L’eau
sur Mars
De nos jours,
l’eau sous forme liquide ne peut plus exister sur Mars car la pression
atmosphérique est trop faible et tout liquide s’évaporerait instantanément.
A une époque
reculée, que l’étude des cratères d’impact place il y a environ 4 milliards
d’années, l’atmosphère de Mars était probablement similaire à celle de la Terre
et permettait l’existence d’eau liquide.
L’absence de
tectonique des plaques
Les planétologues
pensent que la divergence entre les deux planètes est liée à la tectonique des
plaques. Pour toutes les planètes telluriques, l’origine de l’atmosphère
est la libération, par l’intermédiaire des éruptions volcaniques, des gaz
contenus dans les roches après la phase de formation.
Il s’agit
principalement du gaz carbonique (CO2), de l’azote (N2) et de la vapeur d’eau
(H2O). Le gaz carbonique va par l’intermédiaire de l’effet de serre réchauffer
la planète ce qui peut permettre à l’eau liquide d’exister.
Une image du bassin
de Hellas sur Mars, prise par l’instrument HRSC de la sonde européenne Mars
Express. On aperçoit un canal appelé Reull Vallis, probablement le fruit d’un
écoulement d’eau il y a des milliards d’années. Crédit : ESA/DLR/FU
Berlin/G. Neukum
Mais un autre
phénomène se produit qui peut tout remettre en cause : les chutes de pluie.
Comme l’eau de pluie dissout facilement le gaz carbonique présent dans
l’atmosphère, elle peut l’entraîner avec elle et rapidement le réinjecter dans
le sol.
L’eau peut ainsi
être à l’origine de sa propre perte. En effet, le niveau de gaz carbonique
atmosphérique va alors baisser, ce qui entraîne une chute de la température car
l’effet de serre perd en intensité, et l’atmosphère devient finalement trop
froide pour permettre l’existence d’eau sous forme liquide.
Dans le cas de la
Terre, la tectonique des plaques et le volcanisme actif réintroduisent en
permanence le gaz carbonique dans l’atmosphère, assurant ainsi l’équilibre et
la stabilité que nous connaissons.
Pour Mars, par
contre, l’absence de tectonique des plaques empêche le recyclage du gaz
carbonique. L’activité volcanique originelle a probablement produit une
atmosphère qui subsista pendant quelques dizaines de millions d’année et permit
à l’eau liquide de former rivières et vallées, mais l’absence de tectonique des
plaques a limité la durée de cette période.
L’état actuel de
l’eau sur Mars
De nos jours,
l’eau existe encore sur Mars, mais pas sous forme liquide. Il existe d’abord
dans le sous-sol martien une couche de glace d’eau solide appelée le
permafrost. Les sondes nous ont par exemple envoyé des images de la surface
montrant des résidus de glissements de terrain et les signes d’anciens flots
liquides assez importants.
Ces formations
ont dû apparaître lorsque cette glace a été réchauffée localement, soit par des
volcans, soit par des impacts de météorites, puis a fondu et s’est précipitée
vers la surface en entraînant l’effondrement des couches supérieures.
Il y a également
de l’eau sous forme de glace dans les régions polaires. Ces dernières sont
recouvertes par des calottes blanches dont la taille varie avec les saisons.
En fait, ces calottes
d’une épaisseur de l’ordre du mètre sont constituées de deux couches
différentes : une calotte de glace d’eau et une calotte de glace de gaz
carbonique (ou neige carbonique). Même en été, la température de Mars est trop
basse pour que l’eau fonde et il y a donc une première calotte permanente
constituée de glace d’eau. A cela s’ajoute la deuxième calotte constituée de
neige carbonique dont l’épaisseur varie avec les saisons.
En été, le gaz
carbonique est sous forme gazeuse et ne participe pas à la couverture des
pôles. En hiver, le gaz se solidifie et recouvre la première calotte. C’est là
l’origine des variations que les astronomes observent depuis longtemps.
Les découvertes
récentes
L’étude de l’eau
sur Mars a connu une accélération foudroyante récemment grâce à la sonde
européenne Mars Express, mise en orbite le 25 décembre 2003, et aux deux rovers
américains Spirit et Opportunity, arrivés respectivement le 3 et le 25 janvier
2004.
Un mois après sa
mise en orbite, Mars Express, grâce à son détecteur infrarouge OMEGA, fut en
mesure de confirmer directement la présence de glace d’eau dans la calotte
polaire sud et de mesurer précisément sa concentration, 15 pour cent de la
glace totale.
Un peu plus tard,
elle découvrit également l’existence d’une zone de permafrost autour de la
calotte polaire pouvant s’étendre sur des centaines de kilomètres carrés.
Une image prise par
le rover américain Opportunity d’un affleurement rocheux sur Mars. Crédit :NASA/JPL
Les deux rovers
américains ont pu entreprendre la recherche de traces d’eau sur la surface
elle-même. Le succès le plus spectaculaire fut celui d’Opportunity, qui arriva
par chance dans un petit cratère qui présentait des affleurements rocheux et
fournissait donc un accès direct au sous-sol martien.
Opportunité fut
rapidement en mesure de trouver des indices très concluants sur la présence
passée d’eau par des indices chimiques et physiques.
Grâce à son
spectromètre, le rover réussit d’abord à détecter la présence de sulfates,
éléments qui indiquent généralement qu’une roche s’est formée dans de l’eau ou
du moins a été altérée par une longue exposition à l’eau. Le rover détecta
également des traces de brome et de chlore, des éléments qui apparaissent quand
des sédiments s’accumulent lors de l’évaporation d’une eau stagnante.
La deuxième ligne
d’indices s’appuie sur trois aspects physiques des roches de l’affleurement :
l’existence de nombreuses microcavités, la présence de sphérules et la
direction particulière de certaines rides à la surface des roches.
Les microcavités
observées sont d’habitude la conséquence de cristaux qui se développent sur des
roches en présence d’eau salée, et qui disparaissent ensuite par érosion ou
dissolution, pour ne finalement laisser que des microcavités.
Les sphérules
martiennes, des petites particules en forme de sphère, pourraient résulter de
différents processus, mais c’est leur répartition dans les couches de
l’affleurement qui semble indiquer une origine liquide.
Enfin, le dernier
indice physique est la présence de rides dans la roche qui forment un angle
avec la direction des couches principales. Plusieurs origines sont également
possibles, mais la forme des rides suggère que les roches se sont formées en
présence d’eau, par exemple au bord d’une ancienne mer.
Le rover Spirit
s’est quant à lui posé de l’autre côté de la planète, près du cratère Gusev.
Son succès dans la recherche d’anciennes traces d’eau a été plus limité, mais
il a quand même réussi à détecter des fractures dans une roche volcanique et
des dépôts probablement laissés là par le passage d’une petite quantité d’eau.
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