L'alimentation
Une autre problématique très importante et également vitale sur la planète Mars : l'alimentation. En effet, comment se nourrir durablement sur cette terre rouge hostile aux végétaux ? Nous allons étudier les obstacles à l'agriculture sur Mars, voir ce que dit la fiction et si ce serait plausible.
Si vous demandez aux gens s'ils ont vu le film Seul sur Mars, ils vous répondront pour la plus grande part d'entre eux par : "Ah oui ! C'est le film où il plante des patates dans ses excréments non ?" En effet, c'est un passage marquant du film autant que du livre : Mark Watney utilise ses excréments ainsi que ceux de ses camarades repartis pour fertiliser le sol martien et y faire pousser des pommes de terre.
cultiver sur Mars
A) Ce que dit la fiction
Le problème :
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Mark Watney doit attendre l'arrivée de l'équipage d'Arès IV sur Mars, la prochaine mission habitée censée rejoindre Mars. Mais elle aura lieu quatre ans plus tard, et risque d'être annulée, car la Terre entière le croit mort. Quatre ans, cela correspond à 1412 sols. Or, en se rationnant avec la nourriture prévue pour la mission de six personnes et d'une durée d'un mois, il peut tenir 400 sols : Mark doit donc trouver une solution pour combler ses besoins pour les mille sols et quelques qu'il lui reste. Il explique à la page 23 du livre qu"il y a, dans le sol de la planète, pas mal d'éléments indispensables à la croissance des plantes, mais [qu']il lui manque aussi énormément de choses propres à la Terre." Sans parler de l'atmosphère et des besoins en eau… En revanche, il est en possession d'"un peu de terre et de graines", que la NASA a apportés, mais beaucoup trop peu pour se nourrir si longtemps, surtout que ce sont des graines d'"herbes diverses et de fougères".
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Par conséquent, cultiver sur cette planète lui semble d'abord très compliqué, car il est exposé à un grand nombres de problèmes : le sol, l'eau (que nous avons déjà résolu dans la partie précédente), la trop faible quantité de terre, et bien évidemment l'absence de graines comestibles.
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La solution :
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Pour la terre, Mark pense à se servir des excréments comme engrais. L'homme utilise ce procédé depuis des siècles et on l'appelle en anglais le "night soil", le sol de nuit. Les excréments, qui ont été gardés et séchés, sont dépourvus de bactéries, mais en les mélangeant à de l'eau et à des bactéries actives (celles de ses nouvelles déjections), ces dernières se multiplient et cela peut fertiliser le sol martien. C'est pourquoi, il apporte dans l'Habitat 9,2 mètres cubes de terre martienne "sans vie", comme il l'explique dans son journal de bord du sol 14. Ces occupations sont peu agréables mais traitées par Mark avec humour ; il sait également que c'est sa seule chance de survie.
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Le problème des graines non comestibles est rapidement réglé : en effet, après avoir cherché dans l'Habitat, il trouve "plein de graines à semer" : des "pois", des "haricots" et douze pommes de terre. Il choisit de cultiver les pommes de terre qui sont idéales pour les calories. Elles apportent 770 calories par kilogramme. Il fait des calculs et se rend compte que même si cette culture se déroule au mieux, il ne pourra tenir que 90 sols de plus : il décide alors d'agrandir son champ au maximum et rajoute même des tentes à l'extérieur de l'Habitat. Il coupe en quatre chaque pomme de terre, en "[s]'assurant que chaque morceau comport[e] au moins deux yeux".
Nous pouvons voir, sur ce schéma en coupe transversale d'une pomme de terre, les yeux du légumes, qui sont directement visibles par des reliefs à
sa surface.
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Pour pousser, les plantes ont besoin de lumière. Mark Watney s'adapte à la très fine atmosphère martienne : il ne peut pas faire pousser ses plantes à l'extérieur ; il fait ses plantations à l'intérieur de l'Habitat car dispose d'une lumière artificielle capable d'imiter les bienfaits du soleil.
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Le résultat est concluant puisque, à plusieurs reprises dans le livre, Mark Watney évoque le succès de son entreprise : quand il arrive à communiquer avec la NASA, il écrit "Cultive plantes avec succès dans Habitat" (page 157), et, un peu plus loin : "les botanistes engagés par la NASA confirment [qu'il aura] assez de nourriture pour tenir jusqu'à sol 900" (page 191). De plus, dans son journal de bord du sol 116, il raconte que "la deuxième moisson est presque arrivée" et que son rendement est "excellent". Il se réjouit car il "dispose désormais de 400 plants sains qui [lui] fourniront les nombreuses calories dont [il aura] besoin". L'extrait du film ci-dessous nous montre Mark Watney découvrant la première pousse d'une de ses pommes de terre.
