En effet il y a quelques jours se tenait encore la première conférence internationale sur Mars Express aux Pays-Bas.

Le sujet de ce soir est de tirer les conséquences d'un an de travail des divers instruments et de voir ce que cela implique pour notre planète sœur.

LES ÉPOQUES DE MARS :

Le premier thème abordé fut celui de l'âge de Mars, ou plutôt de savoir à quel moment et pourquoi son évolution s'est différenciée de celle de la Terre.

On sait que Mars s'est formée en même temps que tous les autres corps du système solaire, à savoir il y a 4,55 milliards d'années (que l'on notera Ga : Giga an, million d'années étant noté Ma) avec une précision de +/- 0,01 Ga.

Toutes ces planètes se sont formées en même temps et pourtant elles ne se ressemblent pas entre elles, pourquoi ? Quelle a été la succession des étapes qui ont amené Mars là où elle est aujourd'hui ?

Les ingrédients ont été les mêmes : une activité interne basée sur la radioactivité, qui produit en moyenne 10^-8 W/m³ , chiffre qui peut paraître faible, mais attention le volume compte beaucoup quand il est énorme.

Photo JPM

Il y a comme pour tous les procédés, compétition entre les gains et les pertes de chaleur interne. En effet du côté des gains, c'est le volume qui est en rayon à la puissance 3 et du côté des pertes, c'est la surface, donc en rayon au carré et la décroissance radioactive dans le temps. Alors on obtient des courbes de la température (T) en fonction du temps (t) pour chaque planète que JP Bibring dessine au tableau, elles passent par des maximales correspondant au "top" de l'activité de chaque planète avant de décroître vers la mort géologique.

Mars a déjà atteint cette phase. Les planètes les plus volumineuses sont situées dans le haut du graphique.

Mars Express permet aussi d'étudier l'évolution de cette planète dans le temps grâce à ses divers instruments.

L'ATMOSPHÈRE DE MARS :

Elle est très tenue (1/100 de celle de la Terre) et correspond sur Terre à ce qu'il y aurait à 50 km d'altitude.

À l'origine toutes les planètes (au moins les telluriques) avaient à peu près la même atmosphère : c'était principalement du gaz carbonique (CO2) : en effet on en trouve en trop grande quantité sur Vénus (100 fois la pression terrestre) et pas assez sur Mars.

La Terre avait, elle aussi, énormément de CO2 dans son atmosphère (peut être équivalente à 30 bars à l'origine!) mais grâce à l'eau des océans nous n'avons plus que quelques centaines de ppmv (parties par millions par volume), pourquoi ? Le CO2 est soluble très facilement dans l'eau, il précipite et donne des carbonates.

Sur Mars, s'il y a eu de l'eau en quantité, il devrait y avoir des carbonates. Or on en n'a pas trouvé ce qui laissait soupçonner que le CO2 soit piégé sous forme de glace sur la planète. Il s'est finalement avéré qu'il n'y a pas de grande quantité de glace carbonique sur Mars. Seuls les pôles en sont recouverts. Le CO2 s'est donc échappé très tôt de la planète et certainement très vite. Pourquoi ?

Mars est deux fois plus petite que la Terre. En conséquence sa gravité plus faible (vitesse de libération plus faible) a favorisé l'échappement de son atmosphère dans l'espace, et son refroidissement plus rapide, ce qui explique qu'elle ait perdu son champ magnétique, a également contribué à la perte de CO2. Il n'y a donc certainement pas eu de période où l'effet de serre était important sur Mars.

LA SUPER CAMERA ALLEMANDE HRSC

En fait c'est elle la grande vedette de Mars Express. La caméra est fabriquée par nos amis allemands et a une résolution maximale de 15 m par pixel. Elle permet d'obtenir des images 3D par combinaison de 3 images du même objet vu sous différents angles.

Voir tous les détails à "l'Institut für Planeten Forschung" de Berlin (mais en anglais)

Au cours de la conférence des Pays-Bas, G Neukum (le principal responsable de la caméra) a rendu public une carte de ce qui a déjà été cartographié avec la HRSC. (les zones filmées sont les traces blanches sur la carte de Mars). On remarque que ce sont surtout les terrains anciens de la zone Sud qui ont été cartographiés ainsi que les Pôles.

