Mais où est passée l’eau sur Mars ?

Par Gaëlle Degrez / Publié le 4 avril 2017

La planète Mars est-elle une petite sœur de notre Terre ? Des générations de scientifiques se sont penchées sur la question de la présence d’eau liquide sur Mars pour savoir si la vie a pu s’y développer dans le passé ou s’y développe encore aujourd’hui. Coup sur coup, deux études publiées par des scientifiques du laboratoire Géosciences Paris-Sud – GEOPS (Université Paris-Sud/CNRS) viennent d’apporter des éléments clés de réponse.

Y-a-t-il eu de l’eau liquide sur Mars ? Y en a-t-il encore aujourd’hui ? Deux études publiées en mars viennent d’apporter des éléments essentiels de réponse. La première publiée dans la revue JGR Planets le 7 mars 2017, en annonçant la découverte de terrains géologiques dont les caractéristiques attestent de la survenue de vastes tsunamis, confirme l’existence d’un océan il y a environ 3 milliards d’années. A l’inverse, la deuxième étude publiée dans la revue Nature Geoscience le 20 mars 2017 remet en question les récentes découvertes d’eau liquide actuelle sur la planète rouge, comme annoncée par la Nasa en 2015.

Mars, il y a quelques 3 milliards d’années : la présence d’un océan confirmée par des impacts causant de vastes tsunamis

Ces dernières années, divers travaux avaient étudié la possibilité que des méga-tsunamis produits par des impacts de météorites dans un océan aient pu se produire sur Mars. Encore fallait-t-il réussir à identifier les cratères à l’origine de ces tsunamis. C’est chose faite grâce à une équipe internationale menée par François Costard du laboratoire GEOPS (Université Paris-Sud/CNRS).


A : Fronts lobés de coulées mises en place lors d’un tsunami dans la région de Vastitas Borealis (B). En C, rides de compression produites en amont d’un obstacle topographique. Les vagues du tsunami ont contournés l’obstacle en remontant les pentes sur plusieurs dizaines de kilomètre. Les flèches noires indiquent le sens de l’écoulement. Crédit : Costard et al. , 2017 JGR Planets. AGU publications.

Dans une première étape François Costard, Antoine Séjourné GEOPS (Université Paris-Sud/CNRS) et Ilaria Di Pietro (Université de Pescara, Italie) ont identifié et cartographié des dépôts lobés s’étendant à la limite de supposés paléo-rivages d’un ancien océan (Figure 1). Les directions principales de ces coulées de plusieurs kilomètres de large attestent d’une zone source située plus au Nord, au beau milieu d’une vaste plaine nommée Vastitas Borealis, qui serait selon Steve Clifford (Lunar and Planetary Institut, Houston) anciennement occupée par un océan. Plus surprenant, ces coulées s’étendent sur plus de 150 km à l’intérieur des terres, dépassant même les limites cartographiées des supposés paleo-rivages et remontant les pentes sur plusieurs dizaines de mètres d’altitude. Ces formations ont toutes les caractéristiques des dépôts de tsunamis terrestres activement étudiés par Franck Lavigne (Laboratoire de Géographie Physique, Meudon). La datation de ces dépôts de tsunamis par comptage de cratères réalisée par Sylvain Bouley (GEOPS, Université Paris-Sud/CNRS) indique la présence d’un océan sur Mars il y a environ 3 milliards d’années.

Avec le modèle numérique développé par Karim Kelfoun (VolcFlow, Lab. Magmas et Volcans, Université Clermont Auvergne), il a été possible de reconstituer précisément les propagations des vagues de tsunami à partir de trois cratères d’impact identifiés comme s'étant formés dans un océan. Ces coulées aux fronts lobés auraient été déposées par les vagues de tsunami lorsqu'elles inondaient les paléo-rivages par la propagation d’une ou plusieurs ondes déclenchées par des impacts dans un océan. 


Modélisation de la propagation des vagues (en jaune et rouge) déclenchées par un impact de 30 km de diamètre (cercle noir) dans un océan (bleu) sur Mars. On notera que les deux vagues arrivent sur les côtes (couleur grise) là où justement s’observent les vastes fronts lobés des coulées (cf Figure 1A). Crédit : Costard et al. , 2017 JGR Planets. AGU publications.

Lors d’un impact de météorites dans un océan, il se forme deux vagues successives : la première produite lors de l’expulsion de l’océan au moment de l’impact et la deuxième produite par le soudain remplissage de l’océan dans la profonde cavité formée par le cratère. Les impacts dans l’océan martien auraient provoqué une onde de choc propageant une vague de 300 m à 75 m de hauteur à la vitesse de 60 à 30 m/s (Figure 2). Les fronts lobés des coulées observés sur les images (Figure 1) sont les témoins du passage de ces vagues successives sur les rivages d’un paléo-océan sur Mars.

