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Tout ce qu’il faut savoir sur le sol martien

Sol rouge de la planète Mars

Sol rouge de la planète Mars (NASA)

Sol rouge de la planète Mars

Sol rouge de la planète Mars (NASA)

Lisibilité
6.9

Quels sont les liens avec mon programme d'études?

Découvre les différences entre le sol de Mars et celui de la Terre, et ce que cela signifie pour faire pousser des plantes sur la planète rouge.

On ne réfléchit pas souvent à la composition du sol, mais on ne pourrait pourtant pas vivre sans ce dernier. Les plantes que nous mangeons, et celles dont se nourrissent les animaux que nous mangeons ont besoin du sol. Les plantes et leurs racines ont besoin du sol pour les soutenir physiquement. Elles y captent aussi les nutriments dont elles ont besoin pour croître et se développer sainement.

Les plantes trouvent 16 nutriments essentiels dans l’air, l’eau et le sol. Elles absorbent notamment de grandes quantités d’azote, de phosphore et de potassium. Elles ont aussi besoin de calcium, de magnésium et de soufre, ainsi que d’une petite quantité de fer, de bore, de manganèse, de molybdène, de chlore, de cuivre et de zinc.

On pense bien que les astronautes qui partent pour de longues missions sur Mars voudront cultiver leur propre nourriture pour compléter les aliments préemballés déjà à leur disposition. Mais serait-il possible de faire un potager sur Mars?

La composition du sol sur Terre

Le sol sur Terre contient des matières minérales, des matières organiques, de l’air et de l’eau.

Engrais

Le sol sur Terre est composé d’environ 45 % de matières minérales. Les matières minérales sont composées de petites particules provenant de la météorisation, ou désintégration des roches sur la surface de la Terre. Les particules minérales dans le sol sont appelées argilelimon ou sable, selon leur taille.

La quantité de particules détermine les propriétés du sol. Les sols à forte teneur en argile sont composés de petites particules minérales. Ils peuvent contenir beaucoup d’eau et de nutriments. L’argile est lisse lorsqu’elle est sèche et collante lorsqu’elle est mouillée. Les sols sablonneux sont composés de grosses particules minérales. Ils ne peuvent pas retenir beaucoup d’eau ni de nutriments. Le sable est rugueux et granuleux. Les particules de limon ont une taille qui se situe entre celles des particules d’argile et celles de sable. Les sols riches en limon retiennent donc une quantité moyenne d’eau et de nutriments. Le limon est lisse et poudreux.

Triangle de textures
Un triangle de texture du sol (Parlons Sciences utilise une image de Dmarcus100 [CCBY-SA 3,0] via Wikimedia Commons).
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Voici un graphique en couleur qui illustre les différents sols en fonction du pourcentage d’argile, de limon et de sable qu’ils contiennent.

Il s’agit d’un triangle de texture du sol. Le triangle est divisé en 12 sections de différentes formes et tailles. Chaque section a une couleur propre à elle et présente un type de sol. Les trois côtés du triangle sont gradués de 0 à 100 à intervalles réguliers.

Sur le côté gauche, il est écrit « Argile en % » et une flèche pointe vers le haut. Les sections qui touchent à ce côté sont les suivantes : sable de 0 à 10 %, sable limoneux de 10 à 15 %, limon sableux de 15 à 20 %, limon argilo-sableux de 20 à 35 %, argile sableuse de 35 à 55 % et argile de 55 à 100 %.

Sur le côté droit, il est écrit « Limon en % » et une flèche pointe vers le bas. Les sections qui touchent à ce côté sont les suivantes : argile de 0 à 40 %, argile limoneuse de 40 à 60 %, limon argileux fin de 60 à 73 %, limon fin argileux de 73 à 87 % et limon très fin de 87 à 100 %.

Sur le côté inférieur, il est écrit « Sable en % » et une flèche pointe vers la gauche. Les sections qui touchent à ce côté sont les suivantes : limon très fin de 0 à 20 %, limon fin de 20 à 50 %, limon sableux de 50 à 70 %, sable limoneux de 70 à 86 % et sable 86 à 100 %.

Au centre du triangle, tu peux constater que deux sections ne touchent à aucun côté. On retrouve le limon argileux, juste sous la grande section « argile ». On retrouve aussi le limon, juste en dessous de la section « limon argileux ».

