Une couette d’aérogel pour rendre Mars habitable ?

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Par Antoine le

Une étude publiée dans Nature la semaine dernière propose d’utiliser les propriétés de ce matériau révolutionnaire dans le cadre de la colonisation de Mars. Une idée pas si farfelue qu’il n’y paraît.

Habiter sur une autre planète, notamment Mars, est une idée déjà bien ancrée dans la science-fiction et l’imaginaire populaire. Mais en l’état, la colonie martienne tient encore plus de l’expérience de pensée que de l’échéance à court-terme. Les plus optimistes (pour ne pas dire irréalistes) des prédictions envisagent que l’Homme pourrait fouler la surface de la planète rouge d’ici 2033.

En attendant, cela n’empêche pas les scientifiques de se pencher sur la question, mais la réponse est tout sauf évidente. Avec ses basses températures et sa surface balayée par un intense rayonnement ultraviolet hautement mutagène, Mars est aujourd’hui une terre inhospitalière au possible et l’aménager demandera des efforts substantiels, autant en termes d’innovation et d’ingénierie que de logistique.

Plusieurs solutions ont déjà été envisagées. Du plutôt folklorique The Greening of Mars (James Lovelock, 1984) aux études poussées sur des “supergaz” à effet de serre en passant par la sublimation des calottes glacières des pôles , les idées ne manquent pas. Mais elles ont toute un point commun : elles sont inabordables en pratique, à court comme à moyen terme.

Mais récemment, une équipe a conduit une étude très intéressante, basée sur un matériau révolutionnaire dont on entend régulièrement parler depuis quelques temps : l’aérogel. Il s’agit d’un matériau microporeux, comme une éponge dont les trous seraient microscopiques et occuperaient 99,8% de son volume total. Dans ces pores sont emprisonnées des particules d’air, d’où son nom. Il en résulte des propriétés fascinantes, parmi lesquelles une densité et une conductivité thermique (la capacité à transmettre la chaleur) extrêmement faibles.

Une illustration de la très faible conductivité thermique de l’aérogel | © NASA/JPL-Caltech

Ces propriétés ont donné une idée à l’équipe composée de chercheurs d’Harvard, du California Institute of Technology et du centre d’astrobiologie de l’université d’Edimbourg : pourquoi ne pas tester une sorte de “couette” en aérogel, que l’on pourrait appliquer sur certaines zones de Mars pour les rendre habitables? Si l’idée peut paraître primitive voire stupide, il n’en est rien : elle se base sur un principe physique bien réel, appelé “Solid State Greenhouse Effect”, ou effet de serre à l’état solide.

Ce phénomène radiatif apparaît avec des matériaux qui laissent passer la lumière visible, mais bloquent les autres rayonnement (notamment ultraviolets). Lorsqu’un de ces matériaux (comme la glace) est exposé à une grande quantité de lumière, on constate que la température augmente significativement en dessous du matériau en question.

Le Solid State Greenhouse Effect appliqué à Mars. | © R. Wordsworth, L. Kerber & C. Cockell

Des tests en laboratoire concluants

Les tests en laboratoire avec un soleil artificiel se sont révélés particulièrement concluants : la différence de température entre la couche au dessus et en dessous de l’aérogel a atteint presque 65 °K dans des conditions d’éclairement analogues à celles de Mars ! En termes de protection, le résultat est lui aussi très parlant : l’atténuation du rayonnement UVA et UVB atteint environ 50% avec une couche de 3cm d’aérogel, et même 100% des UVC (le type le plus dangereux pour l’Homme, entièrement absorbé par l’atmosphère sur Terre).

Forts de ces résultats encourageants, les chercheurs ont pensé à mettre au point un modèle censé représenter l’évolution de la température du sous-sol martien dans ces conditions. Mais encore faut-il choisir soigneusement l’endroit où réaliser une telle expérience, même s’il ne s’agit que d’un modèle hypothétique. Car les UV et la température, bien qu’étant des paramètres critiques pour permettre la vie, ne sont pas les seuls à prendre en compte. Il faut également prendre en compte un certain nombre de paramètres supplémentaires.

