Astronomie : la nouvelle histoire de Mars

Des indices partout, des preuves nulle part. Longtemps, l’eau a nargué les astronomes qui s’étaient lancés à sa poursuite sur la planète Mars. Réseaux fluviaux, lacs asséchés, fonds d’océans : les images envoyées par les sondes américaines des années 1970 pouvaient tout laisser imaginer à la surface d’un astre dont la couleur rouge était assimilée à de la rouille sur des roches imbibées. Les soupçons abondaient, mais rien ne venait jamais les étayer. Au fond des immenses deltas ou des lits de rivières, visiblement sculptés par les flots, aucun instrument dépêché sur place, au sol ou en orbite, n’avait détecté le moindre caillou dont la composition aurait été altérée par l’exposition à l’eau. Invisible, en dehors des glaces des pôles, celle-ci semblait avoir disparu en effaçant ses empreintes chimiques, en ne laissant que ses traces sur les paysages.

Pour trouver une éventuelle indication sur l’apparition de la vie sur Mars, la NASA pensait avoir donné à son programme d’exploration une direction simple et efficace : “Suivez l’eau !” Mais la piste s’avérait de plus en plus sinueuse et ceux qui la suivaient de plus en plus hésitants ou divisés entre une vision de Mars encore récemment chaude et humide et une version de la planète depuis longtemps froide et sèche.

Tout a changé, depuis trois ans, grâce à deux robots américains, Spirit et Opportunity, et à la toute première sonde envoyée par l’Agence spatiale européenne (ESA) en orbite martienne. Arrivée sur place à la fin 2003, quelques jours avant les jumeaux explorateurs de la NASA, Mars Express a, depuis, accumulé des données qui bouleversent les manières de concevoir l’évolution de la planète. Parmi les sept instruments embarqués, le spectromètre-imageur Omega a réussi, pour la première fois, à identifier et à localiser deux familles de minéraux dont la formation requiert la présence d’eau liquide.

En jouant à la fois sur la lumière visible et sur le rayonnement infrarouge émis par les roches, l’instrument, développé par l’Institut d’astrophysique spatiale (IAS) d’Orsay en coopération avec des laboratoires de l’Observatoire de Paris (Lesia), de Moscou et de Rome, peut en analyser la composition et les cartographier. “Pour un grand nombre d’entre eux, les minéraux reflètent les conditions environnementales qui ont existé sur de longues durées, au moment de leur formation, explique Jean-Pierre Bibring (IAS), responsable de l’expérience. Pouvoir les identifier et les répartir à la surface de la planète donne accès aux grandes périodes qui caractérisent l’histoire de Mars.” Jusqu’à présent, ces grandes ères n’étaient déduites que de l’interprétation que tiraient les astronomes de ce qu’ils voyaient à la surface. L’aspect des reliefs les guidait, mais ils tenaient surtout compte du nombre de cratères d’impact laissés par les météorites : plus ils sont nombreux, plus le terrain a été exposé longtemps, et, donc, plus il est ancien.

A côté des trois périodes déterminées par cette technique, l’équipe d’Omega en propose aujourd’hui trois autres, fondées chacune sur un minéral identifié par l’appareil. Cette réécriture de l’histoire géologique de Mars n’est encore que relative : il demeure impossible de dater précisément le début et la fin de chaque ère. Mais elle présente deux avantages sur la méthode classique. D’abord, elle permet de mieux situer, à défaut de mieux comprendre, le moment, très précoce, où le destin de Mars s’est éloigné de celui de notre Terre. Ensuite, elle ouvre une fenêtre où, l’eau liquide ayant été abondante, et le climat peut-être tempéré, la vie a pu trouver des conditions favorables pour apparaître.

Cette fenêtre s’est ouverte très tôt dans l’histoire de Mars, après la formation de la planète, il y a 4,5 milliards d’années, et s’est sans doute refermée assez vite. Elle s’inscrit dans la première ère proposée, correspondant au minéral le plus précieux qu’Oméga ait détecté : des phyllosilicates hydratés, des argiles d’un type particulier qui “exigent que d’abondantes quantités d’eau restent en contact avec des silicates durant de longues périodes pour se former”, indique M. Bibring.

Ces minéraux ne sont pas seulement cruciaux parce qu’ils témoignent, pour la première fois, d’une période où l’eau liquide est demeurée stable sur une assez longue durée. Ils valent aussi pour leur emplacement. Omega les a détectés dans des terrains considérés comme les plus “cratérisés”, donc les plus anciens de la planète. Dans ces régions, ils ne se situent pas du tout là où la logique aurait pu les placer : au fond des vallées qui paraissent avoir été formées par des écoulements de liquides. Ils se trouvent au contraire sur les plateaux qui dominent ces dépressions, et semblent avoir été mis au jour soit par des impacts de météorites des tout premiers âges, soit par l’érosion. Cette situation permet de mieux comprendre les désillusions, ces dernières années, de ceux qui cherchaient les preuves de l’eau là où elles ne se trouvaient pas.