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B) Vérifications scientifiques
Le sol :
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Le sol de Mars, ou régolite, est peu propice à la culture. En effet, la régolite est composée en grande partie de matières minérales et de très peu d'eau, comme le montre le schéma ci-dessous. Par ailleurs, comme il n'y a pas d'êtres vivants sur cette planète, il n'y a donc pas de matières organiques. De plus, la mission Phoénix de la NASA a montré en 2008 que le sol martien est très riche en perchlorate, qui le compose à hauteur de 0,5 % à 1 %. Le perchlorate est utilisé sur terre comme oxydant dans les munitions d'armes à feu notamment ou pour produire le gaz qui gonfle instantanément les airbags. Le problème avec l'ion perchlorate, c'est qu'il est très corrosif et décompose facilement les éléments carbonés, comme nous l'a rappelé Lucie Poulet. Le perchlorate devrait donc être éliminé avant la culture : c'est en effet possible, assez facile et peu gourmand en énergie, des chercheurs l'ont déjà expérimenté. Enfin, le sol martien est riche en potassium, et surtout à basse altitude ; son Habitat se trouve à -4000 mètres. Cela pose également problème pour cultiver des plantes.
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Nous avons essayé, à notre échelle, de faire pousser des plantes dans une matière riche en potassium. Nous avons planté des lentilles dans de l'engrais pour géraniums, appelé NPK (N pour azote, P pour phosphore et K pour potassium).
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Notre expérience de culture dans du NPK :
Matériel utilisé :
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un bocal en verre​
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du NPK de concentration 7 % en potassium
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de l'eau
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une poignée de lentilles​
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Protocole expérimental :
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Nous avons planté des lentilles dans un bocal en verre contenant de l'engrais pour géraniums, ou NPK. Ensuite, nous avons arrosé de temps en temps cette petite culture, sans trop noyer les graines, et l'avons laissée dans un espace ensoleillé pendant huit jours. L'animation ci-dessous est composée de photos que nous avons prises chaque jour :
Nous voyons sur cette animation que les lentilles n'ont pas poussé, malgré les conditions idéales dans lesquelles elles se trouvaient. Nous pouvons en conclure que le potassium présent dans le NPK est un élément qui perturbe la croissance des plantes. Sur Mars, il est par conséquent difficile d'envisager une culture sans avoir éliminé au préalable le potassium présent dans la régolite.
La culture :
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Mark Watney, botaniste de formation, a-t-il eu une idée réaliste en choisissant de fertiliser le sol martien avec des bactéries provenant d'excréments ? Les excréments qu'il récupère en premier lieu sont séchés ; ils ne contiennent pas de bactéries. Il y ajoute donc les siens, pour que les bactéries se multiplient et colonisent l'engrais. Ensuite, il compte sur le même phénomène de multiplication bactérienne pour fertiliser son champ. Ceci est tout à fait plausible, car les bactéries peuvent en effet coloniser tout ce qui les touchent. Les documents ci-dessous montrent qu'une bactérie met environ vingt minutes à se dédoubler. En revanche, le seul risque serait qu'il y ait trop de bactéries dans son champ, et que cela soit nocif aux plants et engendre des pathologies chez la personne qui les mange… Quant aux conditions dans lesquelles se trouvent les patates, elles paraissent tout à fait réaliste. En effet, certaines lampes peuvent imiter les bienfaits du Soleil, et permettre ainsi le bon déroulement de la photosynthèse. De notre côté, nous avons effectué une petite expérience pour comprendre pourquoi Mark Watney n'a pas pu faire ses plantations dehors ; il n'aurait alors eu aucun problème de quantités.
Notre expérience de culture dans des milieux différents :
Matériel utilisé :
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trois bocaux en verre​
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de la vermiculite
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de l'eau
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une poignée de lentilles​
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Protocole expérimental :
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Nous avons planté des lentilles dans trois bocaux en verre différents, contenant de la vermiculite.
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Nous avons arrosé raisonnablement mais régulièrement ces plantations, et les avons laissées dans un espace ensoleillé pendant huit jours, à coté de notre plantation de NPK. L'animation ci-dessous est composée de photos que nous avons prises chaque jour, même principe :
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Nos plantations ont donc poussé, et elles ont atteint une hauteur d'environ neuf centimètres au huitième jour, comme vous pouvez le voir sur la photo suivante :
Ajout de lentilles
Ajout d'eau
Nous avons ensuite séparé nos trois bocaux en des milieux différents ; un est resté dans un espace ensoleillé, pour servir d'expérience témoin ; un autre a été déplacé dans un espace sans lumière, dans l'obscurité ; le dernier a été mis dans un congélateur, dans l'obscurité et à une température de -18°C. Trois jours plus tard, nous sommes allés récupérer les bocaux et les avons mis en commun, pour les comparer.
