La région Ouest d'Utopia Planitia est connue pour ses terrains aux polygones géants, sans aucun équivalent ailleurs sur Mars. Voici cette semaine une bonne illustration de ce phénomène surprenant dont l'échelle régionale donne la mesure. Certains planétologues font l'hypothèse d'une origine glaciaire pour expliquer ces formes de surface qui ressemblent aux terrains polygonaux que l'on rencontre dans certaines régions périglaciaires terrestres (plaines sibériennes, Alaska?). Sur Terre, ces sols polygonaux constituent en effet un des aspects les plus typiques des pays arctiques par exemple. On en connaît aussi dans les montagnes de zones tempérées ou dans la zone intertropicale. Ils peuvent se former sur des roches très différentes comme des basaltes, des moraines ou des calcaires. Et il s'en forme actuellement en Islande ou au Spitzberg...

Descriptions

Sur Terre, les sols polygonaux se présentent comme une succession de pentagones plus ou moins réguliers. Leurs dimensions varient de plusieurs centimètres à plusieurs décamètres. Leur granulométrie varie elle aussi fortement. Soit le centre des polygones est limoneux et leurs arêtes sont formées de pierres et petits blocs, soit au contraire, la granulométrie sur les côtés est fine et le centre du polygone est constitué d'un gros bloc auquel s'accolent des cailloux plus petits. Il existe aussi des polygones dont les matériaux sont homogènes, non triés et généralement assez fins. On rencontre enfin des polygones emboîtés les uns dans les autres.

Sur Mars, les polygones d'Utopia sont gigantesques ! Ils font en effet très souvent plus de 100 m de côté. De formes très variables, ils sont carrés, pentagonaux, hexagonaux...

On observe qu'ils se subdivisent très fréquemment pour former de plus petites entités polygonales ou de formes plus aléatoires. Enfin, certains possèdent de véritables craquelures à leur marges, visiblement profondes et parfois larges de plusieurs dizaines de mètres. Il est à noter que l'on n'observe dans la région aucun cratères d'impact...

Explications

Sur Terre, le débat a longtemps fait rage entre deux théories concernant l'origine des sols polygonaux.

On a longtemps évoqué pour les expliquer des courants de convection. Le maximum de densité de l'eau se plaçant à 4°C, pendant le dégel l'eau située près de la surface a souvent une densité plus grande (surtout si elle est au voisinage de 4°C) que l'eau fondante située au contact de la couche profonde non dégelée et de la couche superficielle dégelée. Cette eau superficielle est plus lourde et a tendance à s'enfoncer puis à être remplacée par de l'eau à 0°C, plus légère. Il en résulte des mouvements de circulation d'eau liquide qui s'effectuent en cellules polygonales. Mais, ces mouvements de convection entre des liquides à 0°C et à 4°C n'ont qu'une force minime et ils seraient bien incapables de soulever des pierres, même de petites tailles...

Une autre explication a été avancée et celle-ci fait aujourd'hui l'unanimité. Il s'agirait pour former ces sols polygonaux d'un processus de rétractation qui est à l'origine du réseau de fentes (fentes en coin ou fentes de dessiccation estivales). Les sols géométriques semblent bien devoir leur origine à des processus similaires : bombements juxtaposés formés par le gel, suivis d'un affaissement lors du dégel. Les convexités apparues servent de support à des pipkrakes divergents qui soulèvent les petites pierres et les laissent retomber plus loin du centre, dans les réseaux de fentes. Les plus grosses pierres ne sont pas toujours soulevées. Quant aux fentes de dessiccation, elles s'ouvrent entre les dômes dus au gel, aident au redressement des pierres qui viennent au contact de leurs parois et qu'elles emprisonneront au moment où elles se refermeront sous l'action du regel. Ainsi plusieurs processus collaborent à la réalisation des sols polygonaux, les modifications de volume du fait du gel étant à l'origine de ces formations. Par ailleurs, la taille des polygones semble indépendante de la teneur du sol en argile colloïdale et, dans une moindre mesure, de sa profondeur (les grands polygones ne se forment que sur des sols épais).

Qu'en est-il sur Mars ? Mystère total car ces formes observées par la sonde MGS sont bien plus grandes. Traduiraient-elles la présence passées d'un sous-sol gorgé d'eau liquide ayant gelé puis dégelé ? Par ailleurs, si Mars avait connu autrefois des étendues plus ou moins importantes d'eau liquide qui aurait fini par geler, pourquoi observons-nous des sols polygonaux uniquement dans la région d'Utopia ? Enfin, qu'en est-il de ces formes et processus aujourd'hui ? Si Mars contient encore un permafrost en sub-surface et que les conditions climatiques actuelles permettent quelques heures par an et quelques jours par an des dégels, est-ce que des sols polygonaux se forment encore sur Mars ? Autant de questions dont il faudra encore attendre bien longtemps des débuts de réponses...

Le centre du cliché est localisé vers 42,3°N par 275,6°W. L'image prise lors de l'été boréale, fait environ 3 km de large et le Soleil provient du bas gauche. L'image du bas de la page est un agradissement d'une zone située au centre-sud de celle du haut.

© Texte : Gilles Dawidowicz/APM.
© Images : NASA/JPL/Malin Space Science Systems.