© ESA/G Neukum

La très bonne résolution de cette caméra, permet de dater les terrains en étudiant la cratérisation de ceux-ci (on compte les cratères !). L'hémisphère Sud de Mars a le plus de cratères d'impact. On en conclut que cette zone est très ancienne et date de l'origine de Mars.

Le même principe de datation appliqué à Olympus Mons montre que ce dernier n'est âgé que de quelques centaines de millions d'années, il y eut donc des périodes de volcanisme relativement récemment (au sens astronomique du terme bien sûr !) !

IL FAUT MAINTENANT PARLER DU BÉBÉ DE JP BIBRING : LE SPECTROMÈTRE OMEGA

D'abord OMEGA, que signifie ce terme cabalistique ?

OMEGA: Observatoire pour la Minéralogie, l'Eau, les Glaces et l'Activité, mis au point par l'IAS à Orsay et dont Jean-Pierre Bibring est le PI, terme consacré pour appeler le responsable instrument (Principal Investigator en anglais).

Il fournit en fait des spectres de la surface et de l'atmosphère avec une résolution au sol variant de 350 m à 10 km. De telles observations permettent de cartographier les principaux minéraux présents, et donc de retracer les détails de l'histoire géologique et des processus qui ont modelé la surface. Ce spectromètre fonctionne dans la bande des fréquences visibles (longueurs d'ondes 0,4 à 0,8 µ) et jusque dans l'infra rouge (jusqu'à 5 µ).

Pourquoi est-ce si important ?

Beaucoup de corps donnent le même aspect vu dans le visible : par exemple de la glace d'eau ou de la glace de CO₂; c'est tout bêtement blanc ! Ce n'est plus le cas dans l'infrarouge. Ces deux corps ont des signatures différentes dans ce domaine de longueurs d'onde. Il en est de même pour d'autres substances ce qui permet de détecter et doser les différents corps et minéraux à la surface de Mars.

LE PROBLÈME DE L'EAU, OÙ EST L'EAU ?

D'abord une question : Pourquoi l'eau est-elle donc si importante ?

N'oublions pas l'atmosphère originelle de toutes les planètes telluriques : le gaz carbonique. Ce CO₂ ne nous protège pas des dangereux UV émis par le Soleil, et les UV tuent toute vie. (c'est un désinfectant puissant !). Donc avec du CO₂ aucune planète ne pouvait développer la vie au niveau du sol, mais l'eau protège des UV, et c'est là que la vie peut démarrer, c'est là que la vie est restée pendant des milliards d'années sur Terre jusqu'à ce que l'atmosphère devienne protectrice par l'enrichissement en oxygène et la création de la couche d'ozone.

En a-t-il été de même sur Mars ?

Une première indication est que Mars apparaît "rouge", c'est une planète rouillée, on pourrait croire que c'est l'action de l'eau qui a transformé le fer en oxyde de fer. Et bien c'est faux, l'oxydation s'est produite par action de l'oxygène qui, même en quantité très faible, a fait rouiller la planète au cours du temps.

Ce sont bien les résultats d'eau qui a coulé, mais combien de temps ? Et quelle quantité ? Dans quoi se jetaient ces rivières ?

Rien n'est sûr, mais elles ont probablement coulé peu de temps mais suffisamment pour creuser ces sillons caractéristiques. En effet c'est dans les terrains les plus anciens qu'on trouve des écoulements, ce qui permet de penser que l'eau n'a pas coulé sur Mars depuis au moins 3 milliards d'années ! Ce qui n'empêche pas de temps en temps lors d'un impact météoritique de creuser un cratère "splotch" comme dans de la boue, là où ressort la glace de sous sol.

Omega, permet de partir à la recherche de l'eau, ou plutôt de ce qui devrait en rester, la glace. Où chercher ? D'abord là où cela semble évident aux pôles.

Voici l'exemple des glaces du pôle Sud de Mars, sur la vue de l'extrême droite de cette diapositive, la photo dans le visible ne permet pas de distinguer le type de glace, ce qui n'est pas le cas en IR.

Vue de gauche : la glace de CO₂ (la plus grande concentration en bleu).
Vue du milieu : la glace d'eau ((la plus grande concentration en bleu).

Il y a donc bien beaucoup de glace d'eau sous une mince pellicule de glace de CO₂, c'est une révélation. Longtemps on a cru que le pôle Sud était composé principalement de CO₂.

