Il est désormais certain que de l'eau liquide a autrefois coulé à la surface de Mars. Les preuves s'accumulent chaque jour un peu plus, grâce notamment aux observations réalisées par les rovers CuriosityCuriosity, Perseverance et Zhurong qui arpentent la surface de la Planète rouge, mais également par les analyses conduites depuis l'orbite par la sonde Mars Reconnaissance Orbiter de la Nasa.

Le paysage martien regorge en effet de traces d'anciens lacs et de rivières dont les morphologiesmorphologies très caractéristiques et comparables à celles observées sur Terre sont reconnaissables depuis l'espace. Dans le détail, ces régions sont marquées par la présence de dépôts sédimentaires typiques d'environnements lacustreslacustres ou fluviatiles : grèsgrès, conglomératsconglomérats, niveaux argileux... Les argilesargiles, en particulier, sont des minérauxminéraux dont la présence est porteuse de nombreuses informations.

Les argiles, témoins de la présence passée d’eau sur Mars

Les argiles sont en effet produites par l'altération chimique de roches silicatées, qui composent habituellement la croûte terrestre mais également la croûte martienne. Le processus d'altération se produisant en milieu hydraté, la présence de minéraux argileux dans certaines roches martiennes est donc déjà en soit une preuve de la présence d'eau dans le passé de la planète. De plus, elles permettent de contraindre un certain nombre de paramètres du milieu.

Les argiles se déposent en effet dans des environnements aqueuxaqueux à pH neutre, stables sur le long terme. L'apport en eau doit être ainsi suffisant sur de longues périodes, afin d'éviter le processus d'évaporation et la formation d'autres minéraux, comme les sulfates.

Dans un nouvel article publié dans la revue Icarus, des chercheurs montrent que ce type d'environnement a bien existé sur Mars, sur une période de temps relativement longue pour la Planète rouge. Grâce aux données acquises par Mars Reconnaissance OrbiterMars Reconnaissance Orbiter, ils montrent que la géologiegéologie du bassin de Ladon, dans la région de Margaritifer TerraTerra, a enregistré une très longue histoire de la présence d'eau liquide. Cette région est déjà reconnue pour sa très forte densité de canaux d'écoulement et de plaines alluviales, résultant d'anciens épisodes de crues.

Les variations de couleurs (blanc-gris) liées à la présence de sédiments argileux dans le bassin de Ladon. Image prise par Mars Reconnaissance Orbiter. © Nasa, HiRISE, University of Arizona

De l’eau liquide présente durant 1,3 milliard d’années

Les images orbitales obtenues grâce à l'instrument HiRISE ont ainsi mis en évidence la présence de sédimentssédiments argileux dans les parties nord et sud de Ladon Valles, ainsi que sur les plateaux situés au sud-ouest du bassin. Cette succession de sédiments argileux se retrouve sur une distance de 200 kilomètres, ce qui permet de supposer l'existence passée d'un vaste lac occupant le bassin de Ladon et Ladon Valles. Ce type d'environnement lacustre, marqué par une faible énergieénergie, c'est-à-dire très peu de courant, est en effet favorable au dépôt de sédiments argileux.

Image de l'instrument HiRISE de Mars Reconnaissance Orbiter montrant le bassin de Ladon. © Nasa, HiRISE, University of Arizona

Les scientifiques ont réussi à dater approximativement l'intervalle de temps durant lequel cette zone a été inondée, même si cela n'a pas forcément été de manière continue. Leurs résultats montrent que l'eau y aurait été présente très tôt dans l’histoire de la planète, à partir de 3,8 milliards d'années, et jusqu'à une période « relativement » récente, soit 2,5 milliards d'années. D'autres études, basées sur des données différentes (voir articles ci-dessous), suggèrent également que l'eau liquide était présente jusque très récemment. De l'eau liquide aurait ainsi coulé dans le bassin de Ladon durant environ 1,3 milliard d'années. Cette duréedurée très longue ainsi que la présence démontrée d'un environnement aquatique stable, à l'image du lac identifié dans cette nouvelle étude, sont des facteurs favorables au développement de la vie.  

