TPE des PS1 du lycée Blaise Pascal

II. Comment Terra former Mars?

-Traces d’eau solide => Pas d’eau liquide
-Pression trop faible => Impossibilité de respirer
-Températures extrêmes => Trop fraiches pour l’homme
-Pas de nourriture, ni d’oxygène => Pas d’êtres vivants

L’eau

Traces d’eau solide dans les calottes glaciaires

-Faire fondre les calottes glaciaires

L’albédo

L'albédo, grandeur sans dimension, est le rapport de l'énergie solaire réfléchie par une surface à l'énergie solaire incidente.
L'albédo est une valeur comprise entre 0 et 1 : un corps noir parfait, qui absorberait toutes les ondes électromagnétiques sans en réfléchir aucune, aurait un albédo nul, tandis qu'un miroir parfait, qui réfléchirait toutes les ondes électromagnétiques sans en absorber une seule, aurait un albédo égal à 1.

L’eau

Traces d’eau solide dans les calottes glaciaires

-Faire fondre les calottes glaciaires

Utilisation du sable noir pour faire fondre les calottes

La pression

Durant une année martienne, la pression atmosphérique peut augmenter de 30% quand, au printemps, la calotte polaire se sublime sous l’effet du rayonnement solaire. Grâce à la fonte de la calotte polaire, la pression pourra être stabilisée

La température

Nécessité d’un effet de serre
-CO2 obtenu a partir de la fonte de la calotte polaire.

-Introduction de bactéries produisant du CO2, qui sont protégés par les rayons UV à l’aide d’autres bactéries.

Création d’un effet de serre
libération dans l'atmosphère martienne de CO2 contenu dans des réservoirs naturels au sol grâce à la chaleur
Densification de l’atmosphère
Blocage des UV

Possibilité d’introduire des végétaux

Introduction de la végétation

Introduction de petits végétaux
=> oxygène obtenu a partir de CO2
=> source possible de nourriture

Introduction de végétaux « lourds »
=> Plus d’oxygène

Mars est la quatrième planète du système solaire en partant du Soleil.

 Elle doit sa couleur rouge à l'oxyde de fer contenu dans son sol.
Cette caractéristique lui a également valu le surnom de "planète rouge".

Mars est deux fois plus petite que la Terre. Sa masse est à peine supérieure

 les températures journalières moyennes à la surface ne dépassent pas -33°C

   La quantité de vapeur d'eau présente dans l'atmosphère est extrêmement faible et variable. Sa concentration est maximale près de la lisière des calottes polaires au printemps. Mars ressemble à un désert de haute altitude très froid. Les températures et les pressions de surface sont trop basses pour que l'eau existe à l'état liquide dans la plupart des régions de la planète. Cependant, on a émis l'hypothèse que de l'eau pourrait exister sous forme liquide en certains endroits, juste en dessous de la surface.

Jadis, de l’eau a coulé sur cette planète. Aujourd’hui, la présence d'eau à l'état solide (les calottes polaires) et gazeux y est attestée.

Elle est entourée d'une mince atmosphère principalement constituée de dioxyde de carbone (95%), d'azote (2,7%) et d'argon (1,6%).

La sonde américaine Global Surveyor, qui s'est placée en orbite martienne le 11 septembre 1997, a dressé la première carte complète du relief de cette planète. Elle a également permis d'en apprendre davantage sur la composition de sa surface et de son atmosphère.

Les lunes de Mars sont Phobos et Déimos.

Phobos est visible avec un télescope assez puissant.   La totalité du satellite a été photographiée par les sondes russes et américaines. Sa surface est pleine de cratères et est parcourue de stries linéaires. Le plus grand cratère, fait 10 km de diamètre. 

Deimos est visible avec un télescope assez puissant.   60% du satellite a été photographié par les sondes russes et américaines. Sa surface est pleine de cratères. Le plus grand a un diamètre de 3 kilomètres.

La planète rouge aurait donc été bleue. Elle est morte aujourd'hui, mais elle a peut-être abrité la vie, dans un passé que l'on sait désormais déchiffrer. L'histoire de Mars, éclaire d'un jour nouveau celle de la Terre et des autres objets du système solaire.