Elle confirme surtout une excellente nouvelle pour les historiens du système solaire. “Les terrains les plus anciens portent toujours la signature de leurs minéraux d’origine, dit M. Bibring. Sur Mars, il existe encore des sites datant de l’époque où sur Terre la vie apparaissait.” La pression atmosphérique, très faible en altitude, n’a pas altéré les roches de l’hémisphère Sud, beaucoup plus élevées qu’au nord.

Il est toutefois loin d’être certain que les argiles se soient formées au contact d’une masse d’eau liquide en surface. Pour qu’une telle étendue aquatique soit possible en ces temps reculés, il aurait

fallu qu’un climat tempéré soit entretenu par l’effet de serre d’une épaisse couche de dioxyde de carbone. Dans ce cas, ce gaz aurait été en grande partie absorbé, comme sur Terre, par l’océan primordial, l’étendue d’eau des origines. Sur notre planète, ce CO2 a laissé une trace bien visible puisqu’une fois dissous dans l’eau il s’est transformé en carbonates, qui composent aussi bien les falaises d’Etretat que les monts des Alpilles. Sur Mars, il demeure introuvable, alors que toutes les sondes l’ont recherché en priorité. Bien adapté à sa détection, Omega n’a vu aucun massif de ce type.

Cette absence plaide pour un échappement précoce du CO2 dans l’espace, tandis que les argiles ne se formaient, au contact de l’eau, que sous la surface de la planète. Cette perte précoce de son atmosphère est sans doute la grande catastrophe qui a écarté Mars, à peine âgée de 500 millions d’années, d’une évolution de type terrestre. Elle s’explique probablement par la petite taille de l’astre, trop peu massif pour maintenir le mouvement de dynamo interne qui entretenait le champ magnétique de la planète. Sans cette protection, l’atmosphère a pu s’enfuir très vite, notamment sous l’effet du vent et du rayonnement solaire.

A lire
La planète Mars, histoire d’un autre monde, de François Forget, François Costard et Philippe Lognonné, Belin/Pour la science, 160 p., 19,50 €.

Planète rouge, dernières nouvelles de Mars, de Francis Rocard, éditions Dunod, 260 p., 20 €.

[-] fermer

Entourée d’une très mince enveloppe gazeuse, Mars aurait alors connu, très tôt dans son histoire, son changement climatique majeur, qui marque la transition avec la deuxième ère : celle du soufre. Cette évolution est sans doute due à une activité volcanique intense. C’est l’époque où l’énorme massif de Tharsis, surmonté par les dômes de ses volcans géants, s’est soulevé, alors que s’ouvrait l’immense fossé de Valles Marineris. Ce remodelage brutal a sans doute été accompagné par d’intenses dégazages de dérivés de soufre, qui ont fortement acidifié le reste d’atmosphère. Au cours de ces bouleversements, des nappes d’eau réchauffées ont pu remonter à la surface et former, en interagissant avec le soufre, le deuxième type de minéral hydraté détecté par Omega : des sulfates. “Ces sels requièrent aussi la présence d’eau liquide pour leur formation, mais sans exiger qu’elle persiste sur de longues périodes, explique M. Bibring. Les sulfates peuvent se déposer lorsque l’eau s’évapore.”

Ils ont été vus dans la plaine de Meridiani, où le robot Opportunity les a également observés, ou encore dans des dépôts stratifiés au fond de Valles Marineris. Là, la caméra à haute résolution de la nouvelle sonde américaine Mars Reconnaissance Orbiter vient de montrer des failles par lesquelles l’eau a pu circuler et former des lacs éphémères. Des écoulements cataclysmiques ont également pu façonner, au cours de cette seconde ère, les réseaux fluviaux qui ont tant intrigué les premiers observateurs de la planète. L’eau y aurait circulé si violemment qu’elle aurait pu bouleverser le paysage sans modifier la composition des roches.

Ces écoulements aussi ponctuels que violents ont pu perdurer lors de la troisième période de la nouvelle histoire martienne, de loin la plus longue, puisqu’elle a pu couvrir plus de 3 milliards d’années jusqu’à nos jours. Mars oscillant sur son axe, elle subit des variations de température brutales qui transforment des glaces en torrents et laissent de nouvelles traces d’une eau liquide qui ne peut pas se stabiliser à la surface. Ces événements exceptionnels ne sauraient toutefois expliquer la transformation du fer contenu dans les poussières volcaniques en oxydes ferriques, le troisième minéral reconnu par Omega.

L’instrument est formel : ce n’est pas l’eau qui a fait rouiller les plaines du nord de la planète Mars. Le liquide n’est pas intervenu dans l’interaction entre l’atmosphère et une mince pellicule de surface qui a subi cette altération. Ce processus est si lent, qu’il lui faudra encore plusieurs milliards d’années pour qu’il dégrade les hauts plateaux du sud et qu’il recouvre alors d’un voile uniforme la diversité géologique de la planète.

Jérôme Fenoglio
Article paru dans l’édition du 28.02.07.

This entry was posted in space. Bookmark the permalink.