère vénusienne n’était pas alors aussi bien connue qu’en 1994, et sa formidable densité était loin d’être suspectée ! Plus récemment, le physicien Paul Birch a développé plusieurs concepts afin de régler le délicat problème de cette atmosphère super-massive.

Afin de réduire la densité atmosphérique et la saturation en CO2, il faut donc envisager d’autres méthodes de confinement de ce gaz :

- Bombarder Vénus de dihydrogène : la réaction de Bosch (du nom du chimiste allemande Carl Bosch) permet de réduire le dioxyde de carbone grâce au dyhydrogène sous la forme de graphite (carbone solide) et d’eau. L’équation-bilan de ce processus est la suivante :

CO2(g) + 2 H2(g) → C(s) + 2 H2O(l)

Il serait tentent d’expédier du dihydrogène dans l’atmosphère vénusienne, et de neutraliser ainsi le dioxyde de carbone. A condition de disposer d’un stock maximal de 4×1019 kg de H2 : il y a 1.2 × 1020 kg de CO2 à réduire dans l’atmosphère vénusienne !

- La « Carbonates Connexion » : du magnésium et du calcium, associés à du dioxyde de carbone, donnent des carbonates (CaCO3 et MgCO3, respectivement). Là aussi, l’idée est séduisante, mais il nous faudrait assez de ces éléments, raffinés et disponibles dans des proportions de l’ordre du 1020 kg ! Là aussi, les masses nécessaires sont dantesques, mais l’idée pourrait cependant être applicable d’une autre façon, si l’on pouvait au moins rabaisser la température en surface de 300°c et la pression atmosphérique retombait à 42 atm. Dans ces conditions, les oxydes de magnésium et de calcium présents à la surface de la planète pourraient capter en partie le CO2 atmosphérique.

- Liquéfier le dioxyde de carbone ? Birch propose d’utiliser une ombrelle spatiale pour éclipser le rayonnement solaire, et ainsi de provoquer un brutal refroidissement de l’atmosphère. En procédant ainsi, il espère pouvoir liquéfier le dioxyde de carbone, c’est-à-dire passer sous la barre des 73 atm et des 31,1°c afin de passer de l’état gazeux à l’état liquide du CO2. La liquéfaction permettrait de diminuer la pression, et la baisse de température pourrait même permettre d’atteindre le « point triple » du diagramme de phase du CO2, et ainsi obtenir du dioxyde de carbone sous forme de neige. Le problème de la gestion d’une telle quantité de CO2 déposé à la surface de la planète reste posé.

Diagramme de phase du CO2
- Éjecter le surplus atmosphérique ! L’idée est tellement simple qu’elle pourrait sembler particulièrement idiote. Inutile de dire que pomper le surplus atmosphérique d’une manière ou d’une autre est extrêmement difficile à envisager. D’ailleurs, le premier qui propose d’envoyer le surplus vénusien sur Mars prend la porte ! Pour éjecter l’atmosphère vénusienne dans l’espace, il faut qu’un objet assez massif entre en collision avec la planète. Pollack et Sagan ont sérieusement calculé qu’un objet de 700 km de diamètre frappant la planète à plus de 20 km/s pourrait éjecter un millième de l’atmosphère vénusienne dans l’espace. Reste à trouver assez de météores de cette taille pour bombarder Vénus, à les détourner jusque là et à accumuler les impacts de dégazage… Sans oublier que le gaz éjecté pourrait être à nouveau capturé par le champ gravitationnel de la planète !

Terraformation de Mars

Terraformer la planète Mars


Supposons, que dans un avenir proche, l’homme atteigne enfin la planète rouge et y fonde les prémices d’une colonisation. Outre l’exploit technologique que ce « petit pas » martien représenterait, il serait très tentant pour l’homme d’en faire rapidement une seconde planète habitable.

La planète rouge fait en effet partie des planètes « colonisables » par l’homme, tout d’abord en raison de propriétés orbitales proches : les deux planètes ont des inclinaisons et des vitesses orbitales comparables, le sol est praticable (comme le démontrent les robots voyageurs que l’homme y a envoyé !) et sa gravité à l’équateur est tolérable (0,376g pour 0,99732 g sur la Terre). Seuls inconvénients : ses températures basses (de -86°c à –5°c, avec une moyenne de –46°c), l’absence d’eau liquide (mis à part quelques rares événements) et sa faible atmosphère. Pour vivre sur Mars, il faut au minimum une station pressurisée ; au mieux, terraformer la planète ! Mais avant d’y cultiver notre jardin, il est bon de faire un rapide tour du propriétaire.

Mars nous apparaît à l’heure actuelle comme une planète endormie. Il n’y a pas d’activité tectonique des plaques sur cette planète. Son atmosphère très peu dense (0,9 kPa au lieu de 101 kPa sur Terre) s’est érodée au fil du temps, des indices géologiques laissent penser que de l’eau liquide a coulé par le passé, et sa magnétosphère est très faible, en raison du refroidissement de son noyau ferreux.

