La Colonisation de Vénus

Bonjour à tous,

Je continue sur ma lancée et, fort logiquement et de façon extrêmement prévisible, je vais aborder le cas de Venus.

Une brève présentation de Venus

Venus est la seconde planète du système solaire et peut être considérée comme la soeur jumelle de la Terre. Une soeur jumelle maléfique.

Avec une masse de 4.8676 x 10^24 kg, une aire de 4.60 x 10^8 km², un volume de 9,28 x 10^11 km³, Venus représente respectivement 81,5% de la masse de la Terre, 90% de sa surface et 86,6% de son volume.

Son orbite est plus proche du Soleil que celle de la Terre puisqu’on se trouve à 0,72 UA (pour rappel, la Terre est -logiquement- à 1 UA). Son orbite est quasiment circulaire, ce qui n’est pas plus mal, et prend 224,65 jours terrestres.

Il s’agit de la planète se rapprochant le plus de la Terre : à peine 41 millions de kilomètres au point le plus proche.

Jusque-là, tout va bien.

Mais soudain, ça dérape salement : la rotation de Venus est lente, très lente. Jugez-en : il faut 243 jours terrestres pour que Venus finisse une seule rotation sur son axe. Les journées, sur Venus, sont longues, c’est le moins qu’on puisse dire. Vous remarquerez aussi qu’une journée venusienne prend plus d’une année locale…

La nuit et la journée, toutefois, ne sont pas de 120 jours chacun mais d’environ 56 jours terrestres (Venus tourne lentement sur elle-même, certes, mais tourne aussi autour du Soleil, de sorte que les jours « solaires » ne correspondent pas aux périodes de rotation).

L’atmosphère de Venus est plutôt dense. C’est le moins qu’on puisse dire. Au sol, vous avez une pression de 92 bars, soit environ 90,8 fois la pression atmosphérique terrestre. Je pense que la chose n’est pas évidente à visualiser ; si vous avez déjà été en montagne à une certaine altitude, vous vous êtes peut-être rendu compte que vous avez plus de mal à respirer : la pression diminue avec l’altitude (par exemple, à 5000 mètres d’altitude, on est à 0,5 bar environ). De même, quand vous faites de la plongée sous-marine, la pression augmente (c’est le poids de l’eau au-dessus de vous) : environ 1 bar tous les 10 mètres de profondeur…
Là, à la surface de Venus, on est à l’équivalent d’une plongée à plus de 900 mètres de profondeur sous l’océan.

Venus_atmosphere_compo.svg.png

Autre point important de l’atmosphère de Venus : on y trouve pas mal d’acide sulfurique. Les nuages omniprésents de Venus sont des nuages de dioxyde de soufre, et des gouttelettes d’acide sulfurique. Il y a parfois des pluies d’acide sulfurique… qui n’atteignent jamais le sol : l’évaporation fonctionne avant même d’atteindre la surface. Il pleut de l’acide entre 58 kilomètres d’altitude et 30 kilomètres d’altitude.

Ajoutons au tableau les températures les plus élevées du système solaire -il fait plus chaud sur Venus que sur Mercure !- : 462 degrés Celsius au sol en moyenne, avec des variations entre 482 degrés et 446 degrés. Le pire, c’est que cette température ne vient même pas de la proximité du Soleil : Venus est couverte de nuages, qui renvoie 75% de la lumière du soleil ! Autrement dit, le flux net d’énergie solaire en surface est inférieure à ce qu’on peut avoir sur Terre. Cette température est liée à une chose : l’effet de serre. Un effet de serre énorme. Cet effet de serre est lié à l’atmosphère, qui retient la chaleur, et cela a une implication regrettable : peu importe où vous vous trouvez sur la surface de Venus, l’atmosphère restera atrocement brûlante, y compris aux Pôles.
A titre de comparaison, l’effet de serre de Venus est responsable d’une augmentation de la température de l’ordre de 500 degrés Celsius, contre une trentaine de degrés sur Terre.

