Dans un cas rare de réussite environnementale, les Nations Unies viennent d'annoncer qu'elles pensent que les dommages causés à la couche d'ozone protectrice de la Terre seront entièrement restaurés d'ici 2050. Cela contraste fortement avec l'inquiétude croissante suscitée par l'urgence climatique, causé par l'augmentation de l'effet de serre.

La couche d'ozone et l'effet de serre aident finalement à contrôler la quantité de rayonnement ultraviolet (UV) du soleil atteignant la surface de la Terre, et combien de rayonnement infrarouge (IR) s'échappe dans l'espace. Ces deux formes de rayonnement ont un impact critique sur l'habitabilité d'une planète fusée.

Il est clair que le contrôle de ce rayonnement est un problème urgent sur Terre. Mais c'est aussi un défi pour ceux qui rêvent de coloniser Mars.

Le rayonnement ultraviolet est une forme de lumière qui a une longueur d'onde comprise entre 10 et 400 nanomètres (1 nm correspond à 0,000000001 mètres de longueur). C'est plus court et plus énergétique que la lumière visible. Par contre, la longueur d'onde d'un réseau téléphonique 4G typique est de quelques dizaines de centimètres.

Les UV solaires peuvent stimuler la production de la vitamine D essentielle dans la peau humaine, mais des niveaux excessifs peuvent causer un éventail de problèmes de santé, notamment des coups de soleil, cancer de la peau et cataracte. Il peut également endommager les plantes et nuire à la production agricole.

Sur Terre, presque tous les UV solaires sont absorbés par la couche d'ozone, une région de l'atmosphère terrestre s'étendant d'environ 15 à 30 km d'altitude. Sans ça, la vie sur Terre aurait beaucoup de mal.

L'ozone est une molécule naturelle constituée de trois atomes d'oxygène. La formation de cette molécule est soigneusement équilibrée par un processus appelé cycle de Chapman, dans lequel la lumière ultraviolette décompose l'ozone en un seul atome d'oxygène et une molécule d'oxygène. Des facteurs naturels peuvent agir comme catalyseurs pour cela, comme l'activité volcanique et les ceintures de rayonnement de la Terre.

Les premières observations que l'équilibre de l'ozone était en difficulté ont été faites dans les années 1980. Il a été déterminé que l'utilisation généralisée et l'émission de certains produits chimiques comme les chlorofluorocarbures avaient causé de graves dommages à la couche d'ozone.

Cela a incité la communauté internationale à adopter le Protocole de Montréal en 1987, le seul accord des Nations Unies jamais ratifié par chaque État membre.

Le rayonnement infrarouge a un effet légèrement différent sur la Terre et les autres planètes. Tous les objets émettent une gamme de lumière en fonction de leur température. Un objet à une température moyenne d'un million de degrés émettrait principalement des rayons X (comme le font certains systèmes stellaires).

Le soleil, à une température moyenne de 5, 700°C, émet le plus fortement en lumière visible (en particulier en jaune), tandis que les objets à température ambiante émettent dans l'IR. C'est pourquoi les gens apparaissent clairement dans une caméra infrarouge.

Lumière du soleil, principalement aux longueurs d'onde visibles, traverse l'atmosphère et réchauffe la surface de la Terre. Pour maintenir l'équilibre thermique, la Terre renvoie alors de la lumière dans l'espace, mais il le fait en IR. Certaines molécules dans l'atmosphère laissent passer une grande quantité de lumière visible (c'est pourquoi elles sont invisibles à l'œil humain) mais réfléchissent ou dispersent la lumière IR émise par la surface, ce qui rend la surface plus chaude.

Les produits chimiques impliqués dans ce processus sont ce que nous appelons les gaz à effet de serre, le plus connu est le dioxyde de carbone, mais le méthane et l'oxyde nitreux sont également importants. Ce qui complique le problème climatique, c'est que la vapeur d'eau et l'ozone lui-même sont également des gaz à effet de serre.

C'est l'un des nombreux facteurs qui font de la modélisation du climat un sujet très complexe. L'effet de serre lui-même est généralement décrit comme une mauvaise chose, mais il est en fait essentiel à la vie. Sans effet de serre, il est relativement facile de montrer que la Terre serait à une température moyenne de -24°C, au lieu de nos 14°C actuels.

Comme de nombreux processus naturels, l'activité humaine a modifié l'effet de serre au point que cette caractéristique essentielle de l'habitabilité de notre planète devient désormais dangereuse. Nous avons amplement de preuves que les humains ont augmenté la quantité de gaz à effet de serre dans l'atmosphère, et comme résultat, la température moyenne mondiale.

Leçons pour les colonisateurs

Le défi pour les futurs colons qui espèrent vivre sur Mars est tout à fait l'inverse de celui sur Terre. Sa fine atmosphère signifie que même s'il y a une grande concentration de dioxyde de carbone, l'effet de serre est assez faible et doit être renforcé. Mais une étude récente a montré que même si le dioxyde de carbone restant dans les roches sur Mars était vaporisé et rejeté dans l'atmosphère, il n'y en aurait pas assez pour générer un effet de serre suffisant pour réchauffer la planète suffisamment pour y vivre.

Par rapport à la Terre, il y a aussi très peu d'ozone sur Mars, et la mince atmosphère martienne permet à beaucoup plus d'UV solaires d'atteindre la surface. Ce rayonnement est si intense que les premiers centimètres du sol martien sont essentiellement stérilisés une fois par jour, avec toutes les molécules complexes qui pourraient être utiles à la vie étant détruites.

Alors, que pourrions-nous faire pour rendre le climat plus semblable à celui de la Terre ? Les idées précédentes comprenaient l'installation d'un aimant géant dans l'espace près de Mars pour protéger l'atmosphère et le tir d'armes nucléaires à la surface.

Un article récent suggère que nous pourrions utiliser un aérogel de silice - un matériau synthétique et ultraléger fabriqué en prenant un gel et en remplaçant le composant liquide par un gaz - pour couvrir les régions de la surface. Cela fonctionnerait en effet comme une couche d'ozone artificielle, étant presque transparent à la lumière visible mais bloquant les UV.

L'utilisation d'aérogel de silice réchaufferait également rapidement le sol en dessous au-dessus du point de congélation de l'eau par le biais d'un effet de serre artificiel. Placer des boucliers d'aérogel de silice sur les zones riches en glace de la surface générerait un environnement propice à la croissance des plantes, avec une intervention humaine minimale.

Cela seul ne peut pas terraformer la planète rouge, car l'atmosphère martienne est constamment perdue au profit du vent solaire. Cependant, cela offrirait au moins un environnement beaucoup moins hostile, à plus petite échelle, pour les futurs visiteurs. Bien qu'il s'agisse encore d'une perspective difficile, c'est actuellement le moyen le plus pratique de faire des zones de Mars un environnement moins extrême.

Finalement, le succès du Protocole de Montréal démontre à la fois la viabilité d'une action internationale collective pour résoudre un problème environnemental, et que la modification de l'environnement est possible à l'échelle planétaire dans un laps de temps assez court. Cela montre également clairement à quel point les processus environnementaux planétaires peuvent être sensibles aux changements artificiels, en bien ou en mal.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.