L'image martienne de la semaine par Gilles Dawidowicz
Semaine 44 (30 octobre)

OMEGA fait la révolution !
1ère partie

On ne présente plus l’instrument français de la sonde européenne MEX, le spectromètre OMEGA (Observatoire pour la Mineralogie, l’Eau, les Glaces et l’Activité) conçu par l’IAS en collaboration avec le LESIA, l’IKI et l’IFSI.

Ce spectro-imageur, qui travaille dans le visible (0,35 -1,0 μm) et dans le proche infrarouge (1,0 -5,2 μm) a pour objectifs de déterminer et cartographier la composition minéralogique et moléculaire de la surface et de l'atmosphère martienne. OMEGA doit permettre d’établir une cartographie complète de Mars à une résolution variant entre 4 km et 300 m selon l’orbite de la sonde et donc son altitude…

Voilà bientôt 3 ans que l’instrument est actif autour de la planète rouge, et les planétologues commencent à en tirer des enseignements qui bouleversent totalement notre vision de son histoire géologique ! OMEGA a en fait couvert près de 90% de la surface martienne (entre 1,5 et 5 km de résolution) dont 5% à 400 m de résolution et permet de tirer déjà non seulement de nouvelles grandes lignes sur le passé de Mars mais aussi d’en préciser localement les épisodes majeurs, dans notre quête effrénée d’y trouver la vie ou la mort.

En effet, l’instrument a permis la mise en évidence d’une grande variété de minéraux, présents en sub-surface, ce qui est une première tant dans la richesse de ces minéraux que dans la localisation précise des données. De là, les planétologues de l’IAS, de l’Observatoire de Paris, du LMD et de l’IDES notamment, ont pu en déduire les processus majeurs de mise en place et d’altération des roches, en se basant sur nos connaissances terrestres de la géo-dynamique externe. En tenant compte plus spécifiquement du rôle de l'eau liquide dans la modification des roches observées, ils ont tenté une nouvelle écriture de l’Histoire géologique de Mars, celle la même qui fut élaborée après les missions Apollo, dans les années Viking !

Cette carte montre la répartition actuelle des minéraux hydratés à la surface de Mars. En rouge apparaissent les zones majeures où se concentrent les phyllosilicates, en bleu celles où l’on trouve des sulfates et en jaune celles où se concentrent d’autres types de minéraux hydratés.

Selon cette nouvelle hypothèse, Mars présenterait aujourd’hui principalement 3 types de minéraux en surface, correspondant globalement à 3 ères géologiques majeures. Ainsi, on aurait d’une part des minéraux hydratés comme des phyllosilicates et des sulfates et d’autres part des oxydes ferriques anhydres.

1/- Les phyllosilicates sont localisés dans des terrains très anciens, primordiaux, comme le plateau volcanique de “Syrtis Major” ou les régions de “Nili Fossae” ou encore de “Marwth Vallis”. Ce sont des minéraux hydratés produits de l’altération de roches d’origine magmatique par de l’eau liquide, sur une longue période de temps.

Sur Terre, les phyllosilicates également appelés silicates lamellaires, sont des minéraux de la famille des silicates qui ont été assemblé par empilement de feuillets tétraédriques où les tétraèdres partagent 3 sommets sur 4 (les oxygènes « basaux »), le quatrième sommet (l’oxygène « apical ») étant relié à un feuillet octaédrique occupé par des cations différents (Al, Mg, Fe, Ti, Li par exemple). L’union des différents feuillets en présence forme des couches qui représentent l’unité de clivage des phyllosilicates. Ces argiles peuvent par ailleurs former de vastes dépôts sédimentaires (69 % des sédiments continentaux terrestres sont des argiles).
On notera au passage que l’absence sur Mars de phyllosilicates en surface dans des zones présentant des ravines sub-actuelles ou au fond des cratères d’impact des plaines du Nord (a priori relativement plus récents que ceux du Sud) écarterait selon cette nouvelle théorie, l’hypothèse de la présence d’un paléo-océan boréale dont certains avaient marqué les rivages dans la zone de transition entre basses plaines du Nord et hauts plateaux cratérisés du Sud…

2/- Les sulfates sont identifiés surtout dans des dépôts stratifiés “plus récents”, présents au fond de “Valles Marineris”, sur la plaine de “Terra Meridiani” ainsi que dans certains champs de dunes noires des régions polaires Nord.