A l’époque, l’Union Soviétique a envoyé une douzaine de sondes Venera sur Venus ; certaines ont réussi à se poser, malgré les températures. Mais elles n’ont survécu que 20 à 120 minutes aux conditions locales : les températures, bien sûr ; l’acide sulfurique, évidemment ; mais surtout cette pression atmosphérique énorme ont joué un rôle prépondérant dans ces durées de vie particulièrement brèves.

Venus, une planète habitable?

Une journée qui n’en finit pas, des températures démentielles, des nuages acides, une pression monstrueuse : la réponse paraît évidente.

Non, Venus n’est pas habitable.

Du moins, pas habitable à sa surface. Les fans de science-fiction ne seront pas surpris si je révèle que Venus bénéficie des conditions les plus proches des conditions sur Terre dans tout le système solaire…

Il faut « simplement » rester entre 50 et 60 kilomètres d’altitude.

Évolution de la température et de la pression en fonction de l’altitude (source Wikipédia)

Altitude
(km)
Température
(°C)
Pression atmosphérique
(en atm)
0 462 92,10
5 424 66,65
10 385 47,39
15 348 33,04
20 306 22,52
25 264 14,93
30 222 9,851
35 180 5,917
40 143 3,501
45 110 1,979
50 75 1,066
55 27 0,5314
60 −10 0,2357
65 −30 0,09765
70 −43 0,03690
80 −76 0,004760
90 −104 0,0003736
100 −112 0,00002660

Comme vous pouvez le voir, entre 50 et 60 kilomètres d’altitude, on se trouve sur une fourchette de températures comprises entre 75 et -10 degrés Celsius, avec une pression atmosphérique comprise entre 1,066 atm et 0,2357 atm. A un peu plus de 55 kilomètres d’altitude, on se trouve à environ 25 degrés Celsius pour 0,5 atm. Ce n’est pas idéal, mais on reste sur des choses proches de la Terre permettant, avec des protections relativement légères, de travailler en extérieur.

Par ailleurs, le CO2 est plus lourd que l’oxygène et l’azote, de sorte qu’il suffirait de remplir une structure d’oxygène et d’azote pour qu’elle flotte naturellement à cette altitude. Un peu comme un dirigeable : sur Terre, il faut remplir le dirigeable d’un gaz plus léger que l’air pour que ce dernier flotte. Sur Venus, l’air terrestre suffit à flotter dans l’atmosphère vénusienne !

Venus, une planète riche en ressources?

Ressources minières

Venus n’est pas une excellente candidate pour l’exploitation minière. La surface est infernale, ce qui vient surenchérir le coût de l’exploitation minière.

Selon les connaissances scientifiques actuelles, il n’y a aucune particularité sur Venus : on y trouve de nombreux métaux, naturellement. Mais, au vu des coûts d’exploitation sur Venus, investir des astéroïdes métalliques est infiniment plus rentable (et intelligent).

Eau

On trouve de l’eau, sur Venus. Enfin, dans son atmosphère. Pas beaucoup : 20 ppm (partie par million).

Cela veut dire qu’il y a 20 milligrammes d’eau pour chaque kilogramme d’atmosphère venusienne.

L’atmosphère de Venus, c’est 4,8 * 10^20 kilogrammes en masse totale. Le calcul n’est pas très compliqué : cela fait 9,6 * 10^17 kilogrammes de masse de vapeur d’eau. Sauf erreur de ma part, cela fait 960 quadrillions de kilogrammes d’eau sous forme de vapeur.

Pour reprendre les comparatifs que j’ai pu faire dans mon article précédent sur la la colonisation de Mercure, c’est un ordre de grandeur au-delà de l’eau présente au Pôle Sud de Mars (et au minimum deux ordres de grandeur de plus que la glace d’eau présente sur Mercure) ! Autre chiffre, pour comparer : c’est équivalent au quart (environ) de l’eau contenue dans la banquise de l’Antarctique !

J’insiste sur les comparaisons, si vous le permettez. L’Antarctique, c’est 14 millions de kilomètres carrés, soit plus que l’Europe (10,4 millions de kilomètres carrés). La banquise y est, en moyenne, de 1,6 kilomètres d’épaisseur.

