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MARS ET L’EAU

L’exemple de Mars est intéressant, car l’eau liquide a existé à sa surface aux débuts de son Histoire, avant de disparaître assez rapidement

capture06-3-1.jpgQu’est-ce qui pourrait expliquer une telle évolution divergente par rapport à la Terre ? Si la proximité de Vénus au Soleil explique à elle seule les différences par rapport à la Terre, en revanche l’éloignement de Mars n’a joué pratiquement aucun rôle. En fait, c’est la faible taille de Mars qui est la seule responsable.

capture03-2-1.jpgTout d’abord, la faible gravité martienne n’a pas pu retenir le diazote présent initialement dans son atmosphère, qui s’est définitivement échappé. D’autre part, un petit corps possède un rapport entre sa surface et son volume plus élevé. Or une planète possède de l’énergie dans son volume et la rayonne dans l’espace par sa surface : étant plus petite, Mars a perdu plus rapidement son énergie interne. En se refroidissant, son noyau initialement liquide est devenu solide. Cela a entraîné deux conséquences : tout d’abord, la disparition du champ magnétique martien, qui était lié à la rotation du noyau conducteur liquide. La protection du champ magnétique contre le vent solaire a disparu, et « l’érosion » de l’atmosphère s’est accentuée. D’autre part, le volcanisme a diminué d’intensité, faute d’énergie à évacuer. Or ce volcanisme libérait une grande quantité de gaz, notamment le dioxyde de carbone : là encore, cela a contribué à appauvrir l’atmosphère. Finalement, que s’est-il passé ? Le diazote s’étant intégralement enfui, il ne restait plus que le dioxyde de carbone dans l’atmosphère. Or celui-ci tend à se dissoudre dans l’eau liquide et à se déposer au fond des étendues d’eau sous forme de carbonates.capture02-2-1.jpgSur Terre, la production de dioxyde de carbone par le volcanisme a compensé sa perte par dissolution dans les océans. Mais sur Mars, le mécanisme de perte n’était plus compensé par le mécanisme de création : la pression atmosphérique a donc diminué rapidement. Or plus la pression est basse, plus l’état liquide a du mal à se maintenir : l’eau martienne a donc commencé à passer en partie sous forme vapeur. Les radiations solaires se sont aussitôt chargées de casser les molécules d’eau dans la haute atmosphère et de les expulser définitivement dans l’espace. Ainsi Mars a-t-elle perdu une grande partie de son eau. La diminution du dioxyde de carbone atmosphérique a cessé dès qu’il n’y a plus eu d’eau liquide à la surface, c’est-à-dire dès que la pression est passée sous la limite fatidique des 6 mbar. De fait, la pression actuelle sur Mars, presque exclusivement due au dioxyde de carbone, est précisément de 6 mbar ! On voit que cette pression n’est sans doute pas un hasard… Aujourd’hui, un peu d’eau s’est préservée sous forme de glace dans le sol martien et au niveau des calottes polaires ; mais la quantité d’eau actuelle fait sans doute pâle figure devant celle qui devait couler à la surface aux débuts de son Histoire…

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Ces deux mêmes photos prise par un satellite terrien nous voyons qu’il y a quelques choses dans le sous sol de Mars

Finalement, on voit que l’emplacement de Mars est tout aussi favorable à l’existence de l’eau liquide que l’emplacement de la Terre. Si Mars avait été aussi grosse que la Terre, elle aurait certainement possédé des océans d’eau liquide.

Et si la Terre avait été aussi petite que Mars, elle serait assurément un corps totalement desséché et démuni d’atmosphère… Cela signifie qu’au sein d’un même système planétaire, la présence de plusieurs planètes possédant des océans d’eau liquide est parfaitement envisageable. À première vue, la Terre semble être exceptionnelle dans le sens où c’est la seule planète possédant de l’eau liquide en surface dans l’état actuel de nos connaissances.Co Une eau pas trop acide a coulé au moins quelque temps sur Mars : c’est ce que vient de découvrir le vaillant rover Opportunity, qui a quitté la Terre il y a presque dix ans. Le jeune Curiosity a aussi fourni une telle conclusion, déjà suggérée par son aîné. L’idée d’une « eau potable » dans le lointain passé martien se confirme.

Opportunity travaille toujours. Arrivé sur Mars en janvier 2004 comme son jumeau Spirit, et prévu comme lui pour fonctionner au moins trois mois, Opportunity (alias MER-B) roule encore et plusieurs de ses instruments répondent présents. La petite meule de son outil d’abrasion RAT (Rock Abrasion Tool) n’est pas encore hors service, ce qui n’est pas la moindre des surprises.

