Récolter l'hydratation: comment collecter l'eau sur Mars

Nous rêvons d'envoyer des humains sur une autre planète depuis des décennies, et avec le récent regain d'intérêt pour l'exploration de Mars, il semble que cela pourrait un jour devenir une réalité.

Mais il y a beaucoup de travail à faire avant que nous soyons prêts à ce qu'une personne mette le pied sur la planète rouge.

De toutes les ressources dont les visiteurs de Mars auront besoin, l'une des plus importantes est l'eau - non seulement pour boire, mais aussi pour fabriquer du propulseur de fusée et d'autres substances comme l'oxygène. Et si nous sommes dans l'espoir d'y implanter une agriculture, nous aurons besoin de beaucoup d'eau pour faire pousser les cultures.

Mais la surface de Mars ressemble à un désert sec et inhospitalier. Aujourd'hui, Mars n'a ni lacs, ni rivières, ni précipitations.

Alors, d'où allons-nous puiser notre eau? Nous avons parlé à trois experts pour le savoir.

Cet article fait partie de Vie sur Mars – une série en 10 parties qui explore la science et la technologie de pointe qui permettront aux humains d'occuper Mars

Trouver de l'eau sur Mars

Même si nous sommes à de nombreuses années d'établir une base pleinement opérationnelle sur Mars, des agences spatiales comme la NASA réfléchissent déjà à la question de l'eau. Apporter de l'eau de la Terre n'est pas pratique - c'est beaucoup trop lourd pour transporter toute l'eau nécessaire à une mission dans une fusée. Le plan est donc de collecter de l'eau de l'environnement de Mars, et pour ce faire, nous aurions besoin de savoir où se trouve l'eau.

La bonne nouvelle est qu'il y a beaucoup d'eau sous forme de glace à la surface de Mars, y compris de la glace recouvrant les pôles et dans énormes cratères. La mauvaise nouvelle est qu'une mission dans ces régions glaciales présente ses propres problèmes, comme la quantité d'énergie qu'il faudrait pour garder les humains et les machines au chaud à des températures aussi basses que -240 ° F. C'est pourquoi la plupart des missions sur Mars se concentrent sur les régions de latitude moyenne, où les températures sont plus douces.

Il n'y a pas de glace à la surface dans ces régions, bien qu'il y ait de la glace sous le sol. Mais à moins que vous ne vouliez envoyer un astronaute avec une pelle pour échantillonner chaque parcelle de terre de la planète, vous avez besoin d'un moyen de cartographier cette glace souterraine rapidement et efficacement.

X marque l'endroit

C'est ce sur quoi travaillent Gareth Morgan et Than Putzig du Planetary Science Institute dans le cadre du projet SWIM (Subsurface Water Ice Mapping). Eux et leurs collègues ont combiné 20 ans de données provenant de cinq instruments orbitaux différents de Mars pour cartographier où la glace se trouve le plus probablement sous la surface. À lui seul, chaque ensemble de données, comme les lectures radar ou les indications d'hydrogène, ne peut vous en dire beaucoup sur si la glace se trouve à un endroit particulier, mais en combinaison, ils peuvent indiquer quels seraient les meilleurs emplacements pour trouver de la glace être.

Le but de leur travail est d'aider la NASA à sélectionner les futurs sites d'atterrissage pour les missions en équipage afin que les astronautes puissent accéder glace souterraine, tout en laissant autant de liberté que possible pour sélectionner une exploration scientifiquement intéressante zone.

"La technologie et l'ingénierie vont définir comment mettre les humains sur Mars", a déclaré Morgan, "et ils vont avoir leurs propres contraintes quant à l'endroit où cela peut se produire. Ils veulent également que la communauté scientifique trouve les endroits les plus scientifiquement viables, intéressants et fascinants où atterrir. Notre travail consiste donc à relier ces deux mondes en donnant aux deux équipes une large compréhension de l'endroit où se trouvent les ressources.

Cette carte peut montrer où la glace est susceptible de se trouver, mais seulement si cette glace est à moins de cinq mètres sous le sol. Il est également difficile d'être précis sur la profondeur exacte de la glace dans une zone donnée, car les méthodes de détection utilisées ne peuvent fournir que des estimations approximatives de la teneur en glace à cet endroit.

Et il y a une grande différence pratique dans la difficulté d'accéder à la glace qui se trouve à quelques centimètres sous la surface par rapport à la glace qui se trouve sous des mètres de roche dense.

Un nouvel outil pour détecter la glace

Pour déterminer la profondeur de la glace sur Mars, nous aurons besoin de nouveaux efforts comme le Mission Mars Ice Mapper: Un vaisseau spatial sur lequel la NASA et d'autres agences spatiales internationales travaillent ensemble qui orbite autour de Mars et utilise deux types de méthodologies radar pour détecter la profondeur de la glace située sous le surface.

"L'idée centrale est d'avoir un radar à plus haute fréquence et à plus haute résolution", a expliqué Putzig. La mission Ice Mapper en est encore au stade de la conception, et lui et Morgan n'y sont pas directement impliqués. Mais ils ont entendu parler des concepts de la mission par d'autres scientifiques, et ils ont partagé quelques détails sur la façon dont cela fonctionnera.

La première méthode radar que le mappeur utilisera est appelée imagerie radar à synthèse d'ouverture. Cela implique un radar pointé à un angle par rapport à la surface, ce qui "vous donne une idée de la large distribution de la glace peu profonde", a déclaré Putzig. "Vous pouvez cartographier cela sur une grande région assez rapidement avec cette méthode."

