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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
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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
 
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