Ci-dessus Image: Sol rouge de la surface de Mars © Public Domain

Peu de gens prennent le temps de réfléchir à l’importance du sol. Pourtant, nous ne pourrions pas vivre sans lui. Les plantes que nous mangeons, et celles dont se nourrissent les animaux que nous mangeons, dépendent du sol. Les racines des plantes ont besoin du sol comme soutien physique. Les plantes y captent également les nutriments dont elles ont besoin pour croître et se développer sainement. Les futurs astronautes effectuant une mission à long terme sur Mars voudront probablement faire pousser des fruits et des légumes pour les ajouter à leur régime alimentaire composé d’aliments emballés (voir Les aliments dans l’espace). Toutefois, le sol sur Mars n’est pas le même que sur Terre... Sera-t-il possible de faire un potager martien?

La Composition du Sol sur Terre

Le sol sur Terre contient des matières minérales, des matières organiques, de l’air et de l’eau (voir la figure 1). Le sol abrite également une gamme d’êtres vivants allant des animaux fouisseurs aux vers de terre et aux microbes. Les microbes, comme les bactéries et les champignons, sont très importants pour un sol sain et donc une croissance saine des plantes. Par exemple, ils décomposent la matière organique pour recycler les éléments nutritifs (voir ci-dessous). Certaines bactéries présentes dans le sol sont essentielles à la fixation de l’azote, le processus qui transforme l’azote atmosphérique (un nutriment essentiel des plantes) en une forme utilisable par les plantes.

Les matières minérales sont composées de petites particules provenant de la météorisation, ou désintégration des roches sur la surface de la Terre. Le sol sur Terre est composé d’environ 45 % de matières minérales. Les particules minérales dans le sol sont appelées argile, limon ou sable, selon leur taille. La quantité relative de chaque particule détermine les propriétés du sol. Un sol riche en argile a de petites particules minérales et peut contenir beaucoup d’eau et de nutriments. En revanche, un sol sablonneux contient de grandes particules minérales et ne peut pas renfermer beaucoup d’eau ou d’éléments nutritifs. La taille des particules minérales du limon se situe entre celle de l’argile et celle du sable, de sorte qu’un sol riche en limon contient une quantité moyenne d’eau et de nutriments.

Les matières organiques sont toutes les matières qui contiennent du carbone et qui proviennent d’un être vivant. Les matières organiques du sol sont composées de déchets d’animaux, de bactéries et de champignons morts, ainsi que de feuilles, de plantes et d’animaux en décomposition. Les vers de terre et les microbes du sol décomposent les matières organiques. Ce processus libère des éléments nutritifs qui peuvent être réutilisés par les plantes en croissance. Le sol sur Terre est composé d’environ 5 % de matières organiques.

L’air est le mélange spécifique de gaz qui constitue l’atmosphère de la Terre. Il y a aussi de l’air dans les espaces entre les composants du sol. Les principaux composants de l’air dans l’atmosphère sont l’azote et l’oxygène, ainsi que le dioxyde de carbone en faible quantité. L’air dans le sol contient moins d’oxygène et plus de dioxyde de carbone que l’air dans l’atmosphère, car les racines des plantes et les microbes utilisent de l’oxygène et produisent du dioxyde de carbone pendant la respiration.

L’eau dans le sol est également présente dans les espaces entre les composants du sol. Ensemble, l’air et l’eau représentent environ 50 % du sol; la quantité d’air par rapport à l’eau varie en fonction de l’humidité du sol.

La Composition du Sol sur Mars

Le sol martien n’a pas les mêmes composants que le sol de la Terre. En fait, le sol sur Mars est presque entièrement composé de matières minérales, avec de petites quantités d’eau (voir la figure 1). Comme il n’y a pas d’êtres vivants sur Mars, son sol ne contient pas de matières organiques. Il n’y a pas d’air dans le sol martien, puisque l’air est propre à l’atmosphère terrestre. L’atmosphère de Mars est composée à 96 % de dioxyde de carbone, en plus d’autres gaz en très petite quantité, mais elle est 100 fois moins dense que l’atmosphère terrestre (voir La Terre et Mars). Étant donné que l’atmosphère de Mars est très mince, il y a très peu de gaz atmosphérique dans le sol martien.