De l’eau coulait encore sur Mars il n’y a pas si longtemps

Mars n'a pas toujours été ce monde froid, sec et hostile qu'il est aujourd'hui. Les astronomesastronomes en sont convaincus. Oui. Mais, « pas toujours », ça veut dire quoi, exactement ? Pour retrouver de l'eau à la surface de la Planète rouge, faut-il remonter sur des milliards d'années ? C'est ce que pensaient les chercheurs jusqu'ici. Ils pourraient avoir fait fausse route.

Article de Nathalie MayerNathalie Mayer publié le 13 mai 2022

Aujourd'hui, Mars est un monde aride. Du moins en surface. Mais il y a environ 3 milliards d'années, de l'eau coulait sur la Planète rouge. Pour les astronomes, c'est désormais une certitude. Ce qu'ils peinent encore à définir, c'est à quel moment Mars a perdu son eau. De nouvelles données renvoyées par le rover chinoisrover chinois Zhurong pourraient les éclairer. Elles suggèrent en effet que de l'eau devait encore couler sur la Planète rouge il y a seulement 700 millions d'années !

C'est l'âge estimé du dernier remodelage de la région que le rover chinois explore maintenant depuis mai 2021. Une région que les astronomes qualifient de « jeune », Utopia Planitia. C'est un immense bassin d'impact -- le plus grand du Système solaire -- qui s'est formé au cours de la période géologique la plus récente de l'histoire de la Planète rouge. La période dite amazonienne. Et dont l'âge est aujourd'hui suggéré par des comptages statistiques d'impacts. Difficile malheureusement de faire plus précis sans accès à des analyses directes des roches.

De l’eau piégée dans des minéraux

Les chercheurs, donc, rapportent des traces d’eau piégées dans la roche martienne de la région repérées par les instruments embarqués à bord de Zhurong -- une caméra de microimagerie télescopique et deux spectromètresspectromètres dont l'un à infrarougeinfrarouge. La preuve que des formes particulières de minéraux aquifèresaquifères se seraient formées à des périodes bien plus tardives que celles envisagées jusqu'alors par les astronomes.

Les chercheurs signalent également la présence, dans la région d'Utopia Planitia, d'une couche dure de sol. Différente de celle qui a pu être observée dans d'autres endroits. Celle-ci, estiment-ils, aurait pu se former par la présence d'eau souterraine saumâtresaumâtre qui, en s'évaporant, aurait comme cimenté le sol. De nouvelles informations intéressantes pour ceux qui espèrent trouver des traces de vie sur Mars. Ou même pour ceux qui préparent les explorations futures de la planète. Car une grande quantité d'eau accessible sous forme de minéraux hydratés pourrait constituer une ressource capitale pour l'exploration humaine à venir.

Des rivières auraient coulé sur Mars un milliard d'années plus longtemps qu'on ne le pensait !

La question fascinante de la vie sur Mars est inséparable de celle de l'existence passée et actuelle de l'eau liquide sur la Planète rouge. Deux planétologues du célèbre Caltech aux États-Unis ont utilisé les données de la sonde Mars Reconnaissance Orbiter pour déterminer que plusieurs cours d'eau devaient exister encore à la surface de Mars il y a à peine 2 milliards d'années.

Article de Laurent SaccoLaurent Sacco paru le 03/02/2022

Souvenons-nous. Il y a tout juste un peu plus de 50 ans la sonde états-unienne Mariner 9 était la première à se mettre en orbite autour de Mars au mois de novembre 1971. Une tempêtetempête martienne va cependant lui interdire de photographier la surface de la Planète rouge jusqu'au 2 janvier 1972. Les images qui ont ensuite envoyées à la Noosphère étaient déjà d'une résolutionrésolution non négligeable puisqu'elle est de l'ordre du kilomètre. Elles révèlent des détails inédits du volcanvolcan Olympus Mons mais aussi d'un énorme canyon qui sera ensuite nommé Valles Marineris en l'honneur de la réussite de la mission Mariner 9 justement.

Surtout, la sonde commence à fournir des images de structures à la surface de Mars qui ressemblent à s'y méprendre à celles observées depuis l'espace sur Terre, à savoir des lits de rivières asséchés, et qui sont dans le cas de notre Planète bleue des preuves d'érosion et de dépôts par de l'eau.