Matière minérale

Une matière organique est quelque chose qui contient du carbone et qui provient de restants d’organismes vivants. La matière organique du sol inclut les déchets animaux, les bactéries et les champignons morts, ainsi que les feuilles, les plantes et les animaux en décomposition. Les vers de terre et les microorganismes décomposent les matières organiques dans le sol. 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.

Les vers de terre décomposent la matière organique
Les vers de terre décomposent la matière organique (Source : Ben185 via iStockphoto).
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Voici une photo en couleur de plusieurs vers de terre dans la terre.

Sur ces vers dodus et luisants, on peut voir des lignes texturées. L’un de leur côté est presque blanc, alors que l’autre comporte différentes nuances de rouge, de rouille ou d'orange. Le sol est composé d’une terre riche et foncée. Dans la terre, il y a des petits morceaux de brindilles ici et là.

L’air

L’air est le mélange de gaz qui compose notre atmosphère. On retrouve aussi de l’air dans les espaces créés entre les particules du sol.

Le savais-tu?

L’air est composé de 78 % d’azote, 21 % d’oxygène, 0,9 % d’argon et 0,03 % de dioxyde de carbone. L’air contient aussi de petites quantités d’autres gaz.

L’air dans le sol contient moins d’oxygène, mais plus de dioxyde de carbone que l’air dans l’atmosphère. En effet, les racines des plantes et les microbes utilisent de l’oxygène et produisent du dioxyde de carbone pendant la respiration cellulaire.

L’eau 

L’eau se trouve aussi dans les espaces entre les particules du sol. Ensemble, l’air et l’eau constituent environ 50 % du sol. La quantité d’air par rapport à l’eau change en fonction de l’humidité du sol.

Le sol abrite aussi de nombreux êtres vivants. Il peut s’agir d’animaux fouisseurs comme les taupes, de vers de terre ou encore de microorganismes. Les microorganismes comme les bactéries et les champignons sont très importants pour la santé du sol. Ils sont aussi essentiels à la saine croissance des plantes. Par exemple, les microbes décomposent la matière organique pour recycler les éléments nutritifs.

Certaines bactéries du sol sont essentielles à la fixation de l’azote. L’azote est un nutriment essentiel pour les plantes, mais les plantes ne peuvent pas absorber l’azote présent dans notre atmosphère. La fixation de l’azote est le processus qui transforme l’azote gazeux atmosphérique en une forme d’azote que les plantes peuvent absorber.

La composition du sol sur Mars

Le sol sur Mars 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. Il contient aussi un peu d’eau.

Proportion des constituants du sol sur Terre et sur Mars
Proportion des constituants du sol sur Terre et sur Mars (Parlons sciences utilise des données de l’Université de l’Illinois et de space.com).
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Ici, on peut voir deux graphiques en couleur qui illustrent la composition du sol sur Terre et du sol sur Mars.

Ce sont deux graphiques en arc, se courbant, de gauche à droite, vers le haut. Chaque graphique comporte des sections colorées dans lesquelles sont inscrits différents pourcentages. Une légende sous chaque graphique indique ce que chaque couleur représente et son pourcentage.

La première section du graphique de gauche, celui du sol sur Terre, est bleue. Elle représente 50 %. Ce pourcentage correspond à l’eau et à l’air. La deuxième section est grise et compte pour 45 %. Elle correspond à la matière minérale. La troisième section est brune et compte pour 5 %. Elle correspond à la matière organique du sol.

La première section du graphique de droite, celui du sol sur Mars, est bleue et compte pour 2 %. Ce pourcentage correspond à l’eau et à l’air. La deuxième section est grise et compte pour 98 %. Elle correspond à la matière minérale.

Le sol martien ne contient aucune matière organique. Les êtres vivants, comme nous les connaissons, n’ont pas vécu sur Mars. De plus, le sol martien ne contient pas d’air. L’air se trouve uniquement dans l’atmosphère terrestre. L’atmosphère de Mars est composée à 96 % de dioxyde de carbone, et contient d’autres gaz en très petites quantités. L’atmosphère de Mars est aussi 100 fois moins dense que l’atmosphère de la Terre. Puisque l’atmosphère de Mars est très mince, il y a très peu de gaz atmosphérique dans le sol martien.

Attention aux fausses idées!

