Introduction

La biosphérisation est un processus qui consiste à rendre une planète habitable à l’être humain, c'est à dire lui apporter des caractéristiques physiques, chimiques... ressemblantes à celles de la planète Terre.

Il était tout d’abord connu sous le terme de terraformation, qui était alors utilisé par des écrivains de science fiction ayant imaginé l’homme vivre sur d’autres planètes. Ce concept n’intéressait, au début, que les auteurs de science fiction. Il faudra attendre 1961 pour qu’un scientifique, le célère astronome Carl Sagan, se penche sur ce sujet audacieux. Il présentera, la même année, un mécanisme pour rendre le climat de Vénus plus clément. Depuis cette étude, la biosphérisation est considéré avec de plus en plus de sérieux par une large part de la communauté scientifique et politique. Aujourd'hui, ils sont nombreux à se pencher sur le sujet et depuis un certain temps, les scientifiques se focalisent sur Mars, planète qui reste de nos jours, notre seule option. Le président des états unis a d’ailleurs annulé un projet de la NASA visant la lune afin d’avantager les recherches pour Mars.

I.                 Vivre sur mars, une idée envisageable

A). La terre ressource éternelle ?

     

            1° Une planète propice au développement du monde vivant.

Malgré des débuts difficiles, la Terre a permis l’apparition et l’évolution de la vie sur celle ci. En effet la planète bleue n’a pas toujours  présentée une biodiversité égale à celle d’aujourd’hui. L’eau, l’oxygène, le carbone, le fer, font partie des éléments indispensables à la vie telle que nous la connaissons sur  la Terre, c'est à dire basée sur la chimie du carbone et de l'eau.

 

L’unité de temps utilisé est le Ma. 1Ma = 1 millions d ‘années = 10^6 années

Les conditions climatiques propices à la vie sur la Terre sont dues à trois choses :

-                      L’énergie produite par le noyau de la Terre, ressenti en tant que chaleur.

-                      Le rayonnement du soleil

-                      La chaleur émise par les êtres vivants (infime par rapport au deux autres). 

Notre atmosphère composée principalement d’Azote, d’Oxygène et d’Argon  permet un phénomène appelé l’effet de serre. Il repose sur le fait, que la chaleur absorbée par les rayonnements le jour,  est la nuit attirée vers le froid (le haut). Une partie de cette chaleur va être renvoyée dans l’espace tandis que l’autre va  stagner à la surface, c’est celle-ci qui réchauffe notre planète.

                                                                                                                                               

  

Tous les êtres vivants sont constitués de molécules contenant du carbone : glucides, protéines et lipides.

Le cycle du carbone intègre toutes les réactions permettant aux êtres vivants d'utiliser le carbone pour fabriquer leurs tissus et libérer de l'énergie.

Les végétaux représentent le point de départ du cycle du carbone. Grâce à la photosynthèse, les plantes absorbent le carbone de l'air (CO₂) et l'intègrent à leur propre biomasse (feuilles, bois, racines, fleurs et fruits). Cette matière organique sert de nourriture aux organismes hétérotrophes (consommateurs). En libérant de l'énergie, la respiration des hétérotrophes et des autotrophes renvoie du carbone dans l'atmosphère (CO₂).

Document 4 : Cycle du carbone

2° Des ressources qui s’épuisent                     

L’exploitation des ressources naturelles comme les terres fertiles, l’eau, le bois, les minerais a augmenté de 50% dans le monde depuis 30 ans. Un seuil a été atteint en 1987, date depuis laquelle notre consommation s’élève à un niveau tel que les capacités de renouvellement des ressources sont compromises. Ainsi d'ici à 2030, l'humanité nécessitera une capacité de deux planètes afin de maintenir le rythme de consommation des ressources naturelles et d'absorber la pollution de CO².

Dans certaines zones l’environnement est détruit, les forêts pour leur bois : la déforestation.

L’équilibre de la nature est fragile et l’homme perturbe certains de son écosystème. 