Les deux zones de glace sont maintenant bien identifiées (© OMEGA IAS)	Modèle de la calotte Sud : le CO2 très mince sur la glace d'eau (© OMEGA IAS)

Le Pôle Nord lui, on le sait depuis longtemps est constitué principalement de glace d'eau, la pellicule de CO2 est encore plus fine. Mais si on ne trouve pas d'eau sur le sol de Mars à part aux Pôles, peut-être y a-t-il de l'eau sous forme de matériaux hydratés ?

Et bien oui OMEGA en a trouvée sous forme de sulfates.

Dans la zone d'éjection de Syrtis Major grande concentration en bleu (Photo JPM)	Opportunity a eu la chance de se poser près de roches affleurantes contenant des sulfates (© OMEGA IAS)	Le Pôle Nord de Mars contient aussi du gypse, preuve de présence d'eau. (© OMEGA IAS)

La découverte de sulfates est très importante car cela implique l'action du soufre en présence d'eau, il faut donc chercher la vie dans les terrains contenant des sulfates. Comme le dit JP Bibring, la vie est peut-être bloquée en "mode dormant". Qui va la réveiller ?

DIFFÉRENCE D'APPROCHES ENTRE LES DEUX CÔTÉS DE L'ATLANTIQUE

La question fut inévitablement posée entre les deux philosophies européenne et américaine.

Sans être trop polémique, on peut dire que les scientifiques de la NASA sont bien meilleurs que nous du point de vue des relations publiques (ils savent faire partager leur passion à tous les publics alors que chez nous on semble confiner la science à une élite, loin des contingences de ce bas monde !!), cela les force aussi à rendre leurs programmes attractifs et donc à "tirer un peu sur la corde" lors de conférences de presse avec des annonces un peu "limites".

Ils doivent comme le dit notre orateur, pouvoir convaincre un sénateur dans un ascenseur de voter les crédits demandés, par des phrases super courtes et percutantes ce qui a donné naissance à la célèbre phrase : "follow the water" qui va devenir maintenant très certainement : "follow the microbs".

Bref, ils sont quand même très bons, mais nous aussi, seulement nous on ne le sait pas !! La propagation de la Science n'est pas un long fleuve tranquille…………….

CONCLUSIONS

Mars Express avec tous ses instruments a eu la chance de pouvoir effectuer un bilan GLOBAL de Mars, de l'atmosphère au sous-sol (on attend MARSIS avec impatience) en passant par la surface.

On peut résumer :

• OMEGA n'a pas trouvé de preuves de grandes étendues d'eau permanentes lors des 3 derniers milliards d'années.
• Il n'a pas trouvé de carbonates, prouvant la disparition rapide et précoce de l'atmosphère martienne.
• L'eau est présente sous forme de glace aux deux Pôles qui constituent un réservoir immense.
• Quelques terrains riches en sulfates ont été identifiés notamment près d'Opportunity.

Dans les terrains anciens, on a détecté aussi la présence d'argile (clay en anglais) qui tend à prouver la présence en des temps anciens de grands épisodes liquide sur Mars, il y a plus de 3 Milliards d'années Mars aurait pu être chaude et humide.

Nombreuses questions à la fin de cette passionnante conférence. Jean Pierre Bibring a eu la gentillesse d'y répondre jusqu'au dernier moment.

Merci Jean Pierre Bibring pour ce voyage si captivant.
À bientôt j'espère.

par Jean-Pierre MARTIN

Image infrarouge prise par OMEGA Les fausses couleurs sont dérivées des différentes composantes spectrales Crédits images : ESA/OMEGA

On a enfin une confirmation directe de la présence d'eau au pôle sud martien. On a en effet d'abord cru qu'il n'y avait de l'eau qu'au pôle nord, le pôle sud étant composé exclusivement de glace carbonique. Plus récemment, l'hypothèse qu'il pouvait y avoir de l'eau mélangée au dioxide de carbone gelé avait été avancée suite aux dernières missions. C'est désormais une certitude : il y a bien de l'eau au pôle sud de la planète rouge. Pour le mettre en évidence, les scientifiques ont analysé les données recueillies par l'instrument OMEGA de Mars Express sur la quantité de chaleur et de lumière solaire réfléchies par le sol martien. Et l'eau a une signature particulièrement reconnaissable.

Les résultats sont triplement intéressants :

La calotte polaire martienne est composée à 85% de glace carbonique et à 15% de glace d'eau.

Les pentes qui font la transition entre la caloote polaire et les plaines environnantes sont presque entièrement constituées d'eau.