Le sol, par définition, comprend des matières organiques. Comme il n’y a pas de matières organiques sur Mars, il n’y a techniquement pas de sol. En fait, Mars a plutôt du régolithe. Il s’agit d’un terme général pour désigner la matière meuble qui recouvre la surface de certaines planètes comme la Terre, Mars et Mercure. Le régolithe recouvre aussi la surface de la lune de la Terre et de certains astéroïdes. Le régolithe englobe le sol, mais il comprend aussi la matière meuble sans matière organique. Chez les scientifiques, le régolithe sur Mars est communément appelé « sol », même si le régolithe et le sol ne correspondent techniquement pas à la même chose.

Les matières minérales dans le sol martien proviennent de la roche volcanique météorisée. Le sol contient des particules de la taille de celles de l’argile et du limon, mais il s’agit plutôt d’un sol sablonneux. À la surface, on retrouve aussi une fine couche de très petites particules de poussière. Le sol a une couleur rougeâtre, car il contient beaucoup d’oxyde de fer, donc de rouille.

Le sol sur Mars ressemble aux sols volcaniques riches en fer sur Terre. En fait, la NASA a simulé un sol martien en utilisant du sol volcanique d’Hawaï. Contrairement au sol sur Terre, le sol sur Mars est assez homogène. C’est-à-dire qu’il est presque partout pareil. Cela s’explique par le fait que de très fortes tempêtes de poussière déplacent constamment le sol à la surface de la planète.

Des échantillons de sol provenant de quatre sites différents sur Mars
Des échantillons de sol provenant de quatre sites différents sur Mars (Source : NASA/JPL-Caltech).
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Voici quatre photos couleur, disposées comme une seule image, montrant des échantillons de sol de Mars.

La première photo est la photo A. Elle montre un sol lisse de couleur rouille, parsemé de petites pierres grises. Deux tranchées de matière plus pâle s’étendent en diagonale sur la photo.

La deuxième photo est la photo B. Elle montre une tranchée de matière beige pâle qui s’étend en forme de V sur la photo. Autour de cette tranchée, on retrouve un sol brun foncé.

Au premier plan de la troisième photo, la photo C, on y voit un robot et ses deux bras mécaniques tendus. Le sol à l’arrière-plan est teinté de rouge et de brun foncé, parsemé de nombreux rochers pointus qui s’étendent au loin.

La quatrième photo, la photo D, est une vue rapprochée d’un sol brun foncé qui semble lisse au fond, mais friable sur le dessus.

Les sols examinés par le rover Spirit (A et B), l'atterrisseur Viking (C0 et le rover Curiosity (D) étaient tous similaires. La matière blanche dévoilée par les roues du rover Spirit (A et B) sont des dépôts minéraux.

Sur la Terre, on retrouve beaucoup d’eau dans les océans, les lacs, les fleuves et rivières. Les précipitations, comme la pluie et la neige, sont aussi très fréquentes sur Terre. Mars, en revanche, est extrêmement sèche. Sur Mars, il y a de la glace, donc de l’eau à l’état solide, mais très peu d’eau liquide. Aucune précipitation à base d’eau ne tombe sur la surface de la planète. Le sol de Mars est donc extrêmement sec. Il ne contient que 2 % d’eau. Les scientifiques pensent que l’eau dans le sol martien provient des vapeurs d’eau dans l’atmosphère de la planète.

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

Les plantes pourraient-elles pousser dans le sol de Mars?

La bonne nouvelle, c’est qu’avec un peu d’aide les plantes pourraient pousser dans le sol martien. Tous les nutriments dont les plantes ont besoin ont été trouvés dans le sol ou dans les météorites sur Mars. Toutefois, la quantité de la plupart des nutriments est trop faible pour une croissance saine des plantes. C’est pourquoi il faudrait ajouter de l’engrais au sol si on veut y faire pousser des plantes.

Sur Terre, les scientifiques ont utilisé un simulant (ou imitation) de sol martien pour faire pousser plusieurs cultures différentes. Des scientifiques des Pays-Bas ont cultivé dix sortes de plantes. Notamment des plants de tomates, de pois et de seigle. Les plantes ont mieux poussé quand de l’herbe fraîchement coupée était ajoutée comme matière organique.