Une atmosphère handicapante…mais exploitable?

L’atmosphère de Venus est principalement composée de dioxyde de carbone, on l’a vu.

On a aussi vu que l’atmosphère de Venus contenait de l’acide sulfurique, à tel point qu’il pleut de l’acide … une pluie qui ne touchera jamais la surface !

La masse totale de l’atmosphère de Venus est de 4,8 x 10^20 kilogrammes, contre 5,1480 x 10^18 kilogrammes pour l’atmosphère terrestre.

Cette précision n’est pas gratuite : l’atmosphère de la Terre contient 78% de diazote, soit une masse de 4,015 x 10^18 kilogrammes ; sur Venus, on a que 3,5 % de diazote, soit 1,68 x 10^19 kilogrammes. Autrement dit, il y a quatre fois plus d’azote sur Venus que sur Terre, malgré des proportions très différentes.

Cela implique que l’agriculture, sur Venus, ne rencontrera pas de problème de ravitaillement en azote (à la différence de Mercure, la Lune, Mars…). Ce fait, déjà, singularise la situation de Venus par rapport à ses voisines.

L’atmosphère de Venus contient aussi de la vapeur d’eau (cf ci-dessus), du dioxyde de soufre, beaucoup (trop) de dioxyde de carbone, de l’argon, de l’hélium. Cela peut être exploité. Par exemple, avec du carbone et du soufre, il est possible de créer des polymères (c’est-à-dire des plastiques, dans notre cas précis).

L’autre point important, c’est la force des vents sur Venus, avec des pointes à 400 kilomètres par heure dans les altitudes qui nous intéressent. Cela, doublé avec une densité de l’air globalement plus importante, implique que la production d’énergie éolienne est une solution tout à fait imaginable (cf infra).

Sur Terre, on a 0,13 kW/m² d’énergie éolienne à la surface et  3,1 kW/m² d’énergie éolienne théorique à une altitude de 12 kilomètres. Sur Venus, on a 73 kW/m² à 12 kilomètres d’altitude, 217,6 kW/m² à une altitude de 50 kilomètres et 250 kW/m² à 55 kilomètres d’altitude (altitude qui nous intéresse). Autrement dit, sur Venus on a jusque 2000 fois plus d’énergie éolienne par mètre carré qu’à la surface de la Terre !

A quoi ressemblerait une colonie « venusienne »?

havoc_slider.png
Un visuel du Projet HAVOC

L’emplacement de la colonie et sa structure

Toute colonie sur Venus ne peut que s’inscrire dans la haute atmosphère : une colonie de surface me paraît impossible, tant l’environnement est hostile.

La bande la plus intéressante est comprise entre 50 et 55 kilomètres de hauteur : la pression atmosphérique est similaire à celle sur Terre, et les températures y sont supportables.

A cinquante cinq kilomètres d’altitude, vous avez une température d’environ 25 à 30 degrés Celsius pour une pression atmosphérique supérieure à 0,5 atm. C’est équivalent au fait de se trouver au sommet du Mont Blanc. De façon très surprenante, Venus est peut-être la seule planète du système solaire, en dehors de la Terre, à bénéficier de conditions aussi propices à la vie humaine. Il suffit simplement d’oublier l’idée que la vie doit être au sol.

Autre point fort : on a un taux de radiation plutôt bas grâce à l’atmosphère très dense, ce qui mérite d’être cité tant la chose n’est pas courante dans le système solaire.

Les ballons seront gonflés à l’oxygène (ou à l’hélium, en tout cas des gaz plus légers que le dioxyde de carbone pour avoir autant de flottabilité que possible). Ils seront recouverts, comme toute la colonie, d’un revêtement résistant à l’acide.

Les ballons seront gonflés à une pression, je pense, assez similaire à celle des alentours : cela permettra, en cas de crevaison, d’éviter une décompression explosive et la fuite massive des gaz. Le ballon se dégonflera lentement (plusieurs centaines d’heures, voire plus), permettant d’avoir le temps de réparer avant qu’une catastrophe ne survienne. C’est un gros point positif : la moindre micro-météorite ne signera pas l’arrêt de mort des colons.