Au moment où le climat de notre planète risque de basculer dans l'inconnu, l'exploration de Mars permet de comprendre ce que la Terre, où l'eau s'est maintenue depuis des milliards d'années, a de véritablement singulier .

 La mince atmosphère actuelle, composée à 95 % de gaz carbonique, n'en contient que des quantités infimes. Cette vapeur d'eau peut se condenser sous forme de givre à la surface, particulièrement vers le pôle Nord où elle forme une calotte de glace permanente

 Mais cette eau, sous forme de vapeur ou de glace, ne représente qu'une très faible quantité de l'eau martienne. On pense que des quantités considérables d'eau se sont échappées dans l'espace au cours du temps.

Mais de nombreux scientifiques pensent qu'une grande partie de l'eau originelle se trouve aujourd'hui figée dans la croûte martienne sous forme de pergélisol...

Diaporama_1

Les Hommes peuvent survivre dans un milieu hostile de deux manières différentes : soit ils amènent leur propre environnement, comme ils le font pour faire de la plongée sous-marine avec bouteilles, soit ils essayent de transformer l'environnement inhospitalier de manière à la rendre habitable. La seconde solution est de loin la plus intéressante : les colons pourraient alors vivre en totale autonomie et indépendamment de la Terre. Dans ce cas, l' "ingénierie planétaire" peut être divisée en deux phases : l'ecopoiesis (mot grec dont la racine signifie 'la réalisation des conditions nécessaires à la vie') suivi de la terraformation proprement dite.
Mais il y a un problème de taille... L'ecopoiesis n'est possible que lorsque l'atmosphère de la planète est formée, pour stopper les radiations solaires, et lorsqu’il y a un effet de serre conséquent.

L'ecopoiesis serait éventuellement possible sur Mars une fois que son atmosphère de CO2 sera densifiée et une fois que l'effet de serre sera augmenté pour faire passer la température martienne au-dessus du zéro. L'atmosphère martienne est composée à 95% de CO2 et à seulement 0,13% d'oxygène (20% sur Terre), mais est peu dense, sa pression n'étant que de 5 millibars. Mars deviendrait alors une planète tiède (au lieu de gelée) mais encore relativement sèche et anaérobique. Pour permettre l'ecopoiesis sur Mars, quatre modifications majeures devraient donc être opérées : augmenter la température de surface de près de 60°C, densifier l'atmosphère, rendre l'eau liquide disponible et diminuer le flux d'U.V. et de rayons solaires. Une fois cela fait, Mars serait biocompatible avec quelques organismes anaérobiques

La présence sur Mars de nombreux sillons créés, on le suppose, par des anciens fleuves, prouve qu'il y a longtemps Mars possédait une atmosphère beaucoup plus dense, composée principalement de dioxyde de carbone. Pour permettre l'ecopoiesis, il faudrait recréer ces conditions perdues. On suppose qu'un réchauffement artificiel de Mars (qui ne serait pas obligatoirement important, quelques degrés seulement), aurait pour conséquence la libération dans l'atmosphère martienne de CO2 contenu dans des réservoirs naturels au sol. Cela augmenterait l'effet de serre, donc la température martienne, et un effet boule de neige se mettrait en place.

L'ecopoiesis est considérée comme possible sur Mars une fois que l'atmosphère de CO2 a été densifiée et que son effet de serre a été augmenté de manière à faire passer la température au-dessus de 0°C. Mais Mars resterait plutôt tiède, et surtout relativement sèche et entièrement anaérobique. Ces conditions ne sont pas adaptées à l'Homme, mais certains extrêmophiles les considèreraient comme paradisiaques.

L’utilisation de nombreuses bactéries est indispensable à l’ecopoiesis de Mars :

mol_cules_pour_mars

• Chroococcidiopsis est une bactérie primitive vivant dans des petites coquilles protectrices et transparentes qui agissent à la fois comme cage à moisissures et à UV.

• Matteia pourrait être utilisé pour libérer le CO2 sur Mars contenu dans le régolite, en tant que participant au cycle biogéochimique du carbone.