 Au bord du cratère Endeavour, où il est arrivé en août 2011 après 33 km de route depuis son atterrissage, le rover avait déjà déniché du gypse et des argiles. Il vient d'y étudier un affleurement rocheux baptisé Esperance, vieux de plus de trois milliard

mme cette eau liquide est intimement liée à la vie sur Terre, cela semble en faire un cas exceptionnel et rarissime. En fait, l’eau liquide pourrait être beaucoup plus commune que le Système solaire que ne le laisse entendre.

 UNE EAU PROPICE A LA VIE SUR MARS

s d’années et considéré comme le plus ancien qu’il ait eu à portée d’instruments. Sa meule a érodé un rocher (Esperance6), qui a pu être analysé par spectrométrie avec l’APXS (Alpha Particle X-Ray spectrometer), qu’il porte au bout de son bras.

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La caméra panoramique (Pancam) du rover Opportunity de la mission MER (Mars Exploration Rover) montre la zone baptisée Esperance et le rocher Esperance. Très ancien, ce matériau sédimentaire s'est formé sous une eau qui n'était pas acide, affirment John Callas (de l'équipe JPL d'Opportunity), Steve Squyres (université de Cornell) et Ray Arvidson (université de Wahnigton à Saint-Louis). © Cornell University, Arizona State University, Nasa, JPL-Caltech

De l'eau liquide sur Mars, oui, mais à quel pH ?

L’analyse révèle que, par rapport aux roches déjà étudiées par Opportunity et Spirit, Esperance est plus riche en aluminium et en silice, et plus pauvre en calcium et en fer. Conclusion rapportée lors d’une conférence organisée par le JPL (Jet Propulsion Laboratory) : cette composition démontre que de l’eau a coulé en ce lieu, et que son pH était neutre.

La différence est notable avec le résultat d’autres analyses par Opportunity, qui a étudié des sédiments et découvert des argiles. En 2009, l'abondance de soufre dans le sol martien indiquait que le gaz à effet de serre principal de l’atmosphère martienne des premiers âges devait plutôt être un dérivé du soufre (SO et SO2), plutôt que le CO2. Si eau il y a eu, elle devait être riche en acide sulfurique. En 2008, au bord du cratère Victoria, les analyses du même rover pointaient vers une eau très salée. À l’inverse, l'atterrisseur Phoenix et l'orbiteur MRO ont vu des carbonates.

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Résultat de l'analyse de l'affleurement Esperance (dont le caillou Esperance), par l'instrument APXS porté par le bras d'Opportunity. Les cercles jaunes indiquent les compositions en aluminium, calcium, sodium, potassium, magnésium et fer (iron). La teneur diffère notablement de la montmorillonite, une roche terrestre voisine (un phyllosilicate, une famille dont font partie les argiles), et de la moyenne de la croûte martienne (average martian crust). De l'eau a coulé à cet endroit et son pH est neutre, concluent les scientifiques. © Cornell, Max Planck Institute, University of Guelph, Nasa, JPL-Caltech

Un milieu propice à la vie, mais où et combien de temps ?

Pas facile de reconstituer l’histoire de la planète Mars… Curiosity, qui roule dans le lit d'une rivière asséchée à lui aussi ajouté de l’eau au moulin, en analysant des échantillons de sol introduits dans l’instrument Sam (Sample Analysis at Mars). Exposés en mars dernier, ces résultats démontrent que ce matériau est un sédiment qui s’est formé dans un milieu aqueux. L’eau coulait à cet endroit, de faible profondeur. De plus, son pH n’était pas acide mais, au contraire, basique. Chimiquement, le milieu était réducteur, et donc non oxydant. « On aurait pu boire cette eau », résumait John Grotzinger, l'un des responsables de la mission MSL (celle de Curiosity).

Dans l’étude sur l’habitabilité de la Planète rouge, les choses ne sont pas simples. À certains endroits, à certains moments, il y a longtemps (trois milliards d’années peut-être), de l’eau liquide coulait. La surface de Mars abritait des rivières et des étangs, à moins que ce ne soit des fleuves et des mers. Certains de ces milieux aquatiques étaient, ou ont été un certain temps, propices à l’apparition ou au maintien d’une vie de type terrestre

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La route du rover Opportunity depuis son arrivée à proximité du cratère Endeavour en août 2011, observée par le télescope Hirise installé sur l'orbiteur MRO, qui tourne autour de Mars depuis le 10 mars 2006. © University of Arizona, Nasa, JPL-Caltech

Par Jean-Luc Goudet

Voir aussi le module recherches et découvertes les dossiers exploration et recherche ainsi que le dossier sur la planète mars dans le module cosmologique

 

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