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Mars n’a pas d’eau liquide en surface mais elle a de la poussière et du sable, ce sont des éléments meubles, homogènes et riches qui lui sont, sous ces aspects, équivalents. Il faudra en tirer parti. Sur l’image “à la une” vous voyez au premier plan une étendue de couleur gris-foncé et en arrière-plan, beaucoup plus haut dans la montagne, des masses de couleur beige-clair. La première est une dune de sable basaltique comme on en a observée beaucoup dans la région, les secondes sont des accumulations de poussière agglomérée.
Il y a une première différence entre le sable et la poussière, c’est la taille des grains qui les composent (typiquement sur Mars plus de 50 µm pour le sable et moins de 30 µm pour la poussière, avec abondance aux environs du micromètre). Le grain de sable est plus lourd que le grain de poussière (c’est cela, en rapport avec sa taille, qui l’en distingue). En raison de la faible force du vent résultant de la faible densité de l’atmosphère (pression moyenne au sol martien, 611 pascals), le grain de sable est peu mobile. La caractéristique principale du grain de poussière est au contraire d’être très mobile puisque très léger. Il peut rester en suspension quasi indéfiniment dans l’atmosphère ou bien être transporté autour du globe par les vents les plus forts. Il résulte soit de la décomposition de certaines roches de surface au grain très fin, soit de la saltation des grains de sable eux-mêmes.
Bien sûr en géologie tout évolue avec le temps et la consistance des accumulations de poussière, comme de sable, a changé depuis leur formation et continue à changer. Certaines dunes continuent à bouger, d’autres se sont stabilisées et durcies (diagénèse). La poussière après avoir volé a pu s’accumuler et s’incruster puis elle-aussi durcir (diagénèse). Une grande partie reste mobile, flotte dans l’atmosphère lui donnant sa couleur ocre-rougeâtre, une autre, un peu plus lourde, recouvre le sol, une autre encore qui n’a pu être soulevée depuis très longtemps ou qui est toujours soumise aux mêmes pressions (vents unidirectionnels) s’est tassée et s’est transformée en roche sans doute friable (du moins en surface) comme le lœss chinois. C’est cette dernière variété qui enrobe le pic qui probablement se trouve au centre du Cratère Gale et constitue l’armature du Mont Sharp.
Outre le degré de mobilité, il y a une seconde différence entre le sable et la poussière mais elle en résulte, c’est la composition chimique. En effet la poussière étant globale, elle a été homogénéisée. On retrouvera une composition à peu près identique partout et surtout une très grande richesse en variété d’éléments chimiques car elle reflète l’ensemble de la composition chimique de la surface martienne (ou plus exactement des roches accessibles à l’érosion éolienne au cours des 3,5 milliards d’années pendant lesquels elle a été dominante). Les différentes sondes posées sur le sol de Mars l’ont constaté comme le montre le graphe ci-dessous établi sur la base des observations faites sur des échantillons de sol par les laboratoires mobiles Spirit, Opportunity puis Curiosity, à des endroits très différents de la planète.
Photo PIA16572: “Inspecting Soils Across Mars” 03 12 2012; Crédit image: NASA/JPL-Caltech/University of Guelph; Les niveaux de dioxyde de silicium et des oxydes de fer ont été divisées par 10; Les niveaux de nickel, zinc et brome ont été multipliés par 100
Le sable, lui, résulte de l’érosion locale ; il est donc de ce fait, essentiellement local et reflète la géologie du lieu. Ceci dit les différences sont assez peu marquées du fait de l’absence de tectonique des plaques qui sur Terre mélange et renouvelle les minéraux par métamorphisme. Plus de la moitié du socle rocheux de la surface de Mars est constituée d’éléments magmatiques primordiaux (« mafiques », roches silicatées contenant beaucoup de manganèse et de fer, et « ultramafiques ») alors que la surface des plaines du Nord de Mars ont été recouvertes d’épanchements volcaniques « tardifs » riches en soufre (hespérien surtout et un peu début amazonien) très liquides.
On pourra trouver « autre chose » car l’eau a beaucoup hydraté certains sites pendant quelques petites centaines de millions d’années (jusqu’à -3,6 milliards d’années environ) et le volcanisme a pu sélectionner les minéraux. Les deux ont provoqué ou facilité des réactions chimiques avec les éléments (contenus dans l’atmosphère et dans le sol) entrant en contact avec eux. L’hydratation a produit des argiles (phyllosilicates) et sans doute des filons (concentrations) de minéraux y compris de métaux. Le volcanisme a produit des sulfates et concentré certains métaux.
L’homme sur Mars pourra en tirer profit comme sur Terre. Il pourrait certes exploiter le sous-sol de Mars en creusant des mines mais cela impliquerait des infrastructures lourdes, difficiles à importer ou alternativement à créer sur place et de toute façon à exploiter. Il sera sans doute préférable, du moins au début de son installation, que tout simplement il ramasse le sable ou la poussière de surface (sol) et en extraie les minéraux dont il aura besoin, notamment le fer et les métaux sidérophiles, la silice (pour le verre) et les sulfates.
La collecte pourrait se faire par pelles mécaniques robotisées opérant sur sites repérés pour leur abondance et pour leur proximité de la base (à combiner avec la proximité des gisements de glace d’eau !), ou au niveau des filtres des aspirateurs d’atmosphère qui alimenteront des concentrateurs en liaison avec les installations de transformation du CO2 en méthane et oxygène. Comme ces filtres devront constamment être nettoyés, le produit du nettoyage pourrait facilement être traité d’autant qu’il pourrait y avoir plusieurs filtres aux mailles de plus en plus serrées (les poussières pourraient être libérées par vibrations périodiques des filtres placés au-dessus de bacs circulants). Pour le traitement (la fonte et la purification des éléments) on peut imaginer des fours solaires alimentés par de grandes surfaces réfléchissantes (comme le four solaire d’Odeillo dans les Pyrénées). Ce four dont vous voyez une image ci-dessous, permet de parvenir très vite à des températures très élevées (à Odeillo, 3500 ° C). L’utilisation de ces ressources pour produire du verre ou des structures en fer / acier, sera essentielle et s’imposera très vite compte tenu de la masse qu’ils représentent et dont l’importation depuis la Terre serait fort coûteuse et donc très limitée.
Référence :
“Chemical, mineralogical, and physical properties of Martian dust and soil” par D.W. Ming et R.W. Morris, Astronautical Research and Exploration Science Division, NASA JSC (LPI contribution n°1966, 2017).
Image à la Une: le Mont Sharp (Cratère Gale) vu le 25 septembre 2015, photo NASA (avec éclairage terrestre restitué, « white balanced »). La « tache » foncée au premier plan est une partie du champ de dunes nommé « Bagnold ». Crédit NASA/JPL-CalTech/MSSS
Image ci-dessous : principe du four solaire d’Odeillo: