L’absence d’une atmosphère significative, et donc d’un très faible réchauffement par effet de serre, combinée à la distance de Mars par rapport au Soleil, font de Mars un endroit très froid en effet.
Les seuls phénomènes météorologiques significatifs sur Mars sont les tempêtes de poussière et les vents forts. Ces tempêtes de poussière peuvent occulter le Soleil pendant de très longues périodes, dépassant parfois plusieurs semaines.
Est-ce que la lumière naturelle du Soleil sera suffisante sur Mars pour faire pousser des cultures comme les tomates, si elles sont logées dans une serre adaptée, ou faudra-t-il des serres chauffées artificiellement ?
Les deux images ci-dessous illustrent le spectre solaire vu de la Terre et de Mars respectivement.
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Au-dessus de l’atmosphère terrestre, l’irradiance solaire est légèrement supérieure à 1300 W/m2 (1300 watts par mètre carré). L’atmosphère terrestre n’est pas parfaitement transparente à la lumière solaire et environ un quart de la lumière du Soleil est absorbée ou diffusée avant d’atteindre la surface.
À la surface de la Terre, avec le Soleil directement au-dessus de la tête à midi local (atmosphère sèche et claire), l’irradiance solaire est réduite à environ 1000 W/m2 (1000 watts par mètre carré). Cette valeur est très variable selon des éléments tels que la quantité de poussière et de vapeur d’eau dans l’atmosphère.
A midi local sur Mars, avec le Soleil directement au-dessus de la tête, l’irradiance solaire est de 590 W/m2 (590 watts par mètre carré).
Toutes les mesures ci-dessus sont prises avec la lumière incidente perpendiculaire à la surface absorbante. Si la lumière du soleil tombe sur la surface avec un angle, moins d’énergie sera incidente (par mètre carré) sur la surface.
Les deux caractéristiques les plus importantes de ces images sont :
- Les formes des spectres sont identiques. Ils ne diffèrent que par leur hauteur.
- La surface totale de chaque spectre est proportionnelle à l’énergie totale de la lumière solaire. En d’autres termes, la surface des images est proportionnelle à l’irradiance.
Où sur Terre… ?
L’irradiance solaire maximale sur Mars est d’environ 590 W/m2, contre environ 1000 W/m2 à la surface de la Terre.
L’intensité du Soleil sur une parcelle horizontale de la surface de la Terre de 590 W/m2 se produit lorsque le Soleil est à peine à 36 degrés au-dessus de l’horizon. Par exemple, l’intensité maximale du Soleil, à midi local sur Mars, avec le Soleil directement au-dessus de la tête, est approximativement la même intensité que le Soleil sur Terre à midi le 15 février à Minneapolis, MN ou Portland, Oregon.
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Le graphique ci-dessus compare l’intensité du soleil sur Mars à l’intensité du soleil à votre emplacement sur Terre, en utilisant la date et la latitude de lieux spécifiques. Pour n’importe quelle latitude et n’importe quelle date, vous pouvez déterminer si l’intensité de la lumière solaire sur Terre est inférieure ou supérieure à l’intensité de la lumière solaire sur Mars. Dans la zone ombrée foncée (bleu-vert), l’irradiation solaire sur Terre ne dépasse jamais 590 W/m2 (l’irradiation solaire maximale sur Mars). Dans la zone d’ombre claire (jaune), l’irradiation solaire sur Terre dépasse 590 W/m2 pendant au moins une partie de la journée. Sur la ligne rouge entre les deux zones ombragées, l’intensité de la lumière solaire sur Terre atteint exactement 590 W/m2 pendant quelques instants seulement (à midi local).
Les tomates sur l’île Devon
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L’île Devon est la plus grande île inhabitée sur Terre. Elle se trouve à 75oN et présente des caractéristiques de surface qui ressemblent fortement à la surface de Mars. Étant si loin au nord, l’île Devon a une irradiation solaire similaire à celle de l’équateur martien. À l’exception d’une brève période en juin, l’intensité du Soleil sur l’île Devon ne dépasse jamais l’intensité solaire sur Mars
Vous pouvez vérifier ce fait en localisant les conditions solaires sur Terre, à 75°N sur le graphique ci-dessus.
- La lumière du soleil sera-t-elle suffisante pour faire pousser des tomates à l’extérieur sur l’île Devon ?
Les tomates pousseront-elles à l’intérieur d’une serre sur l’île Devon ou faudra-t-il collecter l’énergie solaire, la stocker dans des batteries, puis la » concentrer » à l’aide de chaleur et de lumière artificielles ?
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Cultiver des tomates avec de l’énergie solaire « concentrée »
Bien que l’intensité lumineuse (à proximité du midi local uniquement) sur l’île Devon soit similaire à celle attendue sur l’équateur martien, la durée de la lumière du jour à cette période est de 24 heures par jour en raison de sa latitude élevée (au-dessus du cercle polaire).
Sur Mars, près de l’équateur, la durée de la lumière du jour est d’environ 12 heures, suivie d’environ 12 heures d’obscurité. Une serre martienne devra être bien isolée pour éviter d’énormes chutes de température la nuit.
Peut-être qu’une combinaison de chauffage passif de la serre pendant la journée, complétée par un chauffage et un éclairage électriques la nuit, sera nécessaire pour fournir un environnement de culture approprié aux plantes à cultiver sur Mars.
La collecte et le stockage de l’énergie solaire est un processus extrêmement inefficace. Une fraction majeure de l’énergie est perdue sous forme de chaleur bien avant qu’elle ne soit rendue disponible sous forme d’énergie lumineuse pour la croissance des plantes.
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