L'idée de terraformer Mars – alias « Earth's Twin » – est une idée fascinante. Entre la fonte des calottes polaires, créant lentement une atmosphère, puis concevoir l'environnement pour avoir du feuillage, rivières, et plans d'eau stagnants, il y en a assez pour inspirer à peu près n'importe qui ! Mais combien de temps une telle entreprise prendrait-elle, qu'est-ce que cela nous coûterait, et est-ce vraiment une utilisation efficace de notre temps et de notre énergie ?

Telles étaient les questions traitées par deux articles présentés lors du "Planetary Science Vision 2050 Workshop" de la NASA la semaine dernière (du lundi 27 février au mercredi 1er mars). La première, intitulé « La chronologie de la terraformation », présente un plan abstrait pour transformer la planète rouge en quelque chose de vert et d'habitable. La deuxième, intitulé "Mars Terraforming - the Wrong Way", rejette complètement l'idée de terraformer et présente une alternative.

Le premier article a été produit par Aaron Berliner de l'Université de Californie, Berkeley, et Chris McKay de la Division des sciences spatiales du Centre de recherche Ames de la NASA. Dans leur papier, les deux chercheurs présentent une chronologie de la terraformation de Mars qui comprend une phase de réchauffement et une phase d'oxygénation, ainsi que toutes les étapes nécessaires qui précéderaient et suivraient.

Comme ils l'indiquent dans l'introduction de leur article :

"La terraformation de Mars peut être divisée en deux phases. La première phase consiste à réchauffer la planète de la température de surface moyenne actuelle de -60°C à une valeur proche de la température moyenne de la Terre à +15°C, et recréer une épaisse atmosphère de CO². Cette phase de réchauffement est relativement facile et rapide, et pourrait prendre environ 100 ans. La deuxième phase produit des niveaux d'O² dans l'atmosphère qui permettraient aux humains et aux autres grands mammifères de respirer normalement. Cette phase d'oxygénation est relativement difficile et prendrait 100, 000 ans ou plus, à moins que l'on ne postule une rupture technologique."

Avant que ceux-ci puissent commencer, Berliner et McKay reconnaissent que certaines mesures de « pré-terraformation » doivent être prises. Il s'agit notamment d'étudier l'environnement de Mars pour déterminer les niveaux d'eau à la surface, le niveau de dioxyde de carbone dans l'atmosphère et sous forme de glace dans les régions polaires, et la quantité de nitrates dans le sol martien. Comme ils l'expliquent, tous ces éléments sont essentiels à l'aspect pratique de la création d'une biosphère sur Mars.

Jusque là, les preuves disponibles indiquent que les trois éléments existent en abondance sur Mars. Alors que la majeure partie de l'eau de Mars est actuellement sous forme de glace dans les régions polaires et les calottes polaires, il y en a assez pour soutenir un cycle de l'eau - avec des nuages, pluie, des rivières et des lacs. Pendant ce temps, certaines estimations affirment qu'il y a suffisamment de CO² sous forme de glace dans les régions polaires pour créer une atmosphère égale à la pression au niveau de la mer sur Terre.

L'azote est également une exigence fondamentale pour la vie et un constituant nécessaire d'une atmosphère respirable, et des données récentes du Curiosity Rover indiquent que les nitrates représentent ~ 0,03 % en masse du sol sur Mars, ce qui est encourageant pour la terraformation. En plus de ça, les scientifiques devront s'attaquer à certaines questions éthiques liées à l'impact de la terraformation sur Mars.

Par exemple, s'il y a actuellement de la vie sur Mars (ou une vie qui pourrait renaître), cela présenterait un dilemme éthique indéniable pour les colons humains – surtout si cette vie est liée à la vie sur Terre. Comme ils l'expliquent :

"Si la vie martienne est liée à la vie terrestre - peut-être en raison de l'échange de météorites - alors la situation est familière, et les questions de quels autres types de vie sur Terre introduire et quand doivent être abordés. Cependant, si la vie martienne n'a aucun rapport avec la vie terrestre et représente clairement une seconde genèse de la vie, alors d'importantes questions techniques et éthiques sont soulevées."

Pour briser la phase un - "La phase de réchauffement" - succinctement, les auteurs abordent une question qui nous est familière aujourd'hui. Essentiellement, nous modifions notre propre climat ici sur Terre en introduisant du CO² et des "super gaz à effet de serre" dans l'atmosphère, qui augmente la température moyenne de la Terre à un taux de plusieurs degrés centigrades par siècle. Et alors que cela n'a pas été intentionnel sur Terre, sur Mars, il pourrait être réutilisé pour réchauffer délibérément l'environnement.

« Le délai de réchauffement de Mars après un effort ciblé de production de super gaz à effet de serre est court, à peine 100 ans, " ils prétendent. " Si tout l'incident solaire sur Mars devait être capturé avec 100% d'efficacité, puis Mars se réchaufferait à des températures semblables à celles de la Terre dans environ 10 ans. Cependant, l'efficacité de l'effet de serre est vraisemblablement d'environ 10 %, ainsi le temps qu'il faudrait pour réchauffer Mars serait d'environ 100 ans."

