L'eau sur Mars
De l'eau sur Mars ?
Depuis le début de la conquête spatiale, de nombreux progrès ont eu lieu. Ces derniers nous ont notamment permis de suspecter l’existence de l’eau sur Mars.
En effet, en décembre 2003 la sonde Mars Express a confirmé la présence de glace dans la calotte polaire en précisant sa concentration grâce à son détecteur infrarouge. De plus, en janvier 2004 deux rovers Américains ont prouvé que de l’eau liquide avait existée à la surface.
Grâce à son spectromètre, un des rover montra la présence de sulfates. Les sulfates sont des anions (ici sous forme de sels) contenant du soufre et de l’oxygène. Ces éléments indiquent généralement que la roche qui les possède s'est formée dans l'eau ou a été altérée par l'eau. La présence de rides dans certaines roches suggère également que ces roches se sont formées sous l'eau ou au bord d'une ancienne mer.
En 2015, des scientifiques pensaient que de l’eau liquide était présente à la surface de Mars. Des marbrures apparaissaient et disparaissaient en fonction des saisons.
Après de nombreuses analyses (étude de la lumière réfléchie par ces coulées puis de son spectre) les chercheurs on déduit qu’il s’agissait de perchlorates et donc d’eau liquide salée. Or en 2018, nous savons que l’eau est présente sur Mars, à l’état solide à la surface. Mais aussi à l’état liquide uniquement en profondeur.
Marbrures observées par la caméra HiRISE à bord de la sonde Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA et analysées en 2010 par Lujendra Ohja.
Rides correspondant à un ancien réseau fluvial martien. Photographiées par la sonde MGS (Mars Global Surveyor) en 2011
Photographie du cratère Korolev rempli de glace d'eau (2018)
La température moyenne sur Mars approche les -63°C et la pression atmosphérique de celle-ci étant de 600Pa contre 101 300Pa sur terre ces données sont donc bien trop faibles pour que l’eau liquide puisse exister à la surface.
Néanmoins, le sous-sol martien contient en permanence de l’eau liquide.
En effet sous la surface, la température et la pression augmentent grâce à la profondeur ce qui explique que l'on trouve de l’eau liquide à 3 km sous la surface au niveau de l’équateur de la planète. Au niveau des pôles, il est nécessaire de descendre jusqu’à 5 km en dessous de la surface pour obtenir de l’eau liquide. Cependant plusieurs obstacles s'opposent à l'utilisation de cette eau.
Lac liquide souterrain découvert en juillet 2018
Heureusement, l'eau est présente en grande partie à l'état solide. Sous la surface, cette eau est appelée ''permafrost''. Nous trouvons également du permafrost sur Terre en Antarctique. Il s’agit d’un sol dont la température est inférieure à 0°C, c’est donc de la glace stockée sous une couche de terre, et en l'occurrence sous des couches de poussières sur Mars. Pour exploiter cette eau, il est donc nécessaire de forer le sol et faire fondre l'eau gelée.
L’eau à l’état solide est également présente aux régions polaires dans ce que l’on appelle les calottes martiennes. On distingue la calotte polaire boréale et la calotte polaire australe. Elles sont composées de glace d’eau en faible quantité (environ 15 %) et de glace carbonique.
Photographie satellite d'une calotte polaire martienne
Cependant, cette glace d'eau ne peut être utilisée car elle est indissociable de la glace carbonique à laquelle elle est mélangée.
De plus dépouiller Mars de ses ressources naturelles n’étant pas un objectif, les scientifiques préféreraient voir construire une usine de production d’eau potable sur place. C’est là que les vingt ans de recherches menées par la NASA sur les systèmes de survie dans l’espace s’avéreront utiles.
En ce qui concerne l’eau liquide, la principale difficulté de ce projet n’est pas d’extraire cette eau située en profondeur mais plutôt de la rendre potable.