Il semblerait que l’absence d’activité géologique et l’affaiblissement de la magnétosphère aient favorisé la disparition progressive de l’atmosphère et de l’hydrosphère martienne : la planète se retrouva rapidement balayée par les vents solaires, tandis que l’absence de tectonique des plaques entravait le recyclage de l’atmosphère.

Terraformation de Mars : scénarios envisageables

Pour terraformer totalement la planète Mars, les planétologues proposent de suivre le processus suivant :

Augmenter la densité de l’atmosphère et adapter sa composition à des teneurs proches de celle de la Terre (près de 80% de diazote et pratiquement 20% de dioxygène).
Créer un important effet de serre pour augmenter la température moyenne d’au moins 60°c
Restaurer une hydrosphère (océans)
Protéger la planète des rayons UV et ionisants.
Comment modifier l’atmosphère martienne? Cela représente la première étape de ce travail titanesque. Pour mener à bien cette mission, trois méthodes ont été décrites par des spécialistes de l’exploration spatiale :

- Utiliser de larges miroirs spatiaux pour refléter la lumière solaire sur Mars. La NASA travaille actuellement sur la mise au point de voiles stellaires, capables d’utiliser les vents solaires afin de se propulser dans l’espace. De telles voiles géantes pourraient servir à l’inverse de miroirs orbitaux, et renvoyer plus de rayons lumineux à la surface de Mars. Les scientifiques ont proposé des miroirs de 250 km de diamètre, pour une masse de 200.000 tonnes. Ils pourraient couvrir des surfaces de la taille du lac Michigan.

- Produire en masse des gaz à effet de serre. Une méthode assez rapide afin de créer un puissant effet de serre consisterait à accumuler des composés comme le CFC dans l’atmosphère martienne. Pour produire en masse ces composés volatiles, il serait possible de déposer à la surface de la planète des usines autonomes, qui utiliseraient la lumière solaire comme source énergétique. Ces machines mimeraient plus ou moins bien le principe de la photosynthèse, utilisant le dioxyde de carbone de l’atmosphère comme source de carbone. Mais le génie microbiologique permettrait d’aller encore plus loin. Des bactéries photosynthétiques pourraient être utilisées comme bio-usines à GES (gaz à effet de serre). Elles pourraient ainsi utiliser le CO2 atmosphérique, mais également recracher du dioxygène. En plus d’augmenter l’effet de serre par émission de GES, elles contribueraient à la modification de la composition chimique de l’atmosphère.

- Bombarder Mars avec météorites. Les chercheurs Christopher McKay et Robert Zubrin ont propose une méthode assez radicale afin d’augmenter l’effet de serre sur Mars. En déviant des météores contenant de la glace et de l’ammoniaque, ils espèrent enrichir massivement en eau et en gaz à effet de serre la planète rouge . Afin de guider les météores jusqu’à Mars, ils proposent d’utiliser des fusées à moteurs thermonucléaires. Les astéroïdes téléguidés seraient propulsés pendant une décennie, avant de heurter violemment la surface de Mars. L’énergie colossale dégagée par chaque impact s’élèverait à 130 millions de mégawatts. Cette technique permettrait aussi d’élever la température à la surface de Mars de 3°c à chaque impact. Au bout d’un demi-siècle, les bombardements successifs permettraient de créer un climat tempéré et l’eau accumulée formerait un océan couvrant 25% de la planète. Mais si les propulseurs nucléaires restent accrochés à leurs météores, cette méthode provoquerait également un bombardement nucléaire massif de la planète, et retarderait sensiblement la phase de colonisation humaine.

Peinture de Michael Carroll
Para-terraformer Mars ?

Mars a une température de surface trop basse, (presque) pas d’eau liquide, une atmosphère trop fine saturée en CO2, et aucune protection contre les rayons UV et ionisants.

Dans ces conditions, sa terraformation risque d’être longue et occuper plusieurs décennies. C’est pourquoi des solutions alternatives pourraient être employées avant que la planète soit totalement terraformée. Richard L.S. Taylor, dans un article publié en 1998, propose de construire des systèmes DREE (deliberately restricted ecospheric environment) à l’échelle globale , c’est-à-dire de recouvrir tout la surface de Mars à l’aide d’une serre artificielle. Selon Taylor, le CO2 pourrait également servir de fournisseur de dioxygène, mais les faibles ressources en N2 de la planète resteraient un facteur limitant quant à la réalisation d’un tel projet.

La première étape vers la terraformation de Mars comportera donc peut-être par la construction de colonies protégées sous des dômes protecteurs, autonomes, avec des biosphères protégées sous serre. L’idée est de pouvoir maintenir tout un écosystème viable et autonome sous dôme. Le projet a déjà été testée paradoxalement sur Terre lors des projets Biosphere menés par l’Université d’Arizona, Les résultats obtenus sont plutôt mitigés.