RÉUNION DE LA COMMISSION DE PLANÉTOLOGIE 

Compte rendu de la réunion du 13 janvier 2018

L’ExoMars Trace Gas Orbiter de l’ESA . Crédit : ESA – D.Ducros

La Commission de planétologie s’est réunie le 13 janvier 2018 au siège de la SAF. Jean-Pierre Martin, vice-président de la commission, a d’abord presenté les actualités planétaires. Il a ensuite donné la parole à Michèle Guiot, membre de la commission, qui a parlé de l’exploration de la planète Mars. Michèle est professeur de mathématiques et étudiante à l’Observatoire de Paris. Elle a soutenu son diplôme d’Université sous la direction d’Alain Doressoundiram en 2016/2017.

Dans sa présentation, intitulée « 60 ans d’exploration de Mars, bilan et perspectives », Michèle a fait la synthèse des missions passées ou en cours, présenté  ensuite quelques-unes des avancées sur les connaissances de Mars faites grâce à ces missions et abordé la question des futures missions.

Présentation de la planète Mars

La Terre et Mars sont toutes deux dans la zone habitable. Mars est à 230 millions de km du Soleil. Elle a un rayon 2 fois plus petit que la Terre, une obliquité voisine (25° contre 23° pour la Terre), elle a donc aussi des saisons. La durée des jours martiens est très proche de la nôtre (24h 37min), une année dure 2 fois plus longtemps. Il faut au minimum 6 mois pour atteindre Mars, en choisissant des conditions optimales qui ne se retrouvent que tous les deux ans.

Synthèse des missions martiennes

Il y a eu 43 missions spatiales martiennes depuis 60 ans, russes, américaines, européennes, une japonaise et une indienne. Au début, il y avait de simples survols (flyby) de Mars, puis des mises en orbite (orbiter) et enfin des atterrissages d’atterrisseurs fixes (lander) et d’atterrisseurs mobiles (rovers). La Russie (l’Union Soviétique avant) n’a pas eu de chance avec ses missions martiennes. Les États-Unis ont connu 5 échecs sur des missions parfois très coûteuses. Au total, sur 43 missions, 22 ont été des échecs, soit plus de la moitié. Il y a actuellement sur Mars deux rovers américains et six orbiteurs (4 américains, un européen, un russo-européen et un indien) opérationnels.

Les missions martiennes. Source : Bill Gerstenmaier/NASA

Le relief martien 

Olympus Mons est un volcan bouclier, étendu et formé par des laves fluides. Les volcans boucliers de Mars ont des altitudes faramineuses à cause de l’absence de mouvements tectoniques et de l’accumulation de la lave en un même point chaud (contrairement aux volcans hawaïens par exemple qui sont multiples à cause de la tectonique des plaques). Sa dernière activité remonterait à 100 millions d’années, mais ceci est controversé : les observations tendraient à prouver qu’une activité volcanique pourrait s’être produite il y a quelques millions d’années seulement.

Dans une carte topographique des deux hémisphères martiens, due à l’orbiteur MGS, plusieurs éléments de la surface sont visibles : Dans l’hémisphère Ouest, on voit un cratère d’impact, Argyre, et Olympus Mons sur le bord ouest du dôme de Tharsis. Des vallées de débâcle bien visibles débouchent dans la plaine Chryse. Dans l’hémisphère Est, on visualise bien la différence d’altitude entre les basses plaines du Nord et les hauts plateaux du Sud. L’énorme cratère d’impact Hellas a une profondeur de plus de 8 km. Il y a une réelle dichotomie entre les deux hémisphères. Nous ne connaissons pas encore son origine mais elle se serait formée dès le début de l’histoire de Mars.

Michèle a présenté ensuite une coupe altimétrique de Mars, faite au méridien zéro. Du pôle Nord à gauche, au pôle Sud à droite, on retrouve les basses plaines et les hauts plateaux, en passant par la transition d’Arabia Terra. Les pôles culminent à cause d’accumulation de poussières piégées dans les glaces.

Les différentes ères martiennes

On date les terrains martiens à l’aide des nombres de cratères et ceci en comparaison avec ceux de la Lune. Les échantillons ramenés par Apollo ont permis de dater de façon absolue ces terrains en établissant une correspondance entre le nombre de cratères et l’âge. Plus il y a de cratères, plus le terrain est ancien. Cette méthode a été adaptée à Mars, grâce à un comptage précis des cratères permis par la caméra haute résolution HRSC de Mars Express. On définit 3 ères géologiques (échelle Hartmann et Neukum) :

  • Le Noachien, qui correspond aux terrains fortement cratérisés de l’hémisphère sud. Mars avait alors un champ magnétique, une atmosphère épaisse. On suppose qu’avec l’effet de serre, le climat a pu être plus chaud, et que l’eau a pu couler en surface. La fin du Noachien a été marquée par le grand bombardement tardif qui a creusé les énormes cratères d’impact Hellas et Argyre. Comme ils n’ont pas de trace de champ magnétique, on pense que celui-ci a disparu avant leur formation. La disparition de ce champ magnétique va entraîner le changement climatique sur Mars.
  • L’Hespérien, dont les terrains sont moins cratérisés, est marqué par une intense activité volcanique. La lave recouvre alors les basses plaines du Nord. Mais l’absence de champ magnétique provoque l’échappement de l’atmosphère et le refroidissement rapide du cœur de la planète à cause de sa petite taille. Le climat refroidit, l’eau gèle et s’enfouit dans le sol.
  • L’Amazonien, qui caractérise les terrains les moins cratérisés de l’hémisphère Nord. À cause du refroidissement, l’intensité volcanique diminue au fil du temps. Le climat est sec et froid.