Sur Terre, le sulfate est le sel de l'acide sulfurique H2SO4, la formule de l'ion sulfate étant SO42-. Les sulfates les plus courants (de Potassium, d'Ammonium et de Magnésium, de Zinc, de Manganèse, de Cuivre et de Fer) sont particulièrement utilisés pour élaborer des engrais ou des compléments nutritifs à destination des végétaux. Le sulfate de Cuivre est aussi un fongicide et un bactéricide réputé. Le sulfate de Zinc est aussi utilisé contre la prolifération des mousses et lichens… On utilise par ailleurs le gypse, comme un composant dans la fabrication du plâtre ; c’est un sulfate de Calcium.

3/- Les oxydes ferriques anhydres sont quant à eux présents dans les régions brillantes et rougeâtres de Tharsis et d’Arabia.
Sur Terre, les oxydes de fer sont des combinaisons d'Oxygène et de Fer. On trouve par exemple des oxydes du type FeO (oxyde de Fer II, appelé oxyde ferreux, de couleur noire) et que l’on utilise dans la fabrication d'explosifs, des oxydes du type Fe2O3 (oxyde de Fer III) également appelé oxyde ferrique : c’est typiquement l’Hématite que l’on utilise notamment en bijouterie, ou en core du type Fe3O4 (oxyde de Fer II, III) appelé  Magnétite.

En fait, chacun des trois types de minéraux s’est formé suivant un processus spécifique n’ayant pu se produire que dans un contexte climatique particulier. Et c’est donc grâce à l’étude de ces processus, que les planétologues ont pu proposer un nouveau découpage de l’histoire géologique et morpho-climatique de Mars en 3 grandes périodes. Il convient de préciser toutefois qu’il s’agit toujours de datations relatives et non absolues, par manque de prélèvements de matériaux in-situ.

Et nos chercheurs ont proposé une nouvelle nomenclature pour remplacer les désormais désuets, Noachien, Hespérien et Amazonien.

La première nouvelle ère géologique proposée est le “Phylllosien” (de phyllos signifiant en grec argiles ou feuilles). Il s’agit de la plus ancienne des 3 ères proposées. Elle aurait commencé juste après que la planète se soit formée, il y a 4,56 milliards d'années et aurait durée 300 millions d’années seulement ! Elle est caractérisée par la présence des phyllosilicates, ces argiles qui se sont formées par l’altération des roches sous une couche d'eau liquide ou dans des milieux aqueux. Ces argiles témoignent nécessairement lors de leur formation et mise en place, d'un climat tempéré laissant disponible et ruisseler de l’eau liquide en surface, en grandes quantités et durablement dans le temps. Cela induit nécessairement la présence d’une atmosphère plus épaisse et plus chaude que l’atmosphère actuelle, et d’une activité interne et donc volcanique, importante. De toute l’histoire de Mars, le “Phylllosien” pourrait être la période pendant laquelle les conditions globales auraient été les plus favorables à l'apparition de la vie sur la petite planète.

