MARS EXPRESS : OMEGA IDENTIFIE DES ARGILES TEMOIGNANT D'UN PASSE HUMIDE

Parmi ses instruments, la sonde européenne possède un spectromètre infrarouge à moyenne résolution (1 à 5 Km) capable d’identifier les minéraux de surface par leur signature spectrale. Après 18 mois de fonctionnement, OMEGA (Observatoire pour la Minéralogie, l’Eau, les Glaces et l’Activité) a déjà balayé plus de 85 % de la surface de Mars ; et l’équipe dirigée par le professeur JP Bibring de l’Université d’Orsay vient de rendre  ses conclusions. 

Les premiers résultats d’Omega publiés en février 2005 avaient semblé contredire l’hypothèse d’un passé chaud et humide de Mars, où une atmosphère épaisse de CO2 aurait permis une pression suffisante pour le maintien de vastes étendues d’eau liquide pérennes (et donc un milieu favorable à une évolution prébiotique voire biologique comme sur Terre). En cause l’absence de carbonates répandus uniformément à la surface de Mars constatée par Omega, des sédiments qui sur Terre se sont formés par dissolution du CO2 atmosphérique dans les mers. Celui-ci a précipité en se combinant avec des ions calcium pour former du CaCO3 qui s’est déposé au fond des océans sous forme de sédiments. Difficile de conclure alors à l’existence d’un vaste océan primitif dans les basses plaines de l’hémisphère Nord de Mars, comme certains planétologues l’espéraient. Malgré des reliefs d’érosion nombreux et spectaculaires constatés par les sondes américaines et par la caméra à haute résolution de Mars Express capable de les reconstituer en 3D (réseaux ramifiés, vallées de débâcle…), il semblait certes que les vents et les glaciers avaient pu jouer un rôle majeur pour sculpter la surface de Mars (leur formation aux latitudes équatoriales étant permise par le basculement périodique de l’axe de rotation martien, responsable de cycles climatiques avec glaciation et réchauffement), mais que globalement Mars était un monde froid et sec depuis au moins 3,8 milliards d’années.

Des dépôts stratifiés de Kiésérite (sulfate de magnésium) identifiés par OMEGA dans Candor Chasma (crédits : ESA/OMEGA/HRSC)

Sans évoquer la période la plus ancienne de Mars appelée le Noachien (commencée il y a 4,5 milliards d’années, date de la formation de Mars, à -3,8/3,7 milliards d’années) faute d’indices, l’équipe d’OMEGA avançait tout de même il y a quelques mois la possibilité d’épisodes aqueux intermittents beaucoup plus récents prouvés par la détection de gisements de sulfates très localisés (gypse près du pôle Nord, sulfates de magnésium dans Terra Meridiani, affleurements de Kiésérite dans Valles Marineris). Les sulfates sont des minéraux hydratés qui, pour se former, n’ont pas besoin de baigner longtemps dans l’eau liquide. Des lacs ponctuels ou des mers acides avec des cycles d’assèchement suffisent à former ces évaporites… Ce scénario d’une planète froide et sèche depuis très longtemps, à la surface « rouillée » non pas par l’eau mais par des oxydes ferriques formés par interaction avec l’atmosphère, n’excluait donc pas la présence intermittente de lacs ou de mers, indices corroborés par les analyses des roches réalisées in-situ par le rover Opportunity dans Terra Meridiani. Des conditions qui, sans exclure la possibilité pour la vie de perdurer dans certaines « niches », rendent pour le moins improbable son apparition, l’évolution organique demandant la stabilité sur de longues durées.