Document 1 : Des constats effarants

« Pour fabriquer une seule voiture on utilise 400 000 litres d’eau ! Comment ose-t-on encore parler de véhicules écologiques ou de bonus écologique ! (…) On mange 5 fois plus de viande qu’il y a 50 ans, ce qui génère toujours plus de bétail fortement émetteur de méthane, et entraîne la déforestation pour cultiver du soja OGM qui sert à nourrir le bétail. » Extrait du Compte rendu des 5e Assises Nationales du Développement Durable qui se sont tenues à Lyon, les 19, 20 et 21 janvier 2009. Par Jean-Pierre Lamic Président, Fondateur de l'Association des Voyageurs et Voyagistes éco-responsables.

Avec toutes les nouvelles technologies, l’empreinte de l’homme sur la Terre ne cessent d’augmenter. Les modes de consommations ont changé et les déchets produits en trop grande quantité par les hommes sont de plus en plus difficile à absorber pour la planète.

Comme le montre le document 2, la population va continuer à augmenter, elle va donc avoir besoin de plus de ressources. Nos habitudes face à la consommation et notre mode de vie doivent changer pour réduire au maximum l’empreinte de l’homme sur l’équilibre fragile de la Terre.

B). Mars : Terre d’accueil

                        1° Caractéristiques principales

Mars est la quatrième planète du système solaire, on l’appelle aussi « la planète rouge », car son atmosphère est rosée et ses roches et son sol sont roses. Mars n’a pas toujours montrée une apparence semblable à celle que nous connaissons. La quatrième planète du système solaire a toujours fasciné ou inquiété. Repérée depuis l'Antiquité, on ne commence à l'étudier qu'au XIXe siècle, époque où l'on a cru déceler des canaux sur sa surface.  Mars se serait formée il y a 4,6 milliards d’années d’une histoire mouvementée. Après son accrétion et sa différenciation, elle a subit un bombardement météorique intense, qui s'est terminé vers 3,5 milliards d'années. La planète a tiré la plus grande partie de son énergie de la phase d'accrétion et de différenciation.

                                                                                                                       

            Généralité sur les planètes de notre système solaire

·                     Les planètes gravitent autour du Soleil

·                     Elles ne produisent pas leur propre énergie

·                     Elles réfléchissent la lumière du Soleil

·                     Elles se présentent dans le ciel comme de petits disques lumineux

·                     Il existe deux sortes de planètes

·                     Les planètes telluriques

·                     Les planètes gazeuses

·                     Certaines planètes ont des lunes ou satellites

Document 3: Carte topographique obtenue à partir du radar altimétrique MOLA de la sonde Mars Global Surveyor sur orbite autour de Mars depuis 1997.

                                                                                               

Le sol de mars (la croûte) est rocailleux, des oxydes de fer  lui donnent une couleur rouge-orangé caractéristique. Les roches constituant le sol sont des roches éruptives. La spectrométrie à rayon X de chaque engin Viking, nous a permit de découvrir la composition de son sol.

Il y a donc une proportion de 44% d’oxydes de silicium, 17% d’oxydes de fer, 7% d’oxydes d’aluminium, 6% de magnésium, 6% de calcium, 7% d’oxydes de souffre, 5% de sulfate de magnésium et une petite quantité de rutile, un oxyde de titane (0,5 %).  Enfin, le sol contient 0,4% à 0,8% de chlore et une quantité très faible d'oxydes de potassium (moins de 0,15 %, soit cinq fois moins que sur Terre).

 

La composition des sols martiens, fournie par les instruments des deux atterrisseurs Viking, n'est qu'une composition élémentaire, atomique. Elle ne donne aucune idée sur les minéraux et les molécules qui sont constitués par ces atomes.

A gauche le pôle nord et a droite le pôle sud.

---> Les calottes polaires de Mars ont été découvertes au XVII^e siècle. William Herschel fut le premier à suggérer qu'elles pouvaient être de glace. Elles sont soumises à un cycle annuel, qui modifie leurs apparences aux cours des saisons.

