Dioxyde de carbone (CO2)
Sur Terre, le dioxyde de carbone (CO2) est produit par la décomposition de certaines matières, la respiration des plantes, des hommes et des animaux, ainsi que la combustion de composés à base de carbone (bois, charbon, hydrocarbures). Il disparaît de l’atmosphère par la photosynthèse des plantes ou est absorbé par les océans. Il est le deuxième gaz à effet de serre en importance dans l’atmosphère terrestre, après la vapeur d’eau.
Le CO2 sur Mars à sa formation
Par le dégazage qui a eu lieu peu après la terraformation de Mars, l'atmosphère primitive de la planète devait être composée en grande partie de CO2 (2 bars en pression partielle). Mais aujourd'hui, il ne reste que 3,8 % du CO2 primitif dans l'atmosphère. On peut donc se poser la question de savoir où le CO2 est actuellement stocké.
Le CO2 sur Mars aujourd'hui
- Le CO2 constitue 95,3 % de l'atmosphère martienne soit une pression partielle d'un peu moins de 5,3 mbars. Ce CO2 est à l'origine d'un cycle chimique : le rayonnement U.V. dissocie la molécule de CO2 en monoxyde de carbone (CO) et en dioxygène (O2) mais il dissocie aussi les molécule d'eau (H2O) qui libèrent des radicaux hydroxyle (OH). Ces radicaux catalysent la recombinaison du CO et de l'O2 en CO2 et le cycle recommence (schéma ci-dessous). L'atmosphère martienne doit donc sa grande stabilité à la présence de très petites quantités de molécules d'eau. Mais cette stabilité ne concerne que 1% du CO2 présent à l'origine. L'atmosphère ne stocke donc qu'une petite partie du CO2 présent sur Mars.
- Il est aussi stocké sur une mince couche au-dessus de la glace des calottes polaires et s'incorpore dans les calottes polaires de façon régulière. Mars possède en effet une inclinaison de 25° 12' qui est assez proche de celle de la Terre (23° 27'), ce qui donne à la planète un cycle semblable des saisons. Celles-ci se remarquent spécialement par la formation d'une couche CO2 glacé sur les calottes polaires lors des périodes froides (il faut que la température soit de -123°C pour que le CO2 puisse se condenser) et de la sublimation de celle-ci en été. Le cycle des saisons est représenté sur le schéma suivant :
- Une dernière hypothèse, liée à celle d'une présence passée d'eau sur Mars, est que le CO2 de l'atmosphère primitive s'est lié avec du calcium (Ca) pour former du carbonate de calcium (CaCO3, plus connu sous le nom de calcaire). Sous l'effet des pluies, le CO2 donne effectivement naissance à des ions carbonates. Le ruissellement de l'eau sur les continents provoque quant à lui l'altération des roches silicatées et libère des ions, notamment l'ion calcium. Les ions carbonates se lient alors avec les ions calcium pour donner du carbonate de calcium (voire équation ci-dessous) qui, insoluble dans l'eau, précipite et s'accumule au fond des océans.
Mais ce mécanisme a tout aussi bien lieu sur Terre. Cependant, la tectonique des plaques (qui n'existe pas ou plus sur Mars) contre le piégeage du CO2 sous forme de carbonates. Au niveau des zones de subduction le calcaire est entraîné vers l'asthénosphère. L'augmentation des conditions de pression et de température sont à l'origine de leur fusion et le CO2 est libéré. Il retourne ensuite à l'atmosphère par le volcanisme, notamment explosif comme pour le volcan Krakatoa :
Ainsi Mars possède de grandes réserves naturelles de CO2, mais comment de futurs colons pourraient les exploiter pour injecter ce CO2 dans l'atmosphère?
Comment libérer le CO2 de Mars
Il existe différents moyens d'extraire le CO2 selon les finalités proposées et l'endroit où il est stocké.
Envisageons d'abord les calottes polaires (ci-dessous : la calotte polaire nord). Celles-ci pourraient libérer leur dioxyde de carbone par un réchauffement de leur température. D'ailleurs, durant l'été martien une partie du CO2 présent dans les calottes se sublime. Plusieurs projets sont envisageables afin de réchauffer et de faire fondre les calottes polaires. On pourrait utiliser de vastes miroirs solaires qui concentreraient l'énergie sur les calottes ou bien en diminuer l'albédo.
En ce qui concerne le CO2 prisonnier du régolite sous forme de carbonates, le moyen employé resterait un réchauffement mais qui devrait être cette fois plus profond et plus brutal car le but est cette fois de vaporiser le régolite pour projeter le CO2 qu'il contient dans l'atmosphère. Il faudrait donc recourir à des explosions nucléaires, des impacts d'astéroïdes ou encore un rayonnements thermiques très énergétique (lasers).
Le rôle du CO2
Le CO2 a un rôle important à jouer pour la terraformation :
C'est tout d'abord un gaz à effet de serre. C'est-à-dire qu'il parvient à piéger la chaleur renvoyée par la surface. Ainsi, une bonne utilisation du CO2 libéré permettrait de lancer un processus d'effet de serre qui réchaufferait considérablement la température. D'ailleurs, il suffirait de libérer du CO2 en faisant en sorte que la température des calottes polaires augmente de 4°C pour initier un cycle vertueux. En effet, le CO2 ainsi libéré contribuera à amorcer un effet de serre qui réchauffera d'autant plus les calottes polaires qui libéreraient encore plus de CO2... Ainsi par un effet "boule de neige" le processus serait lancé.
Mais sa libération massive dans l'atmosphère martienne permettrait aussi de l'étoffer et d'augmenter la pression atmosphérique martienne.
Le dioxyde de carbone, par sa présence abondante et naturelle sur Mars et par ses différentes propriétés, constitue un outil majeur pour la terraformation de Mars.