Bien sûr, le régolithe simulé de Mars ne correspond pas au vrai sol martien. Mais c’est ce que nous avons de plus semblable ici sur Terre. Des chercheurs de l'université d'État du Colorado ont cultivé les premières plantes dans le sol martien. Les scientifiques de l’Institut de technologie de la Floride s’efforcent d’améliorer le simulant de sol pour qu’il ressemble encore plus au sol de Mars. Ces scientifiques cultivent aussi de la laitue dans le simulant de sol pour trouver le meilleur type d’engrais à ajouter.

Une petite quantité de simulant de régolithe martien « JSC MARS-1A »
Une petite quantité de simulant de régolithe martien « JSC MARS-1A » (Source : Z22 [CC BY-SA 3.0] via Wikimedia Commons).
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Voici une photo en couleur d’un simulant de régolithe martien.

Le petit tas de matière brun-rouge se trouve sur une surface gris pâle. La matière semble poudreuse. À gauche du tas de poussière, on peut voir de fines particules de poussière, tandis qu’au pourtour du tas, on retrouve de petites miettes de matière.

Les expériences dans le véritable sol martien devront attendre les futures missions. Un jour, des échantillons de sol martien seront collectés et rapportés sur Terre pour des expériences.

Il faudra plus qu’un simple engrais pour faire pousser des plantes sur Mars. Le sol martien est nocif pour les plantes et les humains. En effet, il contient beaucoup de chlore dans des molécules appelées perchlorates. Ces molécules toxiques, qui tuent les microorganismes, devront être retirées avant que le sol puisse servir à faire pousser des cultures alimentaires sur Mars. Pour en savoir plus sur les perchlorates, consulte l’article de Futura Sciences.

L’environnement rude sur Mars crée aussi de nombreux défis supplémentaires pour la croissance des plantes.

Défi Solution possible
L’eau
Les plantes ont besoin d’eau, mais il n’y a pas beaucoup d’eau liquide sur Mars. L’eau est aussi trop salée pour faire pousser des plantes.
L’eau devra être envoyée de la Terre, ou être recueillie et purifiée sur Mars.
La température
Les plantes ne peuvent pas survivre aux températures glaciales de la planète.
Les plantes devront être protégées et réchauffées.
La lumière
Mars reçoit moins de lumière du Soleil que la Terre parce qu’elle est plus loin du Soleil. Les tempêtes de poussière fréquentes réduisent la quantité de lumière solaire qui atteint la surface de la planète.
Les plantes auront besoin de lumière artificielle pour croître.

Les futurs explorateurs et exploratrices de Mars devront avoir une sorte de serre martienne pour recréer des conditions semblables à celles de la Terre. Les scientifiques devront donc relever ces défis. Imagine pouvoir manger une salade fraîche sur Mars!

En savoir plus

Une salade en orbite, ou le défi de cultiver des légumes dans l'espace (2021)
Cet article de Radio-Canada présente le Défi de l'alimentation dans l'espace lointain de l’Agence Spatiale Canadienne et la NASA.

Des géologues imitent le sol de Mars afin d’y faire pousser des végétaux ! (2020)
Cet article de Sciencepost.fr explique la recherche en lien avec le sol pseudo-martien.

Et si on s'installait sur Mars ?
Cette vidéo (5 min 6 s) de Et Si explique ce qui rend la colonisation de Mars difficile.

Pourrions-nous vraiment habiter sur Mars ?
Cette vidéo (4 min 29 s) de Ted Ed en anglais avec sous-titres français présente les défis des futures colonies martiennes.

Références

American Society of Agronomy, Crop Science Society of America, & Soil Science Society of America. (n.d.). The soils of Mars: Physical, elemental, and mineralogical properties.

Espace Pour la Vie in Montreal. (n.d.). Plants’ nutrient requirements. City of Montreal.

Florida Institute of Technology. (2016, October 17). Researchers explore Martian farming.

Langly, C. (2020, May 12). The dirt on soil conservation. Let's Talk Science.

Let's Talk Science. (2019, September 3). What is inside soil?

Let's Talk Science. (2019, September 21). What is soil?

NASA. (n.d.). Curiosity rover

NASA. (2015, October 5). Can plants grow with Mars soil?

Sharp, T. (2017, December 12). What is Mars made of? Composition of planet Mars.

Soil Science Society of America. (2014, November 21). January: Soils sustain life.

Soil Science Society of America. (2015, June 23). July: Soils are living!

University of Illinois. (n.d.). The great plant escape: Case 2 – facts of the case.