Parmi eux, la pression atmosphérique très faible est un problème majeur, car beaucoup d’organismes ont des mécanismes de respiration basés sur les pressions partielles des gaz environnants (notamment en azote). Un autre est la disponibilité en nutriments. A ce niveau, pas de problème : on sait que la surface martienne est comporte certains en abondance, comme le fer et le soufre. Il existe également des dépôts de nitrate localisés par le rover Curiosity  qui pourraient faire l’affaire. De plus, les dépôts de poussière, susceptibles de venir obturer l’aérogel, doivent être évités à tout prix. Et enfin, il faut évidemment de l’eau, dont on sait qu’elle est présente sur Mars sous forme solide.

Une simulation martienne très encourageante

Ils ont donc choisi de réaliser leur modèle en imaginant une couche de 2,5cm d’aérogel dans une zone nommée Deuteronilus Mensae, qui présente des traces d’eau, des réservoirs de nutriments potentiels ainsi que des accumulations de poussières assez faibles d’après des modélisations climatiques.

Une simulation de la température du sol martien sous une couche de 2.5cm d’aérogel de silice. La ligne blanche représente 0°C. Les couleurs jaunes et vertes représentent des zones chaudes. | © R. Wordsworth, L. Kerber & C. Cockell

Et le moins que l’on puisse dire, c’est que les résultats sont très clairs. Sur ce graphique présentant les résultats, on constate très rapidement l’apparition de zones “habitables”, c’est à dire où l’eau pourrait exister à l’état liquide, sur environ 1m de profondeur. Après cinq ans, il existe déjà une zone habitable “permanente” jusqu’à 5m sous la surface. Et après 20 ans (ce qui correspond grossièrement aux estimations les plus optimistes, mais réalistes d’une colonisation martienne), cette zone habitable s’étend même sur 15m de profondeur, avec de larges zones chaudes à plus de 30°C !

Ces résultats montrent clairement que certaines régions de Mars pourraient être modifiées de façon significative avec une infrastructure et une maintenance beaucoup moins importante que les solutions envisagées jusque là. Il faut avouer qu’une couche d’aérogel de 2.5cm, malgré un procédé de production complexe, paraît bien plus aisé à mettre en place que certaines des mégastructures envisagées. L’aérogel à base de silice pourrait donc bien être la piste la plus prometteuse explorée jusqu’ici dans l’optique de rendre Mars habitable.

Un modèle à perfectionner, et des questions à se poser

La création de telles zones chaudes permanentes pourrait être d’une aide formidable pour toutes les recherches en astronomie et en exobiologie, sans même parler de colonisation. Les auteurs précisent aussi que cette technique pourrait également avoir des applications sur Terre, par exemple “ dans des environnements hostiles comme l’Antarctique ou le désert d’Atacama au Chili”.

La prochaine étape de leurs recherches sera de tenter de développer des aérogels de silice encore plus performants, en s’inspirant notamment des diatomées. On sait depuis longtemps que ces organismes utilisent la silice comme matériau de construction, selon un modèle qu’on pourrait appliquer aux aérogels pour en augmenter les performances. Il s’agit donc d’une piste pour développer de nouveaux matériaux capables de laisser passer la lumière visible, mais bloquant les UV.

Il leur faudra également affiner leur modèle au maximum au fur-et-à-mesure que de nouvelles découvertes sur la chimie et la climatologie martienne arriveront. Mais avant de penser à appliquer ce concept , les auteurs précisent toutefois qu’une telle intervention ne serait certainement pas anodine, et pourrait même constituer un point de non-retour. En effet, ils citent cette étude très intéressante qui explique qu’il existe certaines niches où des micro-organismes d’origine terrestre pourraient potentiellement proliférer.

Crédits : NASA

Même si aucune vie n’a été formellement identifiée sur Mars jusque là, s’il en existait bien, il y a de fortes chances pour qu’elle réside dans le sous-sol… et que son développement et sa survie soit compromis, ce qui constituerait un véritable désastre scientifique. L’approche décrite par les auteurs comporte peu de risques dans ce domaine, car elle ne permettrait pas aux organismes terrestres de proliférer en dehors de ces régions affectées par le phénomène de solid state greenhouse effect. Ils tenaient cependant à illustrer que les premières étapes de la colonisation comporteront des questions éthiques et philosophiques fondamentales, qui ne pourront en aucun cas être ignorées.

Les inquiétudes quant au transfert d’une vie terrestre vers mars sont bien réelles, et les risques astrobiologiques associés à cette approche devront être analysés minutieusement et mis en perspective avec les bénéfices potentiels pour la science et l’exploration humaine dans le futur.

Source: Nature