En effet le sol de Mars est très salé, notamment rempli de ce que l’on appelle les perchlorates. Il s’agit de sels potentiellement toxiques pour l’Homme pouvant causer des problèmes thyroïdiens, irriter la peau ou encore abîmer notre système digestif. Nous ne pouvons donc pas prendre le risque de boire cette eau telle qu’elle. Il faut donc la purifier.
Sur Terre, trois méthodes sont utilisées pour épurer les perchlorates :
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L’échange d’ions
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L’osmose inverse
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Le traitement biologique
L'échange d'ions :
L’échange d’ions, qui reste la méthode la plus employée aux États-Unis, consiste à échanger des ions perchlorates avec d’autres ions de la même charge. Le principe de cette purification peut être expliqué avec un exemple d’eau contenant du magnésium et du calcium qui forme du calcaire qu’il faudrait donc éliminer. L’eau qui contient des ions magnésium et calcium traverse une colonne remplie de billes de résines chargées d’ions sodium.
Schéma explicatif de l'échange d'ions
Ces résines dites ‘’échangeuses d’ions’’ ont une affinité plus grande avec les ions magnésium et calcium qu’elles vont retenir, en libérant dans l’eau alors adoucie leurs ions sodium. La résine peut être régénérée par un processus inverse et ainsi être réutilisable.
L'osmose inverse :
L'osmose inverse, quant à elle est un système de purification de l'eau par un système de filtration à travers une membrane semi-perméable qui ne laisse passer pratiquement que les molécules d'eau.
L'osmose se produit quand deux liquides, séparés par une membrane semi-perméable et contenant des concentrations différentes (de sel par exemple), s'équilibrent. La concentration de sel dans les deux compartiments devient donc équivalente.
Il y a osmose inverse uniquement lorsqu’on exerce une pression extérieure supérieure à la pression osmotique. Seules les molécules d'eau passent alors à travers la membrane, générant ainsi une eau débarrassée de ses sels et très pure.
Dans un osmoseur on trouve trois filtres et une membrane.
Schéma de l'osmose et de l'osmose inverse
Le préfiltre et le filtre anti sédiments s'occupent des particules solides présentes dans l'eau brute (sable, rouille, etc.). Le filtre à charbon retient tous les produits chimiques tels que le chlore ou encore les pesticides.
Enfin, la membrane filtre tout le reste, nitrates, calcaire et autres bactéries et virus, pour ne laisser passer que les molécules d’eau (H2O). Les trois filtres permettent de protéger la membrane qui serait endommagée au contact du chlore notamment.
L’eau à présent purifiée nécessite une reminéralisation.
Le traitement biologique de l'eau :
Le traitement biologique de l'eau est un système par lequel les bactéries se nourrissent des perchlorates et les transforment en chlorures non-toxiques.
L’utilisation des microbes présente un avantage de taille par rapport aux deux autres méthodes, dans la mesure où la question du traitement des déchets riches en perchlorates ne se pose pas, ce qui éviterait de polluer Mars.
Cette technologie est utilisée sur Terre notamment pour détruire proprement, le propergol (contenant des perchlorates) utilisé dans les missiles et les airbags à l'aide d'un traitement biologique :
Schéma du traitement biologique de l'eau
C’est la station LICORNE (Ligne industrielle de collecte des objets pyrotechniques et de réduction naturelle des effluents) basée en France qui s’occupe de ce traitement. La station Licorne utilise un procédé issu d'un brevet détenu par Herakles (entreprise spécialisée dans la propulsion de missile et de fusée).
Toutefois, en l’absence de formes de vie martiennes susceptibles de se nourrir des perchlorates, il faudrait importer nos propres bactéries. Les scientifiques de la NASA souhaitent que Mars soit exempte de microbes terrestres le plus longtemps possible, afin d’étudier une éventuelle faune locale sans se soucier d’une quelconque contamination. C’est pourquoi des précautions particulières devront être prises afin de retenir ces bactéries.