De Mariner 9 à MRO, une plongée dans le passé de Mars

En 1976, l'arrivée des sondes Viking va confirmer la présence de ces structures mais aussi en faire découvrir beaucoup plus. Les résultats sont spectaculaires. Non seulement d'immenses vallées fluviales, parfois s'étendant sur des milliers de kilomètres, sont découvertes, mais on trouve également des traces de libération massives et rapides d'énormes volumesvolumes d'eau avec des débitsdébits estimés à dix-mille fois le débit du Mississippi pour certains écoulements.

Enfin, suite à la calibration des âges des terrains cratérisés grâce aux datations des roches lunaires ramenées par les missions Apollo (le bombardement météoritique et la taille des impacteursimpacteurs diminuant depuis la fin de la formation du Système solaireSystème solaire il y a presque 4,5 milliards d'années), ces missions ont permis de constituer un équivalent de la chronologie des ères géologiquesères géologiques sur Terre.

Les planétologues vont donc définir approximativement trois grandes périodes de l'histoire martienne nommées d'après des endroits sur Mars qui appartiennent à ces périodes. On distingue donc en général et dans l'ordre chronologique depuis la naissance de Mars :

• Le NoachienNoachien (du nom de Noachis Terra) correspondant aux terrains remontant à plus de 3,7-3,5 milliards d'années, fortement cratérisés et situés majoritairement dans l'hémisphère sudhémisphère sud. Mars ne devait pas encore avoir perdu son atmosphèreatmosphère et elle devait posséder de vastes étendues d'eau liquide.
• L'Hespérien (du nom d'Hesperia PlanumPlanum), une période relativement brève de quelques centaines de millions d'années marquée par une forte activité volcanique de la planète et la disparition de son bouclier magnétique, entraînant donc le début de l’érosion de son atmosphère par le vent solaire et le début de la fin de l'existence de l'eau liquide à la surface de Mars.   
• L'Amazonien (du nom d'Amazonis Planitia) qui, lui, correspond aux terrains de moins de 3,2 milliards d'années très peu cratérisés et situés très majoritairement dans l'hémisphère nordhémisphère nord. Mars est devenue très aride et peu active, avec toutefois quelques épisodes volcaniques mais moins intenses que ceux de l'Hespérien.

Cette impression d'artiste montre à quoi ressemblait Mars il y a environ 4 milliards d’années. La jeune Planète rouge aurait eu suffisamment d'eau pour couvrir toute sa surface d'une couche liquide d'environ 140 mètres de profondeur, mais il est plus probable que cette eau se serait accumulée pour former un océan occupant près de la moitié de l'hémisphère nord de Mars, atteignant dans certaines régions des profondeurs supérieures à 1,6 kilomètre. © ESO, M. Kornmesser, N. Risingerde

Aujourd'hui, un article publié dans AGU Advances vient bousculer potentiellement quelque peu cette chronologie. Les études de la surface de Mars se sont poursuivies quelques décennies après l'envoi des sondes Vikingsondes Viking notamment avec les sondes Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) de la Nasa et Mars ExpressMars Express de l'ESAESA. La question de l'habitabilité dans le passé de Mars et surtout d'une possible apparition de la vie dont il pourrait rester quelques traces encore aujourd'hui se pose toujours.

Comme on le sait, on aimerait bien savoir si la vie est née ailleurs que sur Terre et on peut donc se demander si au moins des organismes ressemblant à ceux que nous connaissons ont pu se développer ailleurs dans le Système solaire. Il faut pour cela que d'importantes quantités d'eau liquide aient pu subsister suffisamment longtemps pour que la vie y apparaisse et se développe si l'on prend pour exemple, là aussi, le cas de la Terre. Bien sûr, on peut argumenter du fait que la vie dans le cosmoscosmos pourrait être très différente de celle que l'on connaît sur Terre mais après tout, ce qui nous intéresse le plus c'est de savoir à quel point la vie de type terrestre peut apparaître facilement ou non dans le cosmos observable.

Mais revenons à l'article publié, que contient-il ?