Une fois cette atmosphère épaisse créée, la prochaine étape consiste à le convertir en quelque chose de respirant pour les humains - où les niveaux d'O² seraient l'équivalent d'environ 13% de la pression atmosphérique au niveau de la mer ici sur Terre et les niveaux de CO² seraient inférieurs à 1%. Cette étape, connue sous le nom de « phase d'oxygénation », prendrait beaucoup plus de temps. Encore une fois, ils se tournent vers un exemple terrestre pour montrer comment un tel processus pourrait fonctionner.

Ici sur Terre, ils prétendent, les niveaux élevés d'oxygène gazeux (O²) et les faibles niveaux de CO² sont dus à la photosynthèse. Ces réactions reposent sur l'énergie du soleil pour convertir l'eau et le dioxyde de carbone en biomasse – ce qui est représenté par l'équation H²O + CO² =CH²O + O². Comme ils l'illustrent, ce processus prendrait entre 100, 000 et 170, 000 ans :

« Si toute la lumière solaire incidente sur Mars était exploitée avec une efficacité de 100 % pour effectuer cette transformation chimique, il ne faudrait que 17 ans pour produire des niveaux élevés d'O². Cependant, l'efficacité probable de tout procédé capable de transformer H²O et CO² en biomasse et en O² est bien inférieure à 100 %. Le seul exemple que nous ayons d'un processus qui peut modifier globalement le CO² et l'O² d'une plante entière est la biologie globale. Sur Terre, l'efficacité de la biosphère mondiale à utiliser la lumière du soleil pour produire de la biomasse et de l'O2 est de 0,01 %. Ainsi, l'échelle de temps pour produire une atmosphère riche en O² sur Mars est de 10, 000 x 17 ans, ou ~ 170, 000 ans."

Cependant, ils tiennent compte de la biologie synthétique et des autres biotechnologies, qui, selon eux, pourrait augmenter l'efficacité et réduire l'échelle de temps à un solide 100, 000 ans. En outre, si les êtres humains pouvaient utiliser la photosynthèse naturelle (qui a une efficacité comparativement élevée de 5%) sur toute la planète - c'est-à-dire planter du feuillage partout sur Mars - alors l'échelle de temps pourrait être réduite à quelques siècles.

Finalement, ils décrivent les étapes à suivre pour faire avancer les choses. Ces étapes comprennent l'adaptation des missions robotiques actuelles et futures pour évaluer les ressources martiennes, des modèles mathématiques et informatiques qui pourraient examiner les processus impliqués, une initiative pour créer des organismes synthétiques pour Mars, un moyen de tester les techniques de terraformation dans un environnement restreint, et un accord planétaire qui établirait des restrictions et des protections.

Citant Kim Stanley Robinson, auteur de la trilogie de Mars rouge, (l'ouvrage fondateur de la science-fiction sur la terraformation de Mars), ils lancent un appel à l'action. Aborder la durée du processus de terraformation de Mars, ils affirment que nous "pourrons aussi bien commencer maintenant".

Pour ça, Valeriy Yakovlev - astrophysicien et hydrogéologue du Laboratoire de la qualité de l'eau à Kharkov, Ukraine – offre un point de vue dissident. Dans son papier, "Mars Terraforming - la mauvaise voie", il plaide en faveur de la création de biosphères spatiales en orbite terrestre basse qui reposeraient sur la gravité artificielle (comme un cylindre O'Neill) pour permettre aux humains de s'habituer à la vie dans l'espace.

En regardant l'un des plus grands défis de la colonisation spatiale, Yakovlev souligne à quel point la vie sur des corps comme la Lune ou Mars pourrait être dangereuse pour les colons humains. En plus d'être vulnérable aux rayonnements solaires et cosmiques, les colons devraient faire face à une gravité sensiblement plus faible. Dans le cas de la Lune, ce serait environ 0,165 fois ce que les humains expérimentent ici sur Terre (aka. 1 g), alors que sur Mars, ce serait environ 0,376 fois.

Les effets à long terme de ceci ne sont pas connus, mais il est clair que cela inclurait la dégénérescence musculaire et la perte osseuse. En regardant plus loin, on ne sait pas du tout quels seraient les effets pour les enfants nés dans l'un ou l'autre environnement. Aborder les moyens par lesquels ceux-ci pourraient être atténués (qui incluent les médicaments et les centrifugeuses), Yakovlev souligne à quel point ils seraient probablement inefficaces :

"L'espoir du développement de la médecine n'annulera pas la dégradation physique des muscles, les os et tout l'organisme. La réhabilitation dans les centrifugeuses est une solution moins opportune par rapport au navire-biosphère où il est possible de fournir une imitation sensiblement constante de la gravité normale et le complexe de protection contre toutes les influences néfastes de l'environnement spatial. Si la voie de l'exploration spatiale est de créer une colonie sur Mars et, en outre, les tentatives ultérieures de terraformer la planète, cela entraînera une perte injustifiée de temps et d'argent et augmentera les risques connus de la civilisation humaine."

