Ci-dessus Image: Surface de l’île Devon, au Nunavut, qui ressemble à celle de Mars
Source: Thomas Graham, Université de Guelph

Les astronautes voyageant vers Mars devront cultiver une partie de leurs aliments afin de survivre et de rester en bonne santé. Pour réussir à cultiver des plantes sur Mars, des structures sous forme de serre seront nécessaires afin d’offrir des conditions de croissance similaires à celles que l’on trouve sur notre planète. Sur Terre, les serres sont des structures composées de murs et de toits de verre ou de plastique transparent qui laissent entrer la quantité maximale possible de lumière du soleil pour qu’elle atteigne les plantes à l’intérieur. Mais sur Mars, y aura-t-il assez de lumière pour répondre aux besoins des plantes en croissance? Plusieurs facteurs influent sur la quantité de lumière qui serait accessible sur Mars pour cultiver des plantes.

Distance du Soleil

La plus grande distance entre Mars et le Soleil signifie que l’intensité maximale (luminosité) de la lumière solaire sur Mars est de beaucoup inférieure (environ 44 %) à celle qu’il y a sur Terre. Ainsi, la plus grande intensité lumineuse que Mars ait jamais connue est à peu près la même que celle que le Canada connaît au milieu de l’hiver, lorsque l’hémisphère nord est incliné en direction opposée au Soleil (voir la figure 1).

Saisons martiennes

Les saisons d’une planète sont déterminées par l’inclinaison de cette dernière sur son axe et par la forme de son orbite autour du Soleil. Comme la Terre, Mars est inclinée à l’opposé du Soleil; en conséquence, lorsque Mars tourne autour du Soleil, il y a des moments au cours de l’année martienne (jours) où une partie de la planète ne reçoit pas de lumière directe du Soleil. Cette inclinaison axiale fait en sorte qu’il y a quatre saisons sur Mars, comme sur Terre. Puisque Mars est deux fois plus éloignée du Soleil, l’année sur Mars est plus longue (1,88 an terrien), et les saisons sont deux fois plus longues que sur Terre.

En outre, la forme de l’orbite de Mars, qui est très elliptique (orbite excentrique) par rapport à l’orbite terrestre, entraîne des saisons de différentes longueurs. Par exemple, dans l’hémisphère nord sur Mars, le printemps dure 7 mois, l’été dure 6 mois, l’automne dure 5,3 mois et l’hiver un peu plus de 4 mois. Cela signifie que le nombre d’heures de clarté et l’intensité lumineuse à différents moments de l’année peuvent ne pas être suffisants pour répondre aux besoins des plantes.

Répercussions des conditions météorologiques

La quantité de lumière atteignant la surface de Mars peut également être considérablement affectée par les conditions météorologiques. En raison de sa distance par rapport au Soleil et de son atmosphère mince, Mars a une surface très froide qui se réchauffe très peu par l’effet de serre (environ 6 degrés Celsius). Les phénomènes météorologiques les plus importants sur Mars sont les tempêtes de poussière et les vents. Ces tempêtes de poussière peuvent bloquer le rayonnement solaire direct pendant de très longues périodes, parfois pendant plusieurs semaines ou même plusieurs mois! Sans lumière suffisante pendant tout ce temps, les plantes ne seraient pas en mesure de produire assez de nourriture par photosynthèse et elles mourraient lentement.

Il semblerait donc que, selon l’endroit où seront situées les habitations sur Mars, la période de l’année et les conditions météorologiques, des sources de lumière artificielle seront nécessaires pour fournir une quantité de lumière sûre et adéquate afin de cultiver des plantes sur cette planète. En même temps, les scientifiques mènent également des recherches sur les plantes afin de trouver des moyens de diminuer leurs besoins en lumière.

Recherches Terrestres sur les Plantes Martiennes

Y aura-t-il suffisamment de lumière solaire naturelle sur Mars pour faire pousser des plantes comme les tomates? Des serres avec une lumière artificielle seront-elles nécessaires? Les scientifiques spécialistes des plantes se sont efforcés de trouver des réponses à ces questions clés grâce à des études menées ici sur Terre!

L’île Devon, au Nunavut (Canada), est la plus grande île inhabitée de la Terre. Les caractéristiques de sa surface ressemblent fortement à celles de la surface de Mars, avec un paysage stérile et rocheux et des températures qui plongent souvent à -50 °C et qui dépassent rarement 5 °C (voir la figure 2).

Située à une latitude d’un peu plus de 75 °N, l’île Devon bénéficie d’une insolation semblable à celle de l’équateur martien. Les scientifiques supposent que la première habitation humaine sur Mars sera située près de l’équateur martien où les changements saisonniers qui peuvent affecter l’intensité lumineuse sont moins perceptibles. Sauf pour une brève période en juin, l’intensité du Soleil sur l’île Devon ne dépasse jamais l’intensité solaire sur Mars. Cela signifie que l’île Devon offre un excellent environnement pour faire des recherches sur les plantes en raison des conditions de lumière qui ressemblent à celles de Mars. En 2002, la serre Arthur C. Clarke a été installée dans cet environnement analogue à celui de Mars, près du bord du cratère Haughton sur l’île Devon, non loin de la station de recherche arctique Flashline Mars (FMARS) (voir les figures 3 et 4). Les chercheurs apprennent ici comment exploiter une serre dans ce climat extrême.

Les scientifiques spécialistes des plantes ont mené des expériences et testé des technologies de détection (webcams et capteurs de surveillance de l’environnement) capables de surveiller les conditions de croissance à l’intérieur de la serre ainsi que l’état des plantes (voir la figure 5). Plusieurs plantes, y compris les radis, les betteraves, la laitue et les tomates, ont été cultivées dans cette serre sur l’île Devon.

La recherche sur l’île Devon aide également les scientifiques à apprendre à maintenir une serre et à répondre aux besoins des plantes sans réellement avoir d’êtres humains sur place pour s’en occuper.

Pendant 11 mois de l’année, l’environnement de culture est maintenu grâce à des systèmes de contrôle et d’irrigation automatisés à distance (satellite), à des panneaux solaires, à des systèmes de chauffage pour soutenir la croissance et à un réseau de caméras pour suivre l’évolution des plantes (voir la figure 6). Ces techniques de jardinage automatisé pourraient être utiles pour se préparer à l’arrivée des humains sur Mars (pour que la nourriture et l’air soient prêts pour l’arrivée de l’équipage) ou pour continuer la culture des plantes entre les missions. Le succès de cette serre dans l’environnement extrême de l’île Devon sera une bonne indication de la possibilité de cultiver des plantes sur Mars.

Glossaire

Habitation

Endroit où vivre.

Insolation

Quantité de rayonnement solaire frappant la Terre ou une autre planète.

Orbite excentrique

Orbite qui s’écarte d’un cercle parfait.

Transparent

Caractéristique du matériau qui permet à la lumière de passer à travers lui.