Mars Reconnaissance Orbiter de la Nasa a utilisé sa caméra contextuelle pour capturer cette image de Bosporos Planum, une étendue plane élevée (planum) située dans l'hémisphère sud de la planète Mars. Les taches blanches sont des dépôts de sel trouvés dans un canal. Le plus grand cratère d'impact visible mesure près de 1,5 kilomètre de diamètre. © Nasa, JPL-Caltech, MSSS

Des étangs alimentés par des rivières pendant des milliards d'années ?

Les planétologues Bethany Ehlmann et Ellen Leask du fameux Caltech en Californie y expliquent qu'elles ont utilisé les données de la sonde MRO accumulées depuis 15 ans pour arriver à la conclusion que des rivières auraient continué à couler sur Mars au-delà de l'Hespérien et pendant des centaines de millions d'années pendant l'Amazonien.

En fait, des rivières et des étangs auraient pu subsister jusqu'à il y a 2 à 2,5 milliards d'années environ et donc pendant presque un milliard d'années de plus que prévu.

Les deux chercheuses se sont concentrées sur l'étude de dépôts de chlorure de sel qui ne peuvent se former que par évaporation d'eau liquide. Ce type de dépôts se détecte bien avec les données de l'instrument de MRO appelé Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars (CRISM). On peut notamment les cartographier sur les hautes terres riches en argile de l'hémisphère sud de Mars.

Rempli de lacs saumâtres, le plateau de Quisquiro dans l'Altiplano d'Amérique du Sud, au Chili, représente le type de paysage que les scientifiques pensent y avoir existé il y a des milliards d'années sur Mars, dans le cratère Gale, que le rover Curiosity de la Nasa explore. © Maksym Bocharov

Or, ces régions sont bien entendu cratérisées et il était donc a priori possible de tenter des datations en étudiant le taux de cratérisation de façon plus poussée que cela n'avait été fait jusqu'à présent. Deux autres instruments de MRO le permettent en donnant des images de ces régions. Il s'agit de sa « caméra contextuelle », avec son objectif grand-angle donnant des images en noir et blanc et sa caméra couleurcouleur HiRISE (High-Resolution Imaging Science Experiment). En combinant des images de ces deux dispositifs il a été possible de montrer également que les dépôts de chlorure de sel étudiés se trouvaient dans des dépressions qui étaient alors des étangs peu profonds sur des plaines volcaniques en pente douce, des étangs alimentés autrefois par des cours d'eau sinueux.

La densité peu importante de cratères montrait que ces étangs ne s'étaient formés que sur des terrains jeunes et dont on pouvait justement estimer les âges par le taux de cratérisation. C'est de cette façon que des âges aussi récents que 2 à 2,5 milliards d'années ont pu être avancés.

De l’eau coulait sur Mars dans un passé proche

Article de l'INSU publié le 14/06/2019

Des chercheurs ont identifié des traces d'altération aqueuse tardive dans des météoritesmétéorites martiennes qui se seraient produites sur Mars, il y a entre 227 et 56 millions d'années. Cette découverte a des implications très fortes pour l'évolution de la surface martienne car elle montre que de l'eau liquide a été disponible à proximité de la surface dans un passé relativement récent et que, par conséquent, cela pourrait encore être le cas de nos jours. Mars aurait pu être habitable sur presque toute son histoire puisque l'eau est le premier ingrédient nécessaire à l'émergenceémergence de la vie.

La présence d'eau liquide sur Mars est avérée par de nombreuses observations telles que la présence de minéraux hydratés et d'anciens systèmes de vallées et de chenaux, malgré des conditions de pressionpression et température de surface largement défavorables. Cependant, l'activité hydrologique de la Planète rouge est supposée être restreinte au premier milliard et demi d'années de son évolution, donc jusqu'à il y a environ 3 milliards d'années. Mars aurait ensuite connu un épisode de changement climatiquechangement climatique global, menant aux conditions froides et arides qu'on lui connait actuellement. Afin de mieux comprendre l'évolution de sa surface et de son habitabilité -- qui est l'une des principales questions des programmes d'exploration spatiale actuels --, il est essentiel de documenter l'histoire de l'eau sur Mars.