Les matières minérales dans le sol martien viennent de la roche volcanique météorisée. Le sol contient des particules d’argile et de limon, mais c’est globalement un sol sablonneux. Il existe également une fine couche superficielle de très petites particules de poussière. Le sol a une couleur rougeâtre, car il contient beaucoup d’oxyde de fer (rouille). Il ressemble aux sols volcaniques riches en fer sur Terre. En fait, la NASA a fabriqué un pseudo sol de Mars qui provient du sol volcanique d’Hawaï. Contrairement au sol de la Terre, celui qui se trouve sur Mars est relativement homogène (le même partout), car les tempêtes globales de poussière déplacent le sol autour de la planète. (Voir la figure 2.)

Sur la Terre, il y a beaucoup d’eau dans les océans, les lacs et les rivières, et les précipitations sont fréquentes. En revanche, Mars est une planète extrêmement sèche. On y trouve de la glace solide, mais très peu d’eau liquide. Aucune précipitation à base d’eau n’atteint la surface de la planète (voir La Terre et Mars). Cela signifie que le sol sur Mars est également extrêmement sec, contenant seulement 2 % d’eau (voir la figure 1). Les scientifiques pensent que l’eau dans le sol martien est absorbée à partir des vapeurs dans l’atmosphère de la planète.

Le rover Curiosity de la NASA étudie des échantillons de sol et de roches martiens pour en savoir plus sur leur composition et leurs propriétés.

Les Plantes pourraient-elles pousser dans le Sol Martien?

La bonne nouvelle, c’est que les plantes pourraient pousser dans le sol martien, avec de l’aide. Tous les nutriments essentiels aux plantes ont été trouvés dans le sol sur Mars ou dans les météorites martiennes. Cependant, la concentration de la plupart des éléments nutritifs est trop faible pour une croissance saine des plantes, de sorte que le sol martien devra être amélioré avec de l’engrais.

Sur Terre, un pseudo sol de Mars a été utilisé pour plusieurs cultures vivrières différentes. Les scientifiques des Pays-Bas ont fait pousser dix plantes de culture, y compris la tomate, les pois et le seigle (un grain de la famille du blé). Les plantes ont mieux poussé quand de l’herbe fraîchement coupée a été ajoutée en tant que matière organique.

Bien sûr, le pseudo sol de Mars n’est pas vraiment le sol martien. C’est celui qui se rapproche le plus du sol martien actuellement accessible sur Terre. Les scientifiques de l’Institut de technologie de la Floride s’efforcent d’améliorer le pseudo sol pour qu’il ressemble davantage au sol de Mars. Ils cultivent également de la laitue dans le pseudo sol pour trouver le meilleur type d’engrais à ajouter. Il faudra attendre que les missions futures rapportent des échantillons de sol sur Terre pour faire des expériences avec du véritable sol martien.

Pour cultiver des plantes sur Mars, il ne faudra pas se contenter de fertiliser le sol. Le sol martien est nocif pour les plantes et les personnes, car il contient beaucoup de chlore dans des molécules appelées perchlorates. Ces molécules toxiques devront être éliminées avant d’utiliser le sol pour les cultures vivrières.

L’environnement martien est rude et présente de nombreuses difficultés supplémentaires pour la croissance des plantes. Les plantes ont besoin d’eau, mais l’eau liquide sur Mars est rare et trop salée pour leur permettre de pousser. L’eau devra être envoyée de la Terre, ou être recueillie et purifiée sur Mars. Le potager martien aura également besoin d’une protection contre les températures glaciales de la planète et il faudra modifier l’atmosphère pour qu’elle ressemble davantage à celle de la Terre. Mars reçoit moins de lumière solaire que la Terre parce qu’elle est plus éloignée du Soleil. Les fréquentes tempêtes de poussière réduisent davantage la quantité de lumière solaire qui atteint la surface de la planète. Cela signifie qu’il faudra aussi un éclairage artificiel pour cultiver des plantes sur Mars.