En outre, il souligne les défis de créer l'environnement idéal pour les individus vivant dans l'espace. Au-delà de simplement créer de meilleurs véhicules et développer les moyens de se procurer les ressources nécessaires, il est également nécessaire de créer l'environnement spatial idéal pour les familles. Essentiellement, cela nécessite l'aménagement de logements optimaux en termes de taille, stabilité, et confort.

À la lumière de cela, Yakolev présente ce qu'il considère comme les perspectives les plus probables de sortie de l'humanité vers l'espace d'ici 2030. Cela comprendra la création des premières biosphères spatiales à gravité artificielle, qui conduira à des développements clés en termes de technologie des matériaux, systèmes de survie, et les systèmes et infrastructures robotiques nécessaires pour installer et entretenir les habitats en orbite terrestre basse (LEO).

Ces habitats pourraient être entretenus grâce à la création d'engins spatiaux robotiques qui pourraient récolter les ressources des corps proches, tels que la Lune et les objets géocroiseurs (NEO). Ce concept éliminerait non seulement le besoin de protections planétaires - c'est-à-dire les craintes de contaminer la biosphère de Mars (en supposant la présence de vie bactérienne), cela permettrait aussi aux êtres humains de s'habituer plus progressivement à l'espace.

Comme Yakovlev l'a dit à Universe Today par e-mail, les avantages des habitats spatiaux peuvent être décomposés en quatre points :

"1. C'est une manière universelle de maîtriser les espaces infinis du Cosmos, à la fois dans le système solaire et à l'extérieur de celui-ci. Nous n'avons pas besoin de surfaces pour installer des maisons, mais des ressources que les robots fourniront des planètes et des satellites. 2. La possibilité de créer un habitat au plus près du berceau de la terre permet d'échapper à l'inévitable dégradation physique sous une autre gravité. Il est plus facile de créer un champ magnétique protecteur.

"3. Le transfert entre mondes et sources de ressources ne sera pas une expédition dangereuse, mais une vie normale. Est-ce bon pour les marins sans leur famille ? 4. La probabilité de mort ou de dégradation de l'humanité à la suite de la catastrophe mondiale est considérablement réduite, comme la colonisation des planètes inclut la reconnaissance, livraison de marchandises, le transport de personnes par navette – et c'est beaucoup plus long que la construction de la biosphère sur l'orbite de la Lune. Le Dr Stephen William Hawking a raison, une personne n'a pas beaucoup de temps."

Et avec des habitats spatiaux en place, des recherches très cruciales pourraient commencer, y compris la recherche médicale et biologique qui impliquerait les premiers enfants nés dans l'espace. Cela faciliterait également le développement de navettes spatiales fiables et de technologies d'extraction des ressources, qui sera utile pour le règlement d'autres corps - comme la Lune, Mars, et même des exoplanètes.

Finalement, Yakolev pense que les biosphères spatiales pourraient également être réalisées dans un délai raisonnable - c'est-à-dire entre 2030 et 2050 - ce qui n'est tout simplement pas possible avec la terraformation. Citant la présence et la puissance croissantes du secteur spatial commercial, Yakolev pensait également qu'une grande partie de l'infrastructure nécessaire était déjà en place (ou en cours de développement).

"Après avoir surmonté l'inertie de la pensée +20 ans, la biosphère expérimentale (comme l'implantation en Antarctique avec des montres), dans 50 ans la première génération d'enfants nés dans le Cosmos grandira et la Terre diminuera, car il entrera dans les légendes dans son ensemble… Du coup, la terraformation sera annulée. Et la conférence qui suivra ouvrira la voie à une véritable exploration du Cosmos. Je suis fier d'être sur la même planète qu'Elon Reeve Musk. Ses missiles seront utiles pour soulever les conceptions de la première biosphère des usines lunaires. C'est un moyen proche et direct de conquérir le Cosmos."

Avec des scientifiques et des entrepreneurs de la NASA comme Elon Musk et Bas Landorp qui cherchent à coloniser Mars dans un avenir proche, et d'autres sociétés aérospatiales commerciales développant LEO, la taille et la forme de l'avenir de l'humanité dans l'espace sont difficiles à prévoir. Peut-être déciderons-nous ensemble d'un chemin qui nous mènera à la Lune, Mars, et au-delà. Peut-être verrons-nous nos meilleurs efforts dirigés vers l'espace proche de la Terre.

Ou peut-être nous verrons-nous partir dans plusieurs directions à la fois. Alors que certains groupes préconiseront la création d'habitats spatiaux en LEO (et plus tard, ailleurs dans le système solaire) qui reposent sur la gravité artificielle et les vaisseaux spatiaux robotiques extrayant des astéroïdes pour les matériaux, d'autres se concentreront sur l'établissement d'avant-postes sur les corps planétaires, dans le but de les transformer en « nouvelles Terres ».

Entre eux, on peut s'attendre à ce que les humains commencent à développer une certaine "expertise spatiale" au cours de ce siècle, ce qui nous sera certainement utile lorsque nous commencerons à repousser encore plus loin les limites de l'exploration et de la colonisation.