Le pôle nord est formé de glace d’eau et d’une fine couche de glace de CO2 qui disparaît complètement durant l’été martien. L’altimètre laser de la sonde Mars Global Surveyor étudia cette masse de glace sous toutes, son volume serait de 1,2 à 1,7 millions de km³  et son épaisseur atteindrait par endroit 3 kilomètres.

Le pôle sud est lui recouvert toute l’année d’une épaisse couche de glace de CO2.Les images prisent par le spectromètre imageur OMEGA à bord de la sonde Mars Express ont prouvé la présence de glace d’eau pôle sud.

                              

.

Carte du pôle sud obtenue grâce a Omega.                                                               Carte du pôle sud. . En vert bleu les régions

En bleu les régions qui contiennent le plus                                                                  qui contiennent de la glace carbonique

 d’eau, en rouge la ou elle est absente

                                                                                               

2° La Terre et Mars

Document 1 : Caractéristique principale
	Mars	Terre
Distance moyenne au soleil (10^6km)	228	150
Masse (10^24 kg)	0,6418	5,975
Volume (10^10 km^3)	16,318	108,321
Rayon du noyau (km)	1700	3485
Densité moyenne (kg.m^-3)	3933	5515
Gravité a la surface (m.s^-2)	3,68	6,78
Période de rotation	24h 37min 23s	23h 56min 4s
Période de révolution	686,98 jours	365,256 jours
Vitesse orbitale moyenne (km.s^-1)	24,13	29,78
Pression a la surface (mbar)	6	1000
Température moyenne (°C)	-53	15
Atmosphère	CO2 (95,3%)	N2 (78%)
	N2 (2,7%)	02 (21%)
	Ar (1,6%)	Ar (0,9%)
	O2 (0,13%)	Autres (0,1%)
	Autres (0,1%)

Au niveau de la gravité, celle de Mars est trois inférieur a la Terre, ensuite Mars a aussi des saisons et sa période de révolution est deux fois supérieurs a celle de la Terre. La période de rotation est semblable. En ce qui concerne la température malgré une distance au soleil assez similaire, la Terre est plus chaude que Mars. Pour recrée les conditions terrestre il faudra augmenter la température de Mars.

Pour installé la vie il faudra aussi augmenter la pression de plus de 150 fois. Quand a l’atmosphère martienne, elle est ténue par rapport a la Terre et se compose a 95% de CO2. De plus, contrairement a la Terre, l’eau a l’état liquide n’existe pas car sur Mars l’atmosphère n’oppose qu’un très faible effet de serre.

Document 2 : Image de synthèse de la Terre et de Mars

Comme le montre cette image de synthèse, la planète Mars et la planète Terre ont à peu près la même obliquité.

Contrairement à Mars, l'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre a été stabilisée par la Lune. La planète rouge a effectivement connu au cours de son histoire des variations chaotiques et importantes de son obliquité

           

C). Et Pourquoi pas d’autres astres ?

Mars nous parait un choix évident et indiscutable mais sa n’as pas toujours été le cas. Au début des premiers projets de biosphérisation, la planète Vénus était alors privilégiée.

1° Vénus 

  La biosphérisation de Vénus était le projet initial dans la quête d’un nouveau territoire spatial à conquérir.

  Cette planète avait  été choisie en premier lieu pour diverses raisons.

  Tout d’abord, à l’inverse de Mars, la planète Vénus possède beaucoup plus d’attraits séduisants pour une biosphérisation. Sa gravité est de 0,9 g, la même que celle de la Terre, leur diamètre est presque identique à 600km prés (le diamètre de la Terre est le double de celui de Mars)  et elle possède une atmosphère. En plus de cela, Vénus est la planète la plus proche de la Terre avec une distance de seulement 41 400 000 km entre ces deux mondes. Mars se situant approximativement à 400 millions de kilomètres de notre planète, Vénus reste donc l’astre le plus proche et par conséquent un choix judicieux. On va jusqu’à comparer Vénus à la Terre et les qualifier de jumelles.

