Dans l'Univers

L'eau sur Mars

 

Canyon de la vallée Nanedi photographié par la sonde MGS en janvier 1998.
© Cliché NASA/JPL/MSSS

Vue du site d'atterrissage de la sonde Mars Pathfinder dans la vallée Ares.
© Cliché NASA/JPL

Mars vue par la sonde Viking.
© NASA's planetary photojournal

Vue d'Olympus Mons enregistrée par la sonde MGS, un matin d'hiver en avril 1998.
© Cliché NASA/JPL/MSSS

Un exemple de cratère à "éjectats lobés", situé vers 40° de latitude sud.
© Cliché NASA/JPL/MSSS

Traces de ruissellements, vues sur le mur d'une alvéole située dans les plaines australes.
© Cliché NASA/JPL/MSSS


Mars est aujourd'hui un monde désolé, balayé par les tempêtes de poussières, et plus aride que les déserts terrestres. Les températures moyennes, bien inférieures à 0°Celsius, et la faible pression atmosphérique, 6 hectopascals en moyenne, interdisent la présence d'eau liquide à sa surface. Mais Mars n'a pas toujours été une planète aussi désertique. Dans les années 1970, les photographies des sondes Mariner et Viking ont révélé d'énormes chenaux d'écoulement et des vallées sinueuses formant de vastes réseaux. La grande majorité des scientifiques s'accordent à penser que ces canyons martiens ont été creusés par de l'eau liquide, il y a des milliards d'années. Certaines vallées semblent résulter d'un écoulement d'eau souterrain ayant produit l'effondrement du sol et permis le transport de sédiments. Les chenaux d'écoulement semblent quant à eux résulter de crues catastrophiques provoquées par une résurgence brutale d'eau souterraine. Les missions plus récentes, Mars Pathfinder et Mars Global Surveyor (MGS), ont conforté cette vision. Pathfinder, qui s'est posé dans un chenal d'écoulement, a photographié de gros blocs de pierre, très vraisemblablement charriés par des flots torrentiels. Les images à haute résolution de MGS ont montré des vallées découpées rappellant les rivières terrestres, des dépôts de sédiments en terrasse et peut-être même des lacs asséchés.

Si de l'eau a coulé sur Mars dans un passé lointain, c'est que son climat était plus chaud et son atmosphère plus dense qu'aujourd'hui. Peu après sa formation, il y a 4,5 milliards d'années, Mars s'est probablement, comme la Terre, enveloppée d'une atmosphère épaisse en raison de l'activité volcanique ou d'autres formes de dégazage. Des calculs montrent qu'une pression de 1 à 5 atmosphères de gaz carbonique (CO2) est suffisante pour maintenir, par effet de serre, la température superficielle de Mars au-dessus de 0°Celsius et permettre ainsi la présence d'eau liquide. Mais des questions fondamentales restent sans réponse. Pourquoi le climat martien a-t-il changé si dramatiquement ? Comment Mars a-t-elle perdu son atmosphère ? Qu'est devenue l'énorme quantité d'eau qui a un jour coulé sur la planète ? On pense généralement, qu'en réagissant chimiquement avec les roches de la surface, le gaz carbonique s'est trouvé fixé sous forme de carbonates (calcite, dolomite, sidérite...) dans le sol. Une forte activité géochimique a pu tout d'abord permettre de recycler les carbonates et de relâcher le gaz carbonique dans l'atmosphère par volcanisme. Mais Mars, moins massive que la Terre, n'a pas pu entretenir longtemps un cycle géochimique et un volcanisme suffisamment actifs. La pression du gaz carbonique a peu à peu décliné et l'effet de serre est devenu insuffisant pour maintenir la température atmosphérique au-dessus du point de congélation de l'eau.

Qu'est alors devenue l'eau?
La mince atmosphère actuelle, composée à 95 % de gaz carbonique, n'en contient que des quantités infimes. Cette vapeur d'eau peut se condenser sous forme de givre à la surface, particulièrement vers le pôle Nord où elle forme une calotte de glace permanente (en revanche, la calotte polaire sud, plus froide, semble majoritairement constituée de gaz carbonique gelé). De fins nuages de glace sont également visibles dans l'atmosphère, surtout les matins d'hiver dans l'hémisphère nord. Mais cette eau, sous forme de vapeur ou de glace, ne représente qu'une très faible fraction de l'eau martienne "primordiale". On pense que des quantités considérables d'eau se sont échappées dans l'espace au cours du temps. En effet, la vapeur d'eau (H2O) est décomposée par le rayonnement ultraviolet du Soleil dans la haute atmosphère, et les atomes d'hydrogène (H) formés, très légers, peuvent échapper à l'attraction gravitationnelle de Mars. Des mesures de l'abondance relative des isotopes de l'hydrogène dans la vapeur d'eau indiquent que plus de 90 % de l'eau évaporée dans l'atmosphère a été perdue par ce mécanisme. Mais de nombreux scientifiques pensent qu'une grande partie de l'eau originelle se trouve aujourd'hui figée dans la croûte martienne sous forme de pergélisol. Une preuve indirecte en est fournie par la présence de cratères météoritiques dits à "éjectats lobés", principalement entre 30° et 70° de latitude sud. Le matériau éjecté par les collisions semble avoir formé une coulée de boue aux abords de ces cratères, ce qui s'explique si l'énergie des impacts a liquéfié la glace située en profondeur dans le sol.

L'idée que Mars est froide, aride, et inactive depuis des milliards d'années vient d'être remise en cause par des clichés pris par la sonde MGS, en orbite autour de la planète depuis 1997. Les scientifiques ont observé des ravines sur les murs de quelques cratères d'impact, les parois d'alvéoles situées à haute latitude australe, et les flancs de deux grandes vallées. Ces marques, semblables à des torrents asséchés, ont probablement été créées par des résurgences d'eau. Elles se concentrent sur les pentes non exposées au soleil, entre 30° et 70° de latitude sud. Les ruissellements sont géologiquement récents - moins de quelques millions d'années - car les structures formées ne sont pas cratérisées. De plus, dans la vallée Nirgal, les dépôts produits recouvrent partiellement des champs de dunes plus anciens. Il reste à comprendre comment la glace du sous-sol a pu fondre dans un passé récent et jaillir en source par endroits, alors que les conditions atmosphériques actuelles l'interdisent. Une possibilité est l'existence d'épisodes de réchauffement induits par la forte inclinaison de l'axe des pôles qui a pu atteindre 45° dans le passé. Une telle configuration aurait permis la fonte partielle du pergélisol, principalement à haute latitude, ainsi que la vaporisation d'une partie de la glace polaire, augmentant ainsi la pression atmosphérique et l'effet de serre. Les conditions auraient alors été réunies pour qu’apparaissent des résurgences d'eau liquide à la surface. Les scientifiques espèrent en apprendre plus avec de nouvelles observations de la sonde MGS et, dans le futur, grâce à la mission Mars Express de l'Agence Spatiale Européenne et au réseau franco-américain de stations de surface Net Lander.

Bruno Bézard
Département de Recherche Spatiale, Observatoire de Paris-Meudon
Bruno.Bezard@obspm.fr

 

   
CNRS   -  Le CNRS en ligne : Sagascience@cnrs-dir.fr
accueil du site plan du site mode d'emploi du site MOTEUR DE RECHERCHE accueil dossier eau glossaire