• Deinococcus Radiodurans est une bactérie hétérotrophique qui possède une résistance impressionnante aux UV et aux radiations ionisantes. Une étude génétique de cette bactérie nous permettrait de développer des costumes martiens protégeant son porteur des radiations UV tant que la couche d'ozone n'est pas formée

   

   

  Conclusion : 

  Petit à petit l'atmosphère deviendrait respirable pour les petits végétaux, comme les algues, les mousses ou les lichens. Ceux-Ci feraient double usage : ils serviraient de ressources renouvelables en oxygène, et de nourriture pour les futurs colons. Une fois ces végétaux introduits avec succès, le taux d'oxygène de l'atmosphère augmenterait encore jusqu'à un point acceptable pour les végétaux 'lourds', comme les arbres. Le taux d'oxygène subirait alors une nouvelle hausse progressive, qui serait combinée par l'ajout d'un gaz inerte tel que l'azote dans l'air martien en vue de diminuer le taux de C02. A partir de là, la vie animale deviendrait possible sur la planète terraformée.

   

 site :http://www.astrosurf.com/mwa-astro/TPE_01/terraformation1.htm

- Première etape :

Faire de mars une planète qui peut permettre l'implantation d'une flore primitive qui va introduire de du dioxygène, indispensable à la vie de l'homme. Inclut Eau sous forme liquide (Voir Y a t-il de l'eau sur Mars ? et Faire "évaporer" les calottes de mars grace à l'albédo.) et une pression qui s'approche de la pression de la terre (Voir Pression atmosphérique).

- Deuxième etape :

Introduire la flore primitive permettant à l'homme de vivre en s'y nourrissant et ayant assez d'oxygène.

Pression atmosphérique

A l’origine, Mars devait posséder une pression de 5 bars mais sa faible attraction n’a pas été suffisante pour retenir les gaz qui se sont alors échappés dans le vide. L'activité géologique de Mars qui est inexistante depuis longtemps n'a pas permis le renouvellement de l'atmosphère par le volcanisme que connaît la Terre. De plus il est possible que de grosses météorites aient soufflés l’atmosphère et contribué à la diminution de la pression. Par conséquent la pression actuelle sur Mars est de 5,6 mbar, ce qui constitue environ 1/180ème de celle de la Terre.

Une pression trop basse

Une telle pression est beaucoup trop basse et doit être augmentée lors du processus de terraformation.

Tout d'abord on ne peut pas trouver d'eau liquide tant que la pression partielle en H2O est inférieure à 6,1 mbars. Or les pressions partielles maximales pour l'eau n'atteignent pas 0,66 millibars. L'eau ne peut donc exister que sous forme de vapeur ou de glace. Tant que la densité de l'atmosphère, donc sa pression, n'augmente pas, Mars ne peut voir d'eau couler à sa surface.

De plus une pression atmosphérique (barométrique) trop basse empêche la vie. Sur Terre, la valeur standard de la pression au niveau de la mer est de 1013,25 hectopascals. Cette pression permet à l'organisme de maintenir un certain équilibre. Tout changement de pression peut provoquer problèmes chez l'Homme. C'est le cas lors de la plongée sous-marine , où l'augmentation de la pression engendre un phénomène de "bloodshift" (c'est-à-dire une diminution du volume de sang jusqu'à 1 litre). Lorsque l'altitude augmente, la diminution de la pression atmosphérique s'accompagne de la diminution de la pression partielle en O2. Ainsi au-delà de 5000 m sur Terre, l'Homme peine à respirer. C'est pourquoi les avions possèdent une cabine pressurisée et des masques à oxygène. Les avions de ligne volent à 10 km d'altitude. Or marcher sur le sol de mars équivaut à voler à 55 km d'altitude sur Terre en termes de pression. Une augmentation conséquente est donc nécessaire.

Si la pression actuelle ne permet absolument pas à l'homme de vivre à l'air libre sur Mars, elle ne permet pas non plus au micro-organismes les plus résistants de survivre. Pour permettre aux premiers êtres vivants de coloniser Mars, il faut multiplier la pression actuelle par 18 (pour atteindre 100 mbars).

Comment augmenter la pression atmosphérique martienne ?

Durant une année martienne, la pression atmosphérique peut augmenter de 30% quand, au printemps, la calotte polaire se sublime sous l’effet du rayonnement solaire. Si la nature provoque un tel changement régulièrement, l'homme peut facilement l'accentuer et le rendre permanent.

