Un article de synthèse [1] récemment publié dans la revue Nature fait le point suite au nombre croissant de détections d’argiles et autres minéraux hydratés à la surface de Mars. Que nous apprennent ces minéraux sur l’histoire de la planète ? Les auteurs révèlent que la majeure partie des argiles détectées auraient été formées dans le sous-sol martien par des processus hydrothermaux plutôt qu’en surface dans des étendues d’eau liquide. Ces dernières auraient été relativement rares au cours de l’histoire de Mars, tandis que le sous-sol connaissait des conditions bien plus propices à l’émergence, voire au développement de la vie.

Depuis de nombreuses années, diverses formations géologiques liées à l’action de l’eau liquide (lits de rivières asséchées, deltas, anciens lacs…) ont été observées à la surface de Mars. L’image d’une planète Mars primitive au climat chaud et humide, et à l’atmosphère plus épaisse permettant un cycle hydrologique en surface semblable à celui de la Terre, était assez répandue. Mais depuis l’arrivée en orbite martienne des sondes Mars Express (2004) et MRO (2006), les indices sur l’environnement passé de Mars ne sont plus seulement morphologiques mais également minéralogiques. Les spectro-imageurs OMEGA et CRISM embarqués sur ces sondes ont détectés des minéraux hydratés (argiles et sulfates) formés en présence d’eau, dont la nature renseigne sur les conditions environnementales au moment de leur formation. C’est en se basant sur le nombre croissant de données acquises depuis 2004 et sur les mécanismes de formation des minéraux détectés que les auteurs de l’étude [1] proposent une nouvelle lecture de l’histoire de Mars.

Les cratères d’impacts et l’érosion exposent en surface des minéraux jadis enfouis dans le sous-sol martien. Les spectro-imageurs embarqués sur les sondes Mars Express et Mars Reconnaissance Orbiter permettent de déterminer leur nature en analysant la lumière qu’ils renvoient. (crédits : NASA/JPL-Caltech/JHUAPL)

Les argiles se forment généralement sur Terre via une érosion lente des roches par de l’eau liquide. Ce processus de formation a sans doute été similaire sur Mars, mais il n’a pas nécessairement eu lieu en surface. En effet, les argiles les plus abondantes sur Mars sont des smectites de fer et de magnésium (ex. : nontronite, saponite) dont la formation s’explique plus aisément par l’érosion de roches par de faibles quantités d’eau dans un système fermé (c’est à dire sans contact avec l’atmosphère) et à des températures relativement chaudes, jusqu’à 400°C pour certaines argiles détectées. Ces conditions de formation n’auraient pas été réunies à la surface de Mars : de grandes quantités d’eau en contact avec l’atmosphère auraient conduit à la formation d’argiles de composition élémentaire différente des smectites de fer et de magnésium observées en majorité sur Mars, dans la croûte des terrains les plus anciens.

Chronologie indiquant les ères géologiques de la planète Mars ainsi que la nature des environnements aqueux et des minéraux d’altération formés à l’époque et observés aujourd’hui dans différents endroits de la surface de Mars par CRISM et OMEGA. Figure adaptée de Ehlmann et al. 2011.

Selon ce scénario, de -4,1 à -3,7 milliards d’années, durant toute la période du Noachien, Mars a connu un sous-sol chaud et humide où avaient lieu des processus hydrothermaux entretenus par le bombardement météoritique, le volcanisme et le gradient géothermique. Cette sous-surface où les interactions entre eau liquide et roches étaient privilégiées a pu constituer un environnement idéal pour le développement et l’hébergement de systèmes vivants.

À l’inverse, la surface de Mars serait restée froide et aride, principalement gouvernée par des processus impliquant l’eau sous forme de glace ou de gaz, et seulement très ponctuellement sous forme liquide à la faveur de changements climatiques dus à une forte obliquité et/ou à des émissions volcaniques de gaz à effet de serre. Vers -3,7 milliards d’années, l’écoulement d’eau liquide en surface a pu connaître une activité importante, bien qu’éphémère, creusant lits de rivières et deltas, et formant des dépôts stratigraphiques d’argiles recouverts d’argiles riches en aluminium (ex. : montmorillonite) dont la formation est privilégiée en système ouvert (lorsque l’eau est abondante et en contact avec l’atmosphère). La disponibilité de l’eau liquide aurait été bien plus longue dans le sous-sol, avant de décliner progressivement avec la baisse des processus générateurs de chaleur (impacts, volcanisme et gradient géothermique évoqués précédemment).