Si Mars a gardé à sa surface une bonne partie de son histoire géologique à cause de l’absence de tectonique de plaques, le volcanisme très important à certaines périodes a effacé des traces de son histoire.

Une autre échelle chronologique a été définie par Jean Pierre Bibring. Elle est basée sur les cartes d’abondance de minéraux fournies par les orbiteurs. Son échelle distingue également 3 périodes, aux mêmes dates que l’échelle précédente.

Les vallées et l’eau

Il y a sur Mars deux types de vallées bien distincts, correspondant à des temps géologiques différents :

  • Les réseaux fluviatiles se retrouvent sur les terrains anciens de l’hémisphère sud. On estime leurs débits à quelques milliers de m3/s, comparables à celui du fleuve Danube actuellement. Un bel exemple est la vallée Nirgal.
  • Les vallées de débâcle datent d’une époque où le volcanisme était intense. Elles sont plus récentes que les précédentes. Elles avaient des débits de plusieurs centaines de milliers de m3/s, beaucoup plus élevés que celui du fleuve Amazone aujourd’hui. Elles peuvent faire jusqu’à 500 km de large. Exemple ces fleuves qui débouchent dans Chryse Planitia.

Il y a aussi le mystère des ravines (gullies) qui se forment sur les pentes froides en hiver. On n’est pas certains qu’elles soient dues qu’à un écoulement liquide. Il semble bien que l’on ait trouvé une explication sur ces coulures noires périodiques observées sur certaines pentes de Mars.

Y a-t-il eu un océan dans l’hémisphère Nord? C’est une question encore controversée : La plaine Chryse a été recouverte par la lave, et seuls subsistent quelques signes qui pourraient accréditer l’hypothèse d’un océan.

Les calottes polaires sont différentes l’une de l’autre,

  • la calotte Nord est constituée de glace d’eau, et s’étend sur une largeur de 1 000 km, avec une épaisseur de 3 km.
  • la calotte Sud est constituée d’un mélange de glace d’eau et de glace de CO2. Elle fait 400 km de large.

Ces deux calottes se couvrent en plus de givre de COen hiver, en été celle-ci se sublime et va se condenser sur la calotte du pôle opposé. Une grande quantité de poussière reste piégée dans la glace, cette accumulation de poussières est à l’origine de la haute altitude des pôles. On ne se pose donc plus de question concernant l’eau sur Mars, elle a coulé dans un passé lointain, c’est à peu près sûr.

D’ailleurs la sonde Mars Odyssey, équipée d’un détecteur de neutrons a mis au jour des concentrations d’H (donc d’eau) dans de nombreux endroits sur Mars. Elle représente l’abondance de l’eau jusqu’à 2 m de profondeur.

L’atmosphère

On sait que Mars a perdu son atmosphère à cause de deux facteurs principalement :

  • Absence de champ magnétique (Mars, plus petite que la Terre, s’est refroidie plus vite, le noyau s’est figé) protégeant la planète du vent solaire, celui-ci a balayé la planète de son atmosphère.
  • La planète étant plus petite, sa gravité est plus faible que la Terre, cela participe aussi à l’échappement de l’atmosphère dans l’espace.

Mars a perdu une grande partie de son atmosphère. Le vent solaire et son champ magnétique ionisent des molécules et projettent ces ions dans la haute atmosphère d’où ils s’échappent. C’est l’échappement ionique indiqué en brun sur le schéma. On a aussi un échappement neutre, soit de particules légères telles que H, soit de particules percutées par des ions en train de s’échapper. La sonde Maven a permis de quantifier l’échappement : 65% de l’atmosphère s’est ainsi échappée depuis la formation de Mars. L’atmosphère de Mars a été aussi dense par le passé que celle de la Terre.

Les questions en suspens

Les nombreuses missions spatiales ont répondu à de multiples questions, mais en ont fait poser beaucoup d’autres, notamment :

  • D’où vient la dichotomie observée entre les deux hémisphères ?
  • Comment dater précisément les roches de Mars et les ères géologiques ?
  • Y a-t-il eu un océan dans l’hémisphère Nord ?
  • Quelles sont les origines et les débouchés des vallées ?
  • Y a-t-il eu et y a-t-il encore de la vie sous forme de bactéries extrêmophiles par exemple ? Curiosity a bien observé des bouffées de méthane, mais on ne sait pas si le processus à l’origine de ces bouffées est chimique ou biologique.

Les missions futures ont pour objectifs d’apporter quelques éléments de réponses à toutes ces questions.

Les futures missions

  • Insight (2018) NASA avec équipements CNES.
  • Mars 2020 rover, un clone plus performant (prise d’échantillons mais restant sur Mars) de Curiosity NASA avec instruments Lesia et CNES.
  • ExoMars 2020 ESA et Russie, on va forer à 2 m de profondeur.

Conclusion

Mars a beaucoup de similitudes avec la Terre, elle a sans doute connu un climat chaud et humide dans le passé, avec de l’eau liquide, comme le prouvent les vallées que nous pouvons observer à sa surface. Proche de nous, elle est accessible aux hommes et à ses robots. Une meilleure connaissance de Mars permettrait de mieux comprendre la formation de la Terre, celle du système solaire, et peut-être aussi les conditions d’émergence de la vie dans l’Univers.

L’exploration spatiale a permis des progrès techniques considérables. Elle s’appuie sur des coopérations fructueuses entre pays et des complémentarités entre missions. Celles-ci ont déjà fourni des données et des résultats considérables. Mais de nombreuses questions restent ouvertes, auxquelles les missions futures devraient apporter des réponses.

 

Compte-rendu détaillé : ICI

Consultez la liste des recensions de la bibliothèque de la SAF (plusieurs livres sur Mars) :  ICI