Tout d'abord, une utilisation efficace du CO2 permettrait d'atteindre cet objectif. En effet, selon certaines estimations, les calottes polaires contiendraient assez de CO2 pour multiplier la pression atmosphérique actuelle par 10 ou par 20. Les réserves du régolite permettraient de gagner encore un facteur 4 ou 5 pour atteindre une pression finale voisine de la moitié de la pression atmosphérique terrestre.

Une fois que cette méthode aura permis à la pression d'atteindre la valeur-seuil de 100 mbars, des micro-organismespourront prendre le relais et produire des gaz destiné à densifier l'atmosphère, donc à élever la pression barométrique.

Finalement, comme la pression varie avec l'altitude selon une loi approximativement exponentielle, l'homme pourrait s'installer dans les zones les plus basses de Mars voire creuser des fosses assez profondes pour permettre une augmentation conséquente de la pression atmosphérique (voir image ci-dessous. Mais ces projets ne sont pas compatibles avec la libération de l'eau à l'état liquide. Les océans recouvriraient en effet ces colonies.

http://tpe.mars.pagesperso-orange.fr/d%E9but.htm

http://fr.wikipedia.org/wiki/

L'albédo, grandeur sans dimension, est le rapport de l'énergie solaire réfléchie par une surface à l'énergie solaire incidente. C'est une notion comparable à la réflectivité, mais d'application plus spécifique, utilisée notamment en astronomie et en planétologie — ainsi qu'en géologie. Le termealbédo dérive étymologiquement du latin albēdo2 qui signifie « blancheur, » et a été introduit auxviii^e siècle en optique et en astronomie par le mathématicien et astronome suisse Johann Heinrich Lambert. Par définition, l'albédo est une valeur comprise entre 0 et 1 : un corps noirparfait, qui absorberait toutes les ondes électromagnétiques sans en réfléchir aucune, aurait un albédo nul, tandis qu'un miroir parfait, qui réfléchirait toutes les ondes électromagnétiques sans en absorber une seule, aurait un albédo égal à 1.

L'albédo est utilisé en astronomie pour avoir une idée de la composition d'un corps trop froid pour émettre sa propre lumière, en mesurant la réflexion d'une source lumineuse externe, comme le Soleil. On peut différencier ainsi facilement les planètes gazeuses, qui ont un fort albédo, des planètes telluriques qui ont elles, un albédo faible.

[IMG]http://tpe.mars.pagesperso-orange.fr/images/albedo.gif[/IMG]

A l'inverse une matière solide ou liquide possède au contraire un albédo caractéristique de sa composition chimique. Par exemple, la glace a un albédo compris entre 0.30 et 0.50 alors qu'un océan a un albédo de 0.07. Or les ondes électromagnétiques visibles et invisibles transmettent de l'énergie. Lorsqu'un corps dont l'albédo est strictement inférieur à 1 reçoit de la lumière, qui contient des ondes électromagnétiques (les ondes infrarouges étant celles qui transmettent le plus de chaleur), un transfert d'énergie s'opère et ainsi le corps se réchauffe. D'où l'idée de diminuer l'albédo des calottes polaires (de 0.77 sur mars) afin d'augmenter l'énergie absorbée. D'après une étude de la NASA, en abaissant cet albédo à seulement 0,73 les calottes pourraient être entièrement vaporisées dans l'atmosphère en 100 ans.

Une méthode pour y parvenir serait de tirer parti du sable noir qui recouvre certaines régions de Mars notamment proches des pôles. On pourrait alors transporter ce sable et le redéposer sur les calottes polaires afin de réduire l'albédo des glaces de ces calottes. Une autre manière d'élever la température de la calotte serait de la saupoudrer d'une substance pulvérulente noire (poudre de charbon) ou de plantes psychrophiles (qui peuvent se développer à des températures comprises entre -10°C et 20°C) fortement pigmentées. Ce projet serait probablement plus simple à réaliser que la construction d'un grand miroir orbital dans l'espace. Le vent risque cependant de perturber d'une manière non négligeable un épandage de ces substances noires, et il est fort possible que les dépôts soient arrachés de la surface des calottes par l'activité éolienne avant d'avoir pu jouer leur rôle. Mais cela comporte un grand intérêt dans la mesure où un sol noir (composé par exemple de cendres) possède un albédo compris entre 0.05 et 0.16.