  Mais pour autant, cette planète n’est pas la plus appropriée au projet « terraformation »

  Vénus est située à environ 70 % de la distance Terre/Soleil ; elle reçoit donc environ deux fois la quantité d'énergie solaire perçue par la Terre, en outre, sa surface est assez chaude pour faire fondre le plomb (500°C).

  Elle possède bien une atmosphère mais constitué principalement de CO2 et composé de nuage acide donc irrespirable pour l’homme. De plus, à cause de l'effet de serre incontrôlée, la pression est de 9MPa (sur Terre on a : 1 013,25 hPa de pression, soit 90 fois inférieur que sur Vénus). Sachant cela, le corps humain devra s’adapter à ce changement considérable au risque dans mourir. Mais pour avoir une chance de s’y habituer, il faudrai déjà que la planète soit respirable pour l’homme.

Par ailleurs, sa rotation est la plus lente des planètes telluriques. Elle effectue un tour sur elle même en 243 jours, c'est-à-dire que 1 jour sur vénus se déroule en 243 jours sur terre. La rotation extrêmement lente de Vénus avec un rythme jour/nuit très lent, causerait des problèmes d'adaptation pour la majorité des espèces connues végétales ou animales.

En somme, pour mener ce programme à bien, il faudrait refroidir Vénus, rendre l’atmosphère plus propice à la vie et accélérer son rythme de rotation.

Ce projet demandant beaucoup trop d’argent et de moyens technologiques sophistiqués, jamais il ne pourra aboutir.

Vénus ne pouvant accueillir la vie, il ne restait plus que deux choix aux scientifiques pour ce projet tout en respectant l’un des critères fondamentaux, la distance.

2° La lune

La lune n’est qu’à 384 400 km  de la terre ce qui par conséquent fait de ce satellite naturel le sol le plus proche de notre planète.

De plus la distance lune-soleil et relativement la même que terre-soleil et son sol était, à ses débuts, composé des mêmes matériaux que celui de la Terre.

 Alors pourquoi ne pas la choisir ?

Tout simplement parce qu’elle n’a pas d’atmosphère.                                                                   A cause de sa petite taille (son diamètre est plus de 2fois plus petit que celui de la Terre), son attraction gravitationnelle est faible (6fois moins importante que sur Terre) et donc il ne suffit pas à retenir une quelconque atmosphère autour de la lune. Elle ne possède pas non plus de champ magnétique qui, sur Terre, nous protège, des rayonnements solaires.

De plus, comme pour les autres planètes jusqu’à maintenant étudié, elle ne contient pas d’eau sous forme liquide et enregistre des températures extrêmes 120°C au soleil contre -180°C à l’ombre.                                                                            

Si nous voulions terra former la Lune, il nous faudrait produire une atmosphère plus vite qu'elle ne s'échapperait dans l’espace et un champ magnétique autour d’elle. Cette atmosphère devra être produite sur place, à partir de roches lunaires et demanderai donc d’énorme construction avant même que l’on puisse envisager d’y vivre.

Cela prendrait beaucoup d'énergie, de temps et d’argent sans réellement savoir si ça fonctionnerai. Mieux vaut probablement laisser la Lune telle qu'elle est et concentrer nos efforts ailleurs, comme sur Mars.

Mars reste donc notre seule issue

II. Le début de la conquête de Mars      

      A). Inconvénients surmontables

Avant même d’arriver sur Mars, il faut prendre en compte les différentes conditions dans l’espace et leurs conséquences sur l’organisme. Ainsi certaines d’entre elles sont réelles mais d’autres sont seulement nourris par l’exagération.

           

 1°Radiations

           

Le danger des radiations pour la santé est connut. Cependant leurs effets dépendent surtout de la quantité de radiations à laquelle ont s’expose, s’exposer a une trop grande dose dans un laps de temps très court peu être fatale. En effet bien que mortelle a haute dose les radiations sont tout aussi indispensable aux hommes (l’évolution des êtres humain s’étant faite dans un champ de radiations). Personne ne connaît actuellement la dose optimale de radiations pour la santé.