Image MEB par électrons rétrodiffusés d’un zircon terrestre ayant subi de l’altération semblable à celle ayant affecté les zircons martiens de Black Beauty. Les zones altérées se présentent sous forme de veines ou de tâches gris sombre alors que les zones non altérées sont de teinte gris clair. Une zonation concentrique primaire (magmatique) se devine dans certaines zones claires, et est marquée par des bandes de croissance qui présentent des fractures disposées de façon radiale. © CNRS

Une altération aqueuse de basse température dans le zircon de météorites martiennes

De récents travaux ont mis en évidence le fait que des cristaux de zirconzircon (ZrSiO₄) dans des météorites martiennes avaient été altérés par l'eau et que cette altération datait de 1,5 à 1,7 milliard d'années. Le zircon est un minéralminéral extrêmement robuste à la plupart des processus géologiques. Sa formation peut être précisément datée grâce au système isotopique U-Pb et représente donc une archive temporelle très fiable. Cependant les isotopesisotopes radioactifs (U et Th) qu'il contient sont aussi son talon d'Achille puisqu'ils endommagent son réseau cristallinréseau cristallin.

Ce dernier peut dans certains cas se régénérer, mais dans d'autres cas se détériorer jusqu'à rendre le zircon poreux aux fluides, ce que l'on peut déduire en examinant sa texturetexture interne à l'aide de microscope électronique à balayagemicroscope électronique à balayage (image ci-dessous). C'est précisément ce qui est arrivé à certains cristaux de zircon hadéenshadéens de Jack Hills (Australie). Dans ces cristaux, le rapport Th/U mesuré est bien supérieur à celui intégré dans le temps, c'est-à-dire déduit des isotopes du Pb (²⁰⁶Pb et ²⁰⁸Pb) qui sont les produits de désintégration de l'U et du Th. Le découplage visible dans certains zircons de Jack Hills (Th/U mesuré > Th/U intégré) ne peut pas être provoqué par des processus connus autres que de l'altération aqueuse de basse température. Les deux chercheurs du Laboratoire magmasmagmas et volcans (LMV, Université Clermont-Auvergne, CNRS, IRDIRD / Université Jean Monnet) et du Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques (CRPG, Université de Lorraine, CNRS) ont donc utilisé ces différences comme traceur d'altération aqueuse hors de la Terre.

Les données publiées sur des zircons lunaires n'indiquent aucune trace d'altération aqueuse de basse température. Cependant, les résultats pour des zircons martiens issus de météorites Black Beauty (NWA 7533 et 7034) montrent qu'une partie des données disponibles présente le même découplage des rapports Th/U mesurés et intégrés que les zircons terrestres de Jack Hills.

Vue en perspective d'une ancienne vallée fluviale observée par Mars Express dans l'hémisphère sud de Mars. © ESA, DLR, FU Berlin, CC by-sa 3.0 IGO

Mars aurait de l’eau liquide disponible durant toute son histoire

Ce résultat suggère donc qu'une altération par des fluides aqueux de basse température s'est produite sur Mars. La modélisationmodélisation de l'évolution des systèmes U-Th-Pb dans le zircon a permis aux chercheurs de montrer qu'un épisode d'altération avait effectivement eu lieu entre 1,7 et 1,5 milliard d'années mais que les forts découplages entre rapports Th/U mesurés et intégrés dans le temps étaient liés à un épisode d'altération beaucoup plus récent, estimé (grâce au modèle) entre 227 et 56 millions d'années. Cet épisode intervient donc à l'Amazonien tardif qui est une période généralement considérée comme froide et sèche pour Mars.

Ces résultats, publiés dans Nature Communications, sont très importants car ils démontrent que, dans un passé proche, Mars avait encore de l'eau liquide disponible à sa surface ou sub-surface et ceci pendant suffisamment longtemps et en quantité suffisante pour altérer des minéraux tels que les zircons. L'origine de cette eau reste encore floue mais elle aurait pu être libérée par la fontefonte locale de la cryosphèrecryosphère martienne sous l'effet d'un impact météoritique ou d'une activité magmatique récente.