Aux alentours, sur une étendue de plusieurs dizaines de kilomètres, s'étend une zone de permafrost qui là encore contient de l'eau. Ces zones n'avaient jusqu'à présent pas été identifiées comme pouvant contenir de l'eau car celle-ci y est mélangée au sol, lequel réfléchi peu de lumière. La capacité d'observer dans l'infrarouge a permis de résoudre cette difficulté.

Ces trois aspects se distinguent très nettement sur l'image ci-contre. En rose apparaît la calotte polaire constituée d'un mélange glace d'eau et glace carbonique. Puis du bleu au vert, les zones riches en glace d'eau sans dioxide de carbone ; les zones bleues étant les plus riches en eau.

Pour aller plus loin dans la découverte de l'eau sur Mars, il faut attendre la mise en route de l'instrument Marsis qui devrait avoir lieu d'ici quelques semaines et permettra de détecter la présence d'eau souterraine jusqu'à une profondeur de 2 à 3 kilomètres.

Images des instruments français : de l'eau.

20/01/04

Triple prise de vue par OMEGA Glace d'eau, de CO2 et vue normale Crédits images : ESA/OMEGA	Spectromètre planétaire Fourier Il s'agit d'une coupe de l'atomsphère qui va d'un pôle à l'autre de gauche à droite En hauteur est représentée l'altitude Crédits images : ESA/PFS

Des mesures prises par l'instrument OMEGA le 18 janvier dernier ont détecté la présence d'eau et de glace carbonique (majoritaire) au pôle sud martien. Les trois images ci-contre représentent de droite à gauche : un vue dans le visible, la présence de glace carbonique et pour finir la présence de glace d'eau.

De son côté, l'instrument SPICAM également développé par le CNRS a détecté la présence d'ozone et de vapeur d'eau dans l'atmosphère de la planète rouge. Pour en savoir plus, sur le site du CNES.

Caldera d'un volcan de la région d'Elysium Crédits images : ESA/DLR/FU Berlin (G. Neukum)

Dans le même temps, le spectromètre Fourier révélait que la distribution du monoxide de carbone (CO) était disymétrique entre les hémisphères nord et sud.

Enfin, pour finir, une petite image très réussie, prise par la caméra stéréoscopique HRSC du cratère du volcan d'Albor Tholus de la région d'Elysium (hémisphère nord, à l'est du site d'atterrissage de Spirit). La caldera (la zone d'effondrement) mesure 30 kilomètres de diamètre et 3 kilomètres de profondeur. Vous pouvez retrouver directement d'autres images de la caméra européenne sur le site du DLR (agence spatiale allemande).

L'Europe dévoile (enfin) les images de Mars Express !

20/01/04

Crédits images : ESA/DLR/FU Berlin (G. Neukum) Cliquez pour agrandir l'image.

Alors que la sonde gravite autour de Mars depuis le 25 décembre 2003 et qu'elle se circularise progressivement, ses sept instruments ont été testés et sont en cours de calibration. Malgré tout, des centaines d'images et des milliers de spectres et mesures en tous genres ont été réalisés pendant ces 3 dernières semaines et l'Agence Spatiale Européenne en est restée ... muette !

Pourtant, depuis quelques jours, l'Agence dévoile prudemment mais surement quelques images ... spectaculaires !

C'est la caméra HRSC (High Resolution Stereo Camera) qui a pris ces clichés le 14 janvier alors que la sonde était à 275 km de la surface. Long de 1700 km et large de 65 km, le cliché de droite est orienté Sud/Nord et nous dévoile Valles Marineris à la résolution de 12 mètres par pixel, en couleurs et en 3D. La zone couverte fait 120 000 km². Le cliché nous montre le canyon martien sous un autre angle, plus rasant, pour illustrer que l'image a bien été prise en relief.

Crédits images : ESA/DLR/FU Berlin (G. Neukum)

Des strates sédimentaires sont visibles tandis que l'érosion les a déblayé par endroits laissant alors apparaître des buttes témoins et des mesas, des plateaux tabulaires et des chenaux, des vallées calibrées et des versants très érodés, des couloirs d'avalanches et des langues d'éboulements, des cratères d'impact etc...

Bref, l'Europe découvre Mars.

Une séquence vidéo en trois dimensions doit être rendue publique lors d'une conférence de presse de l'ESA, le 23 janvier à 11h00 CET.