Vues d'ensemble
Vues de dessus
bocal témoin
bocal laissé dans l'obscurité
bocal laissé dans le congélateur
Observation :
Nous pouvons voir sur ces photos les différences engendrées par un changement de milieu de seulement trois jours. Tout d'abord, le bocal témoin a des lentilles de 15 cm de haut, très vertes, avec un feuillage fourni. Les lentilles laissées dans l'obscurité sont, elles, de 18 cm de haut, mais beaucoup moins vertes, d'une couleur blanchâtre. De plus, nous pouvons observer sur la vue du dessus que le feuillage est beaucoup moins fourni, et que moins de lentilles ont poussé. Enfin, le bocal laissé dans le congélateur présente des lentilles de 4 cm de haut, de couleur verte, repliées sur elles-mêmes et disposant d'un feuillage peu fourni.
Interprétation :
Nous pouvons déduire de ces photos plusieurs choses. Tout d'abord, sans Soleil, les lentilles perdent leur vitalité car la photosynthèse ne se fait pas. Elles puisent dans leur ressources pour pousser, mais ne présentent presque aucun feuillage : les plantes ont donc besoin de Soleil. De plus, le bocal laissé dans le congélateur n'a pas poussé, mais les pousses de lentilles sont restées vertes, même si le bocal n'avait pas d'accès à la lumière du jour. Nous pouvons donc déduire que le froid, ou du moins les températures négatives, nuisent énormément aux plantations, en "gelant" la plante. Cette dernière est comme pétrifiée, et ne réagit plus, même au manque de Soleil.
En somme, cette expérience permet de comprendre pourquoi Mark Watney a décidé de faire ses plantations à l'intérieur de son Habitat. En effet, les conditions extérieures sur la planète Mars présentent un véritable obstacle à la croissance végétale. Ce qui est vrai pour nos lentilles à -18°C l'est encore plus pour ses pommes de terre à -65°C, la température moyenne sur la planète rouge.
La pomme de terre :
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Pourquoi Mark Watney trouve-t-il des patates sous vide mais non congelées dans l'Habitat ? En fait, la NASA a tenu à ce que les membres de l'équipage mangent ensemble mais surtout cuisinent ensemble le jour du Thanksgiving : c'est pourquoi il dispose de ce légume. Sur ce coup, Mark a beaucoup de chance. En effet, au delà de ses qualités nutritives et de son fort apport calorique, alors bienvenu à Mark, la pomme de terre s'adapte à beaucoup de milieux. Cela s'observe notamment au quotidien, lorsque vous retrouvez des pommes de terre germées dans votre resserre à légumes. Nous avons effectué une dernière petite expérience, pour essayer de voir si la pomme de terre peut s'adapter à des milieux un peu plus extrêmes, notamment à l'obscurité et le froid.
Notre expérience de "la pomme de terre dans le frigo" :
Matériel utilisé :
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une pomme de terre germée​
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un réfrigérateur​
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Protocole expérimental :
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Nous avons placé une pomme de terre déjà germée dans l'obscurité et le froid d'un réfrigérateur pendant une semaine.
Nous constatons que les germes de la pomme de terre ont poussé au cours de ces sept jours, malgré l'obscurité et la température ambiante de 4°C.
Avant
Après
En février 2017, la NASA a effectué une expérience de culture de pomme de terre dans un sol très aride issu du désert péruvien de La Joya, dont la nature se rapproche de celui de Mars. Comme on le voit sur cette petite vidéo, le tubercule pousse ! Il n'est pas impossible qu'un jour, des pommes de terre poussent sur la planète rouge…
Conclusion
Par conséquent, dans Seul sur Mars, Mark Watney, qui est obligé de trouver une solution pour survivre, a eu une bonne idée : faire pousser des pommes de terre. Sa démarche scientifique est juste, semble réaliste, si l'on néglige la présence des perchlorates de potassium dans le sol martien.
Grâce à ses plantations, il survit. Toutefois, on peut souligner que son alimentation peut mener à des carences en vitamines et risque d'être nocive à sa santé, étant donné les éléments pathogènes présents dans les excréments et sûrement retrouvés dans les pommes de terre. Par ailleurs, même si elle le maintient en vie, sa nourriture ne lui procure que peu de plaisir. De fait, elle est très peu variée et, à plusieurs reprises, on le voit rêver d'un autre repas… On le comprend !