La découverte de ces tsunamis sur les paleo-rivages de l’hémisphère Nord de Mars relance le débat de l’existence d’un océan et donc de la stabilité de l’eau liquide sur cette planète.

Mars, de nos jours : les preuves d’eau liquide dans les écoulements saisonniers se tarissent

En septembre 2015, sur la base de plusieurs publications, la NASA a communiqué la découverte d'eau liquide sous forme de saumure (eau salée) sur Mars, présente dans des écoulements sombres, appelés Recurring Slope Lineae (Figure 3). Cette découverte a considérablement changé la vision de l'habitabilité de Mars. Auparavant, on pensait que Mars avait été favorable à la vie uniquement dans un lointain passé (quelques milliards d'années). Depuis l'observation des RSL, une partie significative de la communauté scientifique a repris le modèle de l’eau liquide comme une explication plausible. De nombreuses recherches ont été conduites pour affiner cette hypothèse et étudier l'habitabilité actuelle (chimie expérimentale, géomorphologie de laboratoire, astrobiologie ...).


Exemple d'écoulement sombre saisonnier appelé Recurring Slope Lineae (RSL) dans les parois du cratère Garni sur Mars. La première image est prise au printemps, tandis que la seconde est prise durant l’été. Toutes les traces sombres semblent provenir des terrains rugueux. L’échelle de l’image entière est de 500 mètres.

L'argument principal pour la présence d'eau liquide reposait sur le fait que les RSL soient actifs aujourd'hui dans les endroits les plus chauds de Mars, c’est à dire les conditions les plus proches du point triple de l’eau. De plus, des signatures spectroscopiques ont été reportées. Cependant, il ne s’agissait que de preuves indirectes (détection des sels mais pas d’eau liquide). En outre, plusieurs études récentes ont démontrées que la source d'eau nécessaire pour expliquer tous les RSL observés était invraisemblable. En effet, ni les sources internes, ni les sources atmosphériques n’étaient réalistes. L’origine de ces écoulements restait mystérieuse.

Une équipe internationale dirigée par Frédéric Schmidt, composée de chercheurs du laboratoire Géoscience Paris Sud (Université Paris-Sud, CNRS) et de l’Académie des Sciences de Slovaquie (Comenius University) a apporté une nouvelle interprétation de ces processus géomorphologiques.


Schéma du mécanisme de pompe naturelle dans un environnement de gaz raréfié pour déstabiliser la pente.

L'équipe de chercheurs a proposé un nouveau mécanisme basé sur la pompe de Knudsen qui ne requiert pas d’eau liquide. Ce mécanisme est seulement actif dans les endroits les plus chauds de Mars (Figure 4). A cause des variations de température dans le sol, le gaz contenu dans les pores s’écoule. Durant les quelques minutes après l’apparition de l’ombre d’un rocher, l’écoulement de gaz est suffisamment rapide pour qu’il puisse déstabiliser le matériau granulaire et créer un écoulement. Ce processus a été modélisé numériquement et l'activité prédite est compatible avec les activités des RSL observées.

Considérant que les RSL étaient les principales figures proposées pour justifier la présence d'eau liquide aujourd’hui, ce nouveau processus de pompe naturelle semble écarter l’hypothèse de présence d'eau liquide sur Mars. Ces nouveaux résultats ont un impact évident sur la possibilité de trouver de la vie sur la Planète Rouge, mais dressent aussi le portrait d'une planète inhospitalière pour l'exploration humaine.

Mars, il y a quelques 3 milliards d’années : la présence d’un océan confirmée par des impacts causant de vastes tsunamis
Référence :
Francois Costard , Antoine Séjourné, Karim Kelfoun , Stephen Clifford , Franck Lavigne,
Ilaria Di Pietro, and Sylvain Bouley . Modeling tsunami propagation and the emplacement of thumbprint terrain in an early Mars ocean. Revue JGR Planets. Accepted manuscript online: 7 Mars 2017. DOI: 10.1002/2016JE005230
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2016JE005230/full

Mars, de nos jours : les preuves d’eau liquide dans les écoulements saisonniers se tarissent
Référence:
Schmidt, F., Andrieu F., Costard, F., Kocifaj, M. & Meresescu, A., “Formation of recurring slope lineae on Mars by rarefied gas-triggered granular flows”, Nature Geoscience, http://dx.doi.org/10.1038/ngeo2917


Contacts :
François Costard (CNRS) : 01 69 15 49 10 - francois.costard@u-psud.fr         
Frédéric Schmidt, Géosciences Paris Sud / Université Paris-Sud, frederic.schmidt@u-psud.fr
Antoine Séjourné (Université Paris-Sud) : T 01 69 15 49-29 - antoine.sejourne@u-psud.fr

Dernière modification le 19 avril 2017