 ●Phobos

Dimensions : 27 * 21 * 19 km 
Masse : 1,26 millions de milliards de tonnes 
Densité : 2,0 
Distance moyenne de Mars : 9 380 km 
Rotation : 7 h 39 min 
Révolution : 7 h 39 min 
Vitesse de libération : 0,11 km/s 
Découverte : Asaph Hall en août 1877 
Inclinaison de l'orbite sur le plan équatorial de Mars : 1° 

Phobos est visible avec un télescope assez puissant.  

 La totalité du satellite a été photographiée par les sondes russes et américaines. Sa surface est pleine de cratères et est parcourue de stries linéaires. Le plus grand cratère, Angelina Stickney (épouse de l'astronome qui a découvert les satellites), fait 10 km de diamètre. Lors de l'impact, le satellite a faillit se briser. C'est pour cela qu'on pense qu'il est morcelé de l'intérieur.

●Deimos

Dimensions : 15*12*11 km 
Masse : 0,18 million de milliards de tonnes 
Densité : 1,7 g/cm^3 
Distance moyenne de Mars : 23 460 km 
Rotation : 1 j 6 h 18 min 
Révolution : 1 j 6 h 18 min 
Vitesse de libération : 0,006 km/s 
Découverte : Asaph Hall en août 1877 
Inclinaison de l'orbite sur le plan équatorial de Mars : 1,5° 

Deimos est visible avec un télescope assez puissant

60% du satellite a été photographié par les sondes russes et américaines. Sa surface est pleine de cratères. Le plus grand a un diamètre de 3 kilomètres.

http://tpemars.free.fr/intro.htm

Y a t-il de l'eau sur Mars ?

Question d’importance, il y-a-t-il de l’eau sur Mars. La réponse est oui. Plus exactement il en reste : on l’a trouvée. La planète rouge aurait donc été bleue. Elle est morte aujourd'hui, mais elle a peut-être abrité la vie, dans un passé que l'on sait désormais déchiffrer. L'histoire de Mars, éclaire d'un jour nouveau celle de la Terre et des autres objets du système solaire. Elle pose en termes inédits la question de l'apparition de la vie. Phénomène banal dans l'Univers, ou exclusivement terrestre ? Elle relance et oriente la recherche de vie extraterrestre. Au moment où le climat de notre planète risque de basculer dans l'inconnu, l'exploration de Mars permet de comprendre ce que la Terre, où l'eau s'est maintenue depuis des milliards d'années, a de véritablement singulier .

 Plusieurs hypothèses ont été proposées pour expliquer cette disparition : soit cette eau se serait évaporée, soit elle serait contenue dans le sous-sol, sous forme de glace, dans ce qu'on appelle le pergélisol.

     La mince atmosphère actuelle, composée à 95 % de gaz carbonique, n'en contient que des quantités infimes. Cette vapeur d'eau peut se condenser sous forme de givre à la surface, particulièrement vers le pôle Nord où elle forme une calotte de glace permanente (en revanche, la calotte polaire sud, plus froide, semble majoritairement constituée de gaz carbonique gelé). De fins nuages de glace sont également visibles dans l'atmosphère, surtout les matins d'hiver dans l'hémisphère nord. Mais cette eau, sous forme de vapeur ou de glace, ne représente qu'une très faible quantité de l'eau martienne. On pense que des quantités considérables d'eau se sont échappées dans l'espace au cours du temps.

Mais de nombreux scientifiques pensent qu'une grande partie de l'eau originelle se trouve aujourd'hui figée dans la croûte martienne sous forme de pergélisol. Une preuve indirecte est fournie par la présence de cratères formés par des météorites dits à « éjectats lobés ». Le matériau éjecté par les collisions semble avoir formé une coulée de boue aux abords de ces cratères. 

lTab_eau

Site : http://www.franceculture.com/emission-continent-sciences-planete-mars-rouge-rouille-bleue-2011-01-31.htm

http://tpemars.free.fr