Une sorte de serre martienne devra recréer les conditions semblables à celles que l’on trouve sur Terre pour permettre la croissance des plantes. Les scientifiques s’efforcent de relever ces défis, afin de fournir une salade fraîche aux explorateurs de Mars!

Glossaire

Air

Mélange de gaz qui entoure la Terre; nom commun de l’atmosphère terrestre. (L’air contient 78 % d’azote, 21 % d’oxygène, 0,9 % d’argon, 0,03 % de dioxyde de carbone et des traces d’autres gaz.)

Argile

La plus petite particule de matière minérale trouvée dans le sol. L’argile est lisse quand elle est sèche et collante lorsqu’elle est mouillée. Elle a une forte capacité de rétention de l’eau et des éléments nutritifs.

Eau

Substance essentielle pour tous les êtres vivants (tels que nous les connaissons sur Terre); existe sous forme d’eau liquide, de glace solide ou de vapeur d’eau.

Engrais

Substance ajoutée au sol pour améliorer sa capacité à soutenir la croissance des plantes. L’engrais contient souvent les nutriments essentiels aux plantes, soit l’azote, le phosphore et le potassium.

Fixation de l’azote

Processus de conversion de l’azote atmosphérique (N2) en composés azotés (comme l’ammoniac, NH3) pouvant être utilisés par les plantes. Les bactéries du sol sont responsables d’environ 90 % de la fixation de l’azote qui se produit naturellement (par opposition à la fixation industrielle de l’azote dans la fabrication des engrais).

Limon

Particule de matière minérale de taille intermédiaire trouvée dans le sol (plus petite que le sable, mais plus grosse que l’argile). Le limon est lisse et poudreux. Il a une quantité d’éléments nutritifs et une capacité de rétention de l’eau moyennes.

Matière minérale

Composant du sol qui provient de la météorisation des roches sur la surface de la Terre. C’est aussi le composant du régolite qui provient de la météorisation des roches sur la surface d’autres planètes, comme Mars.

Matière organique

Composant du sol qui contient du carbone et qui provient d’un être vivant. Les plantes en décomposition et les animaux sont des exemples de matière organique dans le sol.

Météorisation

Processus qui décompose les roches en petites particules de matière minérale. La météorisation peut être physique (p. ex., cycles de gel-dégel), chimique (p. ex., pluie acide) ou biologique (p. ex., racines de plantes).

Microbes

Organismes unicellulaires uniquement visibles à l’aide d’un microscope. Les bactéries et certains champignons comme les levures sont des exemples de microbes.

Nutriment

Substance qu’un organisme utilise pour survivre et pousser. Les nutriments essentiels sont des éléments nutritifs dont un organisme a absolument besoin. Chez les plantes, il y a 16 nutriments essentiels qui sont absorbés à partir de l’air, de l’eau ou du sol. Les plantes ont besoin de grandes quantités d’azote, de phosphore, de potassium; de quantités moyennes de calcium, de magnésium, de soufre et de petites quantités de fer, de bore, de manganèse, de molybdène, de chlore, de cuivre et de zinc.

Pseudo

Chose qui ressemble à une autre ou qui a des propriétés similaires (p. ex., fausse fourrure, diamants artificiels).

Régolite

Matériau meuble qui recouvre la surface de certaines planètes (Terre, Mars, Mercure), de la Lune et de certains astéroïdes. Le régolite comprend le sol, mais c’est un terme plus large qui inclut aussi les matériaux meubles ne comportant pas de matière organique.

Respiration

Processus utilisé par les plantes et les animaux pour obtenir de l’énergie à partir des molécules de sucre. Il est souvent appelé respiration cellulaire pour le distinguer de la respiration (inspiration et expiration de l’air). La respiration cellulaire utilise l’oxygène et le sucre et produit du dioxyde de carbone, de l’eau et de la chaleur.

Sable

La plus grande particule de matière minérale trouvée dans le sol. Le sable est rugueux et granuleux au toucher. Il a peu d’éléments nutritifs et une faible capacité de rétention de l’eau.