Puis, les planétologues indiquent un changement radical de l’environnement martien, marquant la fin de la première ère géologique. Ce changement se caractériserait notamment par un arrêt brutal du champ magnétique globale, arrêt dont la cause reste inconnue mais qui pourrait être liée à un impact géant. Toujours est-il que la perte du champ magnétique de Mars aurait favorisé l’échappement massif des molécules de la haute atmosphère vers l’espace interplanétaire et donc entraîné une gigantesque baisse des pressions barométriques accompagnée d’une baisse sensible des températures. L’atmosphère devenue moins dense et plus froide, l’eau liquide se serait donc raréfiée et les roches en surface auraient cessé de s’altérer et de former des phyllosilicates. Nous sommes alors à l’ère du “Theiikien” (de theiik signifiant sulfate en grec), qui aurait durée environ 400 millions d’années.
Nonobstant, pendant cette deuxième ère géologique majeure, l’activité volcanique aurait été particulièrement intense et aurait libéré d’importantes quantités de gaz riches en composés soufrés, créant ainsi un environnement très acide ; celui-là même mis en évidence au sol par les rovers Spirit et Opportunity. Cette activité volcanique serait parallèlement, à l’origine de formidables débacles en surface et de la libération de stocks gigantesques d’eau liquide ayant produit les vallées du type Ares Vallis, explorée il y a bientôt 10 ans par le rover Mars Pathfinder. Ainsi, durant cette ère, l’eau liquide en surface aurait existé mais de manière sporadique, discontinue, localisée, et probablement pas toujours en équilibre avec les conditions climatiques d’alors. C’est l’époque des pluies acides et des lacs peu profonds, salés et également acides, du type de ceux de Terra Meridiani par exemple, région explorée actuellement par le rover Opportunity…

C’est aussi durant le “Theiikien“ que le soufre présent dans l’atmosphère se serait dissout et se serait précipité sous forme de sulfates, aux endroits où de l’eau en phase liquide aurait pu s’infiltrer. Cette ère s’est d’après les chercheurs, terminée avec la disparition quasi définitive des dernières traces d’eau liquide en surface et la raréfaction toujours observée aujourd’hui, de la vapeur d’eau atmosphérique. Une fois de plus, la fin brutale de cette ère pourrait être liée à une phase intense de bombardements météoritiques… (ce qui du reste est presque toujours le cas sur Terre à chaque rupture géologique majeure).

Toujours selon les chercheurs, le “Phylllosien” et le “Theiikien“ réunis n’auraient duré que moins d’un milliard d’années, ce qui est peu mais probablement largement suffisant pour laisser la Vie apparaître, se développer un minimum jusqu’à forme des organismes complexes, proliférer puis finalement s’éteindre sans avoir nécessairement la capacité ou le temps de s’adapter.

Vint alors la troisième et dernière ère géologique martienne, celle que l’on observe encore de nos jours : le “Sidérikien“ (de sideros signifiant fer en grec). C’est d’après les planétologues, l’ère martienne la plus longue : elle aurait en effet commencé il y a environ 3,5 milliards d'années !
Il n’y aurait pas eu d'eau en phase liquide impliquée durant cette ultime ère géologique, à l’exception de quelques phénomènes sporadiques et très localisés (à la faveur d’impacts, d’écoulements hydrothermaux, de libérations saisonnières de poches d’eau en sub-surface donnant lieu à des ravines…). Les roches exposées et en contact avec l’atmosphère auraient été peu à peu oxydées par de lents processus chimiques. Le Fer se serait ainsi transformé en oxydes ferriques anhydres, entraînant une coloration rougêatre (définitive ?) du sol et des panoramas martiens. L’atmosphère très froide et fortement réduite laissant passer le rayonnement ultraviolet, finirait de rendre la surface externe totalement stérile. La planète Mars étant devenue le vaste désert froid et sec que l’on explore depuis quelques décennies par robots interposés !

Il faut donc retenir grace aux études menées avec les données collectées par OMEGA, que les prochaines missions automatiques à la recherche de traces de vie passée sur Mars, devraient être concentrées dans les terrains du “Phyllosien”, aujourd’hui tapissés par des couches de phyllosilicates. Peut-être y trouverons-nous des traces de vie fossile, si la vie est apparue un jour sur Mars ? Malheureusement, d’après les résultats d’OMEGA, il semble bien que rechercher ces traces de vie passées ailleurs que dans ces couches sédimentaires soit vain ! Quant aux formes de vies actuelles, OMEGA n’apporte pas vraiment de nouvelle réponse à la question : Mars étant de nos jours un milieu extrême, nous ne sommes pas à l’abri d’y découvrir n’importe où des organismes vivants capables de s’y adapter… Il faudra toutefois se concentrer dans des niches écologiques, quoi que même cette notion ne signifie plus grand chose au regard de nos connaissances actuelles…

© Texte : Gilles Dawidowicz/APM.
© Image : ESA/OMEGA/IAS.