Le coup de théâtre de la conférence de presse donnée par l’équipe de Mars Express mercredi 30 Novembre au siège de l’ESA réside dans la prise en compte de facteurs nouveaux par l’équipe de JP Bibring. Les données d’Omega permettent d’affirmer qu’un autre type de minéraux hydratés, les « phyllosilicates », connus sur Terre comme le produit de l’altération de roches ignées (d’origine magmatique) par de l’eau sur une longue durée, forment des dépôts distincts antérieurs aux sulfates et nous indiquent les terrains les plus anciens de Mars, là où il faut chercher les traces éventuelles de la vie. Ces argiles, dont les smectites notamment, ne peuvent dater que du Noachien, période primaire de Mars où l’eau liquide a perduré suffisamment. Cette hypothèse est confortée par l’analyse du contexte géologique.

Argiles (en bleu) dégagés dans Marwth Vallis par un « outflow »  (Credit : ESA/OMEGA/HRSC)

Des phyllosilicates ont été détectés dans Terra Meridiani, Arabia Terra, Syrtis Major, Nili Fossae sous forme de dépôts sombres et surtout dans Mawrth Vallis dans des escarpements érodés. C'est-à-dire sur les hauts plateaux de basses latitudes très anciens et donc fortement cratérisés. En combinant les données d’OMEGA avec les images de la caméra à haute résolution HRSC de Mars Express, on constate que ces argiles ont dû être enterrées par des flots de lave postérieurs (datant de l’activité des grands volcans martiens lors de l’Hespérien) que l’on peut observer autour des zones visées. L’érosion des vents et des glaciers aurait dégagé ce matériau au fil du temps, de même que les impacts météoritiques.

La détection et la cartographie de ces deux types différents de minéraux hydratés permet donc de conforter un scénario avec deux phases climatiques bien séparées : une phase chaude et humide primitive de 800 millions d’années environ (le Noachien) correspondant à l’époque où la jeune Mars avait encore une atmosphère primaire épaisse grâce à une « dynamo interne » générant un champ magnétique protecteur. Des mers devaient alors exister grâce à cet effet de serre, une forte température maintenue par le dégazage et le bombardement primitif de petits corps qu’a connu le système solaire dans sa prime enfance.

Vers – 3,8 / - 3,7 milliards d’années, une « catastrophe climatique » globale s’amorce avec le refroidissement interne d’une planète trop petite pour maintenir une activité tectonique, une magnétosphère et conserver son atmosphère dense de CO2. Celle-ci n’étant plus protégée du vent solaire connaît une érosion rapide et s’échappe dans l’espace, la pression baisse et Mars se refroidit : l’eau liquide gèle, se fixe en glace dans les calottes polaires et dans le sous-sol. Malgré des épisodes de réchauffement postérieurs liés à une activité volcanique intermittente, Mars est devenu un monde trop froid, à l’atmosphère trop ténue pour que l’eau puisse être stockée longtemps sous forme liquide (sauf peut être localement). La glace fondue en profondeur dans les zones volcaniques peut percoler à travers la surface, s’amasser dans des poches d’eau liquide qui crèvent et se répandent à la surface en écoulements torrentiels mais localisés et brefs. L’eau se sublime alors presque instantanément puis cette vapeur d’eau circule pour se fixer dans les calottes polaires.

C’est dans cette deuxième phase de Mars où ces lacs éphémères sont acides, peut être à cause des rejets en soufre du volcanisme, que se forment par évaporation les dépôts de sulfates repérés par OMEGA. Cette phase ne permet pas des conditions stables favorables à la vie.

La vallée de débâcle elle même présente peu de minéraux hydratés; par contre le flot a dégagé des couches d'argile anciennes sur les escarpements (en bleu) (crédits : ESA/OMEGA/HRSC)

Conclusion de JP Bibring : « Si nous regardons nos preuves aujourd’hui, l’ère pendant laquelle Mars pourrait avoir été habitable et avoir entretenu la vie ne peut être que le Noachien, marqué par les phyllosilicates plus que par les sulfates. Les couches d’argiles que nous avons localisé pourraient encore contenir des traces d’organismes biochimiques qui auraient pu se développer alors sur Mars ».

Vivement que le rover européen EXOMARS vienne fouiller ces terrains à la recherche de fossiles éventuels…

Sources : communiqués de l’ ESA, article de Libération du 30 Novembre 2005