George A. Landis, celui-là même qui a publié le Sultan des Nuages, a étudié dans un cadre scientifique (le bonhomme bosse à la NASA, rappelons-le) la possibilité de coloniser Venus (source). D’après ses calculs, une sphère d’un kilomètre de diamètre pourrait porter 700.000 tonnes (soit deux Empire state buildings). Une sphère de deux kilomètres de diamètre peut porter six millions de tonnes.  Dans son étude, la sphère en cause serait remplie d’air respirable (azote/oxygène). Avoir une partie du ballon remplie d’hélium ou d’oxygène pur augmenterait encore la flottabilité (par sécurité, je présume que le ou les ballons seront divisés en section).

En-deçà des ballons, on trouvera la colonie, pressurisée à plus de 0,5 atm (pas nécessairement jusque 1 atm, mais il faut bien que la pression atmosphérique soit supportable aisément par les colons).

J’imagine qu’il sera courant d’avoir des pièces et lieux avec une grande hauteur sous plafond : plus on a d’air, plus on a de flottabilité. Une colonie vénusienne n’aura donc rien à voir avec la vie sur un vaisseau spatial ou dans un habitat souterrain : le volume d’habitation n’est pas un luxe, c’est une nécessité permettant d’améliorer la flottabilité de la colonie !

La colonie sera mobile et se laissera, globalement, portée par les vents. Cela permettra à la colonie de faire le tour de Venus en 3 à 5 jours, et d’assurer un cycle jour/nuit pas trop ignobles.

Les ballons, et la colonie, seront aérodynamiques afin de pouvoir utiliser au mieux les vents, et se diriger. Des moteurs puissants seront à installer, afin de résister aux vents si besoin est. En effet, suivre les vents, c’est bien, mais imaginez quelques instants que vous êtes piégé dans une zone sèche, où il n’y aurait pas de vapeur d’eau ou de nuages d’acide sulfurique : il faudrait compter sur les réserves en eaux… qui ne peuvent pas être énormes, puisqu’il faut bien avoir à l’esprit que chaque kilogramme compte. Il faut donc pouvoir s’orienter et pouvoir aller là où on veut, afin d’éviter ce genre de scénarios.

L’énergie

Trois pistes sont imaginables pour alimenter en énergie notre colonie vénusienne : l’énergie éolienne, l’énergie solaire et l’énergie thermique.

Quant à l’énergie éolienne, il convient de comparer la situation sur Terre et sur Venus.

Sur Terre, on a 0,13 kW/m² d’énergie éolienne à la surface et  3,1 kW/m² d’énergie éolienne théorique à une altitude de 12 kilomètres. Sur Venus, on a 73 kW/m² à 12 kilomètres d’altitude, 217,6 kW/m² à une altitude de 50 kilomètres et 250 kW/m² à 55 kilomètres d’altitude (altitude qui nous intéresse). Autrement dit, sur Venus on a 2000 fois plus d’énergie éolienne par mètre carré qu’à la surface de la Terre ! Pourquoi? Parce que les vents sont plus rapides que sur Terre en altitude, et surtout la densité de l’air n’a rien à voir.

Il faudra créer et adapter une industrie éolienne sur Venus permettant d’exploiter cette énergie éolienne, qui non seulement est beaucoup plus importante que sur Terre mais a également une plus grande constance (les vents exploités dans le cas de Venus sont dans la haute atmosphère et sont constants).

Quant à l’énergie solaire, on peut imaginer des centrales solaires suspendues dans les airs entre 50 et 70 kilomètres de haut.

L’irradiance solaire sur Venus est, environ, deux fois plus importante que sur Terre à ces altitudes-là (on se situe, globalement, au-dessus de la couche nuageuse), avec des températures acceptables permettant d’utiliser les cellules photovoltaïques à leur plein potentiel. Le défaut de cette solution sera, ici, la durée des nuits : 56 jours terrestres. Ce problème-là peut être contré en profitant des vents en haute altitude, qui font le tour de Venus en 4 jours environ.