La deuxième méthode est le sondage radar, où le radar est pointé droit vers le bas pour rebondir sur le dessus de la couche de glace. Cela vous indique la profondeur de la couche de glace. Lorsque vous combinez les deux, "vous obtenez une vue cartographique et une vue en coupe", a-t-il déclaré.

Et puis vous savez où creuser.

Accéder à l'eau une fois que nous l'avons trouvée

La localisation de la glace n'est que la première étape dans la collecte de l'eau. Pour passer des blocs de glace solide sous le sol à de l'eau propre et salubre à boire et à d'autres fins, nous devrons trouver un moyen d'extraire et de traiter la glace.

Si vous savez à quelle profondeur se trouve la glace et que vous pensez qu'il y a une quantité importante de glace à laquelle accéder, vous pouvez creuser pour y accéder. Le problème, comme l'a expliqué Sydney Do, le responsable du projet Mars Water Mapping au Jet Propulsion Laboratory de la NASA, est que vous devez savoir quel type de roche vous allez forer afin de pouvoir apporter le bon outil pour le emploi.

Actuellement, notre compréhension de la composition de la surface et du sous-sol de Mars est limitée, ce qui a causé des problèmes lors de missions sur Mars comme InSight, où la sonde thermique de l'atterrisseur ne pouvait pas entrer sous la surface parce que le sol avait des niveaux de frottement légèrement différents de ceux attendus. Nous aurons donc besoin de plus d'informations sur la composition des roches dans une zone particulière avant de pouvoir concevoir une foreuse pour y creuser un tunnel.

Une fois que vous avez foré un trou dans la glace, vous pouvez utiliser un système appelé puits Rodriguez, actuellement utilisé sur Terre dans des endroits comme Antarctique, pour accéder à l'eau. Essentiellement, vous plongez une tige chauffée dans le trou foré, ce qui fait fondre la glace et crée un puits d'eau liquide que vous pouvez ensuite pomper à la surface. Cela nécessite de fournir de l'énergie sous forme de chaleur, mais c'est un moyen efficace d'accéder à des quantités d'eau potentiellement importantes.

Roches cuites

Il existe également une autre option pour collecter l'eau: nous pourrions l'extraire des minéraux hydratés, qui sont abondants dans de nombreuses régions de Mars. Il y a des roches comme du gypse qui contiennent de l'eau, et si vous écrasez, puis faites cuire ces roches, vous pouvez condenser l'eau et la récupérer.

Mais repérer ces minéraux n'est pas facile. Pour identifier ces minéraux hydratés depuis l'orbite, les chercheurs utilisent une technique appelée spectroscopie de réflectance. Les instruments des engins spatiaux autour de Mars peuvent détecter la lumière du soleil lorsqu'elle est réfléchie par la surface, créant ce qu'on appelle des spectres. Certaines longueurs d'onde de la lumière réfléchie sont absorbées par certains produits chimiques, ce qui permet aux scientifiques de déduire de quoi sont faites les roches en dessous. Mais ce signal n'est que la moyenne pour la zone observée, et il peut y avoir plusieurs produits chimiques qui absorbent les mêmes longueurs d'onde. Ainsi, déchiffrer les différents signaux peut être un défi.

"La façon dont j'aime l'expliquer est la suivante: vous avez un gâteau que vous avez reçu", a déclaré Do. « Il faut essayer et déterminer de quels ingrédients il a été fait et quelle quantité de chaque ingrédient a contribué à faire cela gâteau. C'est essentiellement ce que nous faisons avec ces signaux réfléchissants - nous essayons de les décomposer en leurs éléments constitutifs pour comprendre ce qu'il y a dedans.

Sécuriser l'eau

Dans tous les cas, une fois que vous avez collecté de l'eau en faisant fondre de la glace ou en faisant cuire des pierres, vous devez la traiter. L'eau peut être pleine d'impuretés nocives comme des métaux lourds ou des sels comme les perchlorates, elle doit donc être nettoyée et dessalée avant de pouvoir être utilisée. En théorie, nous savons comment faire cela en effectuant un traitement similaire à celui de l'eau sur Terre, mais un défi sur Mars est que nous ne savons pas actuellement à quels contaminants s'attendre.

Comme de nombreux aspects de la gestion de l'eau sur Mars, le problème n'est pas dans le concept mais dans l'exécution. La technologie de gestion de l'eau sur Terre est bien comprise, mais il reste encore beaucoup à faire avant de pouvoir construire un système qui fonctionnerait sur une autre planète.

"Nous connaissons les principes fondamentaux pour faire cela", a déclaré Do. "Mais nous ne comprenons pas parfaitement les conditions environnementales dans lesquelles nous aurions à faire fonctionner ces machines." Tout, de la mince atmosphère de Mars à sa faible gravité en passant par son poussière abondante pourrait changer le fonctionnement des machines. Sans oublier que non seulement un système d'eau devrait être suffisamment petit et léger pour être installé sur une fusée, mais il devrait également être extrêmement fiable - il n'y a pas d'ateliers de réparation sur Mars.

C'est là que la prochaine frontière de l'innovation technologique émergera. Nous savons maintenant comment construire un système d'extraction et de traitement de l'eau, a déclaré Do, "mais en tournant ces principaux dans une technologie qui fonctionne de manière fiable dans l'environnement auquel nous nous attendons - c'est toujours ouvrir."

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