La découverte d'eau liquide dans un passé proche de Mars implique que cette planète a pu avoir une hydrosphèrehydrosphère durant quasiment toute son histoire, même localement, et que c'est peut-être encore le cas de nos jours. L'eau liquide étant liée à la vie terrestre, les conclusions de cet article permettent de supposer que Mars a peut-être possédé le premier ingrédient nécessaire à l'émergence de la vie durant toute son histoire.

De l'eau liquide aurait coulé sur Mars il y a quelques années !

Article de Jean EtienneJean Etienne publié le 7 décembre 2006

Les récentes modifications d'aspect de plusieurs ravines parcourant les remparts de certains cratères suggèrent que de l'eau liquide s'est écoulée à la surface de Mars il y a très peu de temps.

Durant plusieurs années, la sonde américaine Mars Global Surveyor (malheureusement perdue depuis environ un mois), a retransmis des images détaillées de la surface de la Planète rouge, montrant entre autres des ravines qui semblaient avoir été creusées par un élément liquide. Néanmoins, rien n'était moins sûr et nombre de scientifiques en attribuaient la formation à un processus géologique, tout au plus à des écoulements de sablesable. Cependant aujourd'hui, en comparant les photographiesphotographies en haute résolution prises de mêmes endroits et dans des conditions identiques, ils ne peuvent que se rendre à l'évidence: en plusieurs endroits, des modifications sont apparues en un laps de temps très court, suggérant un écoulement d'eau.

Le plancher et les parois d'une ravine au nord-ouest d'un cratère dans Terra Sirenium se sont profondément modifiés entre décembre 2001 et avril 2005, avec l'apparition d'un dépôt plus clair sur cette image (haut). La même modification apparaît dans un cratère de la région de Centauri Montes (bas). Crédit NASA

" Nous nous sommes longtemps préoccupés de la présence ancienne d'eau sur Mars ", déclare le chercheur Kenneth Edgett, " mais aujourd'hui nous parlons bien de l'eau qui est présente en ce moment même en surface de la Planète rouge ". Edgett et ses collègues se sont basés sur les images de Mars Global Surveyor (MGS) afin de revisiter des régions susceptibles d'avoir été le théâtre d'une manifestation aqueuse. Et leurs recherches se sont avérées fructueuses, puisque deux ravines, dont des vues avaient été prises en 1999 et 2001, puis à nouveau en 2004 et 2005, présentent une nette évolution qui semble avoir été provoquée par un écoulement en surface.

Dans les deux endroits, chacun situé sur le rempart interne d'un cratère, des dépôts brillants sont apparus durant cette brève période, peut-être causés par un dépôt de sel, de boue ou de givregivre.

Philip Christensen, chercheur à l'université d'état de l'Arizona, suggère d'effectuer des analyses spectrales détaillées afin de confirmer l'évidence photographique de l'eau liquide ou de ses dépôts, tout en s'enthousiasmant que le système d'imagerie thermique (Thermal Emission Imaging System - THEMISTHEMIS) à bord de la sonde Mars OdysseyMars Odyssey actuellement en orbite martienne, et dont il est le principal directeur, puisse effectuer ces mesures.

" Je pense que nous nous trouvons bien face à un écoulement d'eau liquide, mais quelle qu'en soit la source, nappe aquifère à fleur de terre, fonte de glace ou de neige, cela importe peu, le fait qu'il s'agisse bien d'eau est essentiel ", ajoute Philip Christensen.

L'eau martienne

L'évidence de la présence d'eau dans le passé de Mars a été révélée en 2004 par le robotrobot OpportunityOpportunity, et ne cesse depuis d'être confirmée. Les scientifiques ont longtemps associé la recherche de l'eau liquide sur la planète rouge à la possibilité de la vie, puisque les deux sont étroitement liés ici sur Terre. L'existence d'eau liquide en surface ou à faible profondeur peut également servir de source potentielle d'approvisionnement à de futurs explorateurs martiens.

Mais la preuve que les modifications d'aspect des ravines martiennes ont bien été engendrées par de l'eau liquide risque de ne pas être sans conséquence sur la suite du programme d'exploration, en soulevant le problème de la contaminationcontamination. En effet, un apport accidentel de micro-organismesmicro-organismes terrestres en un endroit rendu propice au développement de la vie risquerait de ruiner définitivement toute recherche ultérieure ayant trait à une possible biologie martienne.