A noter qu’il est  possible de placer des panneaux solaires sous l’aerostat si ce dernier est suffisamment haut (environ 60 kilomètres de haut). En effet, comme évoqué un peu plus haut dans l’article, la couverture nuageuse réfléchit près de 75% de la lumière du soleil, de sorte qu’il est possible d’avoir à la fois des panneaux solaires au-dessus de l’aerostat, mais aussi en dessous !

Quant à l’énergie thermique, c’est une piste qui mérite d’être citée. Il n’y a pas besoin d’utiliser du charbon, du gaz naturel, du pétrole ou que sais-je pour actionner d’énormes turbines à vapeur : comme pour l’énergie géothermique, on a déjà beaucoup de chaleur à disposition dans l’atmosphère. Il me paraît donc imaginable d’exploiter cette énergie thermique de l’atmosphère pour en tirer les calories et en convertir une partie en électricité : c’est, je pense, une piste qui sera nécessairement explorée par les ingénieurs et colons de Venus. On pourrait appeler ça l’énergie aérothermique. Ce serait une spécificité de Venus : elle est seule dans la catégorie des planètes à atmosphère brûlante.

L’agriculture

L’agriculture aura un triple rôle à jouer.
Premièrement, il s’agira très classiquement de nourrir les gens. Outre l’équation économique, c’est-à-dire réussir à nourrir autant de gens que possible à un prix aussi bas que possible, il faudra ajouter le défi du poids : réussir à produire autant de nourriture que possible en économisant des kilogrammes (que ce soit de sol, d’engrais, voire de plantes, en privilégiant la production d’aliments avec le meilleur rapport poids/calories).

Deuxièmement, l’agriculture, et en général le fait d’avoir des espaces verts, permettra de produire du dioxygène et d’avoir un débouché pour une partie du diazote et du dioxyde de carbone puisé dans l’atmosphère vénusienne.

Troisièmement,  l’agriculture et la vie végétale aura son rôle à jouer dans les efforts de terraformation de Venus. Un rôle modeste, à mon sens, mais un rôle tout de même.

L’industrie et le commerce

C’est là le gros point noir, à mon sens, de la vie sur Venus : les ressources minérales vont être difficiles à trouver.

Venus aura son lot de carbone, de dioxygène, de diazote, de soufre et de tous les dérivés possibles. Mais disposer de métaux, ce qui est tout de même important, va s’annoncer une tâche difficile. Il faudra soit réussir, d’une façon ou d’une autre, à créer des exploitations au sol qui soient économiquement rentables, soit les importer outre-monde.

Par contre, si installation humaine il y a, je pense que l’industrie pionnière sera celle des gaz industriels. Non seulement il y aura nécessairement des usines de raffinage atmosphérique, mais il devrait y avoir spécialisation dans la production de gaz industriels et tous ses dérivés. Par exemple, pour le conditionnement des aliments sous atmosphère modifiée (azote/dioxyde de carbone/argon), la transformation des métaux (oxygène, argon, azote, dioxyde de carbone…), la fourniture de fluide frigorigène (dioxyde de carbone)…

Venus dispose d’un avantage énorme : son emplacement spatial dans le système solaire. Il est, en effet, moins coûteux en énergie (et plus rapide !) de partir de Venus pour aller sur Mars que de partir de la Terre pour aller sur Mars. Cela fait de Venus un arrêt potentiellement intéressant pour qui veut gagner du temps et du carburant (surtout que le freinage est beaucoup plus facile sur Venus que pour un astéroïde, une station spatiale ou même Mars : l’atmosphère y est si épaisse qu’un vaisseau qui y entre sera freiné sans avoir à dépenser du carburant supplémentaire). Pour ceux que la question du « budget Delta-V » intéresse, je les renvoie vers la page wikipedia.

L’installation d’une industrie permettant de traiter les métaux, allié à un coût Delta-V relativement modique, pourrait être un facteur permettant l’émergence d’opportunités commerciales, de flux d’argent et donc de gens.