Les radiations permettent la stimulation régulière des mécanismes d’auto régénération des cellules du corps humain. Au cours d’une mission habité vers Mars, les astronautes seront soumis à deux types de radiations, les éruptions solaires et les rayons cosmiques.

-                      Les éruptions solaires sont puissantes mais peuvent facilement être arrêté par un petit blindage en zinc. Elles sont constituées de flux de protons qui sont expulsés du soleil à intervalles irréguliers et imprévisibles, une fois par an environ.

-                      Les conséquences des rayons cosmiques sont inévitables car des blindages de plusieurs mètres seraient nécessaires pour  les arrêter.

Document 1: L’hormèse un phénomène méconnut

De nombreuses études, effectuées sur des individus placés dans un environnement artificiellement dénué de radiations ionisantes, on révélé une détérioration notable de leur état de santé comparé a un groupe témoin exposé aux niveaux naturels. Le cause de ce phénomène appelé hormèse, est qu le corps humain doit recevoir une certaine dose de rayonnement naturel.

             2° L’apesanteur

De longues périodes passés en apesanteur peuvent provoquer une altération du système cardio-vasculaire, une décalcification et une déminéralisation des os, et une détérioration générale de la forme musculaire à cause du manque d’exercices. L’apesanteur n’est pas un réel problème, des astronautes soviétiques sont déjà resté jusqu'à dix-huit mois en apesanteur soit près de trois fois la durée d’un voyage Mars-Terre ou Terre-Mars, et ont récupérer presque toute leurs fonctions immunitaires et musculaires après leur retour sur Terre et qu’il se soit réhabitué a une gravité terrestre (1g).

              3° Les facteurs humain

Certains psychologues, ont posé le « problèmes des facteurs humain ». Les astronautes pourrait selon eut avoir des conséquences psychologiques d’un voyage Terre/Mars. Vivre dans un endroit clos et être éloigner de sa famille pendant plusieurs mois est certes difficile a surmonté pour un individu normal, mais les astronautes seront des hommes préparer psychologiquement. Retarder une missions pour faire des recherches sur un phénomène que nous connaissons et qui de toutes façon sera toujours présent mais tout aussi surmontables est donc inutilement dépenser de l’argent alors que c’est justement ce qu’il nous manque pour effectuer  cette mission.

B -  Créer une architecture de mission cohérente

1° Élaborer un plan 

Depuis le début de l’astronomie Mars a toujours suscité de  la curiosité et envoyé des humains sur Mars est une idée très vielle. Depuis 1989, l’architecture de la mission a beaucoup évolué, par la NASA d’une part mais aussi par des ingénieurs passionnés. Le problème d'une mission Terre-Mars c'est qu'elle va nécessite des moyens considérables.

Document1 : Le rapport des 90 jours

La première fois que le projet d’aller sur  Mars fut envisager ce fut le 20 juillet 1989 (vingtième anniversaire des premiers pas de l’homme sur la lune) par le président Georges Bush (père). Naquit ainsi le « Rapport sur l’étude des 90 jours consacrée a l’exploration humaine de la Lune et de Mars » fais par l’IES (Initiative d’exploration spatial). Le rapport expliquait la nécessité d’une énorme station spéciale qui servirait aux hommes de retourner sur la lune et d’aller sur Mars. La mission vers Mars envisageait seulement 3 jours d’exploration spatiale. Le cout total estimé : 450 milliard de dollars s’avéra fatal à la mission. Il ce révéla plus tard que l’architecture de mission était incohérente et infaisable.

Si on va sur Mars c'est pour l'étudier et essayer de trouver des réponses a nos questions, et non pas pour établir un nouveau record. Pour rentabiliser la mission au maximum il faut pourvoir fournir au astronautes sur Mars, du temps, de la mobilité et de l'énergie.