On peut aussi imaginer que Venus pourrait être un lieu de repos (avec la Terre) pour les organismes fatigués par les radiations : il n’y a pas tant d’endroits, dans le système solaire, où l’atmosphère est si épaisse qu’elle permet de filtrer une part notable des radiations solaires ! Et aucun autre choix que Venus pour qui voudrait retrouver une gravité proche de celle qu’on retrouve sur Terre. Un terrien sera peut-être moins dépaysé sur Venus, malgré l’absence de sol, que dans des colonies en 0-G.

Quand coloniser Venus?

La colonisation de Venus se déroulera nécessairement en plusieurs étapes.

La première étape sera de réussir à envoyer de nouvelles sondes sur Venus, puis des missions humaines de courte durée (90 jours) : Venera-D, l’Indian Venusian Orbiter Mission puis, plus tard, quelque chose sur le modèle du Projet HAVOC.

Une deuxième étape sera de réussir à développer une infrastructure spatiale conséquente, avec notamment une base spatiale en orbite lunaire, des missions d’exploitation minière d’astéroïdes, puis une présence humaine sur la Lune voire sur Mars. Le mouvement du New Space en est peut-être l’amorce? L’avenir nous le dira.

Une troisième étape sera de concrétiser une présence humaine permanente sur Venus, dans de petits habitats flottants semi-autonomes ; les opportunités commerciales apparaissant, qu’elles soient prévisibles (celles que j’évoque ci-dessus) ou imprévisibles (les technologies disruptives, projets fous, et autres opportunités commerciales non prévues ne peuvent pas être ignorées : regardez les décennies passées, les surprises qu’il a pu y avoir par rapport à ce qui était imaginé à l’époque !).

La dernière (?) étape pourrait consister à s’installer… au sol ! Le candidat idéal pour une telle installation serait Montes Maxwell. Je m’explique brièvement : au sol, on a 92 bars de pression atmosphérique en moyenne, soit une pression équivalente à celle qu’on trouve à plus de 900 mètres dans les océans terrestres. C’est pas mal. Une telle pression implique que le CO2 n’est ni un gaz, ni liquide, mais un fluide super-critique.

La pression n’est toutefois pas la même partout : le Mont Maxwell est le point culminant de Venus, à 10700 mètres de haut. A son sommet, la pression n’est plus que de 45 bars. La température diminue aussi : nous ne sommes plus à 490 degrés Celsius, mais « qu’à » 380 degrés Celsius. La différence ne semble pas évidente (il y fait plus chaud que dans un four), mais on perd 110 degrés Celsius quand même ! Pour une implantation au sol, le Mont Maxwell paraît donc un des meilleurs candidats, même si cela reste un tel challenge qu’il est très improbable de voir une telle solution adoptée en premier lieu (je gage que nos descendants préféreront aller au plus simple et sûr). Mais qui sait? Peut-être que les besoins en métaux pousseront les hommes de Venus à envisager une telle installation au sol?

 Sources : pour aller plus loin

Projet HAVOC (et le pdf pour les ingénieurs curieux est à lire ici)

Colonization of Venus, Geoffrey A. Landis, 2003

Le blog Tough SF

Universetoday

Badescu, Viorel, Zacny, Kris, Inner Solar System : Prospective, Energy and Material Resources

3 réflexions sur “La Colonisation de Vénus

  1. Je te parlais du jeu Terraforming Mars l’autre fois et il y a une extension sur Vénus où :
    « Perchés dans les nuages corrosifs, loin de la surface brûlante, les humains ont commencé à coloniser et à terraformer la planète. Voici une excellente occasion pour votre corporation de se faire un nom, de bâtir des villes volantes, de masquer le soleil afin d’atténuer l’effet de serre et d’introduire la vie sur ce nouveau monde . »
    Donc ils ont pas faux dans le jeu 🙂

    Aimé par 1 personne

  2. Ping : The Fractal Prince (Jean le Flambeur 2/3) – Hannu Rajaniemi *** – L'épaule d'Orion

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