Après l'échec de la première proposition de mission au congrès, il est évident qu'il fallait une  nouvelle architecture de mission.

Document2: Mars Direct et Mars semi-direct

Deux ingénieurs de chez Lockheed Martin (une des principales entreprises américaines de défense et de sécurité), David Baker et Robert Zubrin on alors imaginé une mission complètements différente de celle de l'IES. Ce nouveau plan de mission est appelé Mars Direct. A l'inverse du plan proposer par la NASA Mars direct ne nécessitait pas d'assemblage sur orbite n'y d'infrastructure spatial. Le départ pour Mars se ferait de la Terre et non de la Lune. Le plan de mission était plus simple, plus rapide, et moins couteux. Le plan prévoyait d'envoyé un véhicule de retour appelée ERV (Earth Return Vehicule), puis plus tard  l'équipage a bord d'un HAB (module d'habitation). Le carburant nécessaire au retour se ferait sur Mars grâce a la synthèse de propergol (carburant). En 1991 Baker quitta l'équipe pour reprendre ses études et créer sa propre société de conseil d'exploration spatial. Robert Zubrin multipliât les congrès, rendez-vous, pour présenter son projet de mission. Il rencontra Dave Weaver (architecte de mission en chef pour la NASA). Ensemble ils retravaillèrent le plan Mars Direct, pour faire une mission plus sécurisée sans que le retour ne dépendent de la production de propergol sur Mars. Ce plan pris le nom de Mars semi-direct. Tout le financement de la mission s'éleva a 55 milliard d'euro, soit le huitième du plan conventionnelle.

 Il est important de dire que le plan Mars Direct n'a pas été très bien accueilli par certaines personnes de la NASA car il remettait fortement en cause le plan conventionnelle. Les fonds nécessaire pour une missions spatial sont accordé par un congrès, cette décision fait rentrer en jeu des forces politiques et scientifique complexe.

 Document3: Schéma du plan Mars Semi-Direct (1994)

2° Comment s'y rendre

Mars est effectivement très éloigné de plus quand elle se trouve exactement du coté opposé au soleil par rapport a la Terre. La planète rouge n'est jamais a moins de 56 millions de kilomètre de la Terre.

Une différence notable des deux plan Mars semi-direct et du plan du rapport des 90 jours est l'itinéraire choisit. Mars semi-direct prévoit une trajectoire de conjonction plan conventionnelle prévoit lui une trajectoire d'opposition.

Document1: Schéma des différentes trajectoires

opposition 56 millions km

conjonction 400 millions km

--- pts de vue terre au centre de l'univers

---- on ne peut pas faire de la ligne droite car il faut trop d'énergie et Lorsque qu'un vaisseau quitte l'orbite terrestre il a au départ la même vitesse que celle ci soit 30km/s.

*courbe de 400 mill° de km

Le scénario de conjonction:

L'équipage décolle au moment le plus favorable et atterrit sur la planète Mars. Il séjourne sur le sol martien jusqu'à l'ouverture de la fenêtre de lancement la plus favorable. Puis il retourne sur Terre.

Le scénario d'opposition:

Le trajet aller se déroule dans les mêmes conditions que l'autre scénario. La durée du séjour sur Mars est réduite au maximum compatible avec l'atteinte d'objectifs scientifiques soit environ 30 jours. Le trajet de retour s'effectue dans une configuration beaucoup plus défavorable : il  nécessite de bénéficier de l'assistance gravitationnelle de Vénus. Le seul avantage de cette mission est de réduire sa durée totale.

Document2: Temps de vols et durées des séjours des missions martiennes

Type de mission	Conjonction	Opposition
Durée du voyage aller	180 jours	180 jours
Durée du voyage retour	180 jours	430 jours
Durée du séjours sur Mars	550 jours	30 jours
Durée totale de la mission	910 jours	640 jours
Coût de la mission	Faible	Élevé
Survol de Vénus	Non	Oui
Risque de la mission	Faible	Élevé

Document3: Exemple d'aménagement du module d'habitation (HAB)