Ce réseau fluviatile observé dans les terrains anciens de l’hémisphère sud de Mars par les orbiteurs Viking atteste de l’écoulement passé d'eau liquide sur Mars : mais pendant combien de temps ?... (crédits : NASA/JPL/Calvin Hamilton/LPI)

Ce scénario d’une planète Mars primitive à la surface froide et aride est en accord avec les modélisations atmosphériques [2] effectuées en laboratoire pour tenter de comprendre quel a pu être le climat martien il y a plus de 3,7 milliards d’années. Ces simulations numériques montrent qu’une atmosphère plus épaisse qu’aujourd’hui autour de Mars aurait effectivement permis une température de surface un peu plus chaude, mais cependant trop froide pour maintenir sur le long terme un climat chaud et humide comme sur Terre.

La sonde MAVEN (pour Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN) qui sera lancée fin 2013 pourra apporter de nouveaux éléments de réponse. Elle analysera l’atmosphère martienne pour tenter de savoir si oui non elle était plus épaisse qu’aujourd’hui il y a environ 4 milliards d’années. Par ailleurs, le robot Opportunity analyse actuellement les rebords d’un cratère datant du Noachien autour duquel l’instrument CRISM a détecté des argiles. Enfin, le robot Curiosity de la mission Mars Science Laboratory sera lancé le 25 novembre et se posera début août 2012 dans le cratère Gale, notamment pour y analyser les argiles qui y ont été détectées.

Références :

[1] Bethany L. Ehlmann, John F. Mustard, Scott L. Murchie, Jean-Pierre Bibring, Alain Meunier, Abigail A. Fraeman & Yves Langevin, Subsurface water and clay mineral formation during the early history of Mars, Nature 479, 53–60, 3 novembre 2011, doi:10.1038/nature10582

[2] Ces modélisations sont réalisées au Laboratoire de Météorologie Dynamique de l’Université Pierre et Marie Curie. Robin Wordsworth, François Forget et leurs collègues ont présenté des résultats de modélisation de l’atmosphère de Mars primitive au congrès international DPS-EPSC qui s’est tenu à Nantes en octobre 2011. Voir par exemple : R. Wordsworth , F. Forget, E. Millour, J.-B.Madeleine & B. Charnay, Comparison of scenarios for Martian valley network formation using a 3D model of the early climate and water cycle, EPSC Abstracts, Vol. 6, EPSC-DPS2011-1373, 2011, EPSC-DPS Joint Meeting 2011 (http://meetingorganizer.copernicus.org/EPSC-DPS2011/EPSC-DPS2011-1373.pdf)

Cependant, chaque discipline utilise son propre langage, sa terminologie et des techniques propres. Dans l’environnement interdisciplinaire de nombreux termes ont des sens complètement redondants ou bien sont peu familiers aux membres des autres disciplines. L’Encyclopédie d’Astrobiologie sert de clé pour une compréhension commune. Chaque chercheur débutant ou expérimenté dans les champs adjacents de l’astrobiologie pourront apprécier cet ouvrage de référence. Sous la direction de Muriel Gargaud, membre la Société Française d’Exobiologie, un groupe international et interdisciplinaire d’éditeurs a soigneusement sélectionné les chercheurs qui ont rédigé les entrées de cette encyclopédie, qui ont ensuite été soumises à des revues croisées interdisciplinaires.

L’encyclopédie comprend environ 1700 entrées dans les champs suivants:

Astrophysique – Astrochimie – Planétologie – Sciences Spatiales – Missions Spatiales et Protection Planétaire – Géologie – Géochimie - Géomicrobiologie - Traces de la Vie  - Chimie – Biochimie – Biologie – Microbiologie - Origines de la Vie  - Vie Artificielle  - Epistémologie

La partie alphabétique est complétée par :

Des données astrobiologiques, astronomiques,  géologiques, chimiques et biologiques, ainsi qu’une histoire chronologique de la vie sur Terre.

Pour en savoir plus :

L’eau liquide était stable à la surface de Mars au début de son histoire, mais les traces d’eau liquide étaient jusqu’à présent toutes localisées sur les hauts plateaux de l’hémisphère sud. Cette affirmation découle notamment de la détection de minéraux hydratés sur les hauts plateaux par les instruments OMEGA (Observatoire pour la Minéralogie, l’Eau, les Glaces et l’Activité) puis CRISM (Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars) embarqués à bord de Mars Express et de Mars Reconnaissance Orbiter. Ces minéraux – comme les phyllosilicates – sont formés par l’altération de silicates par de l’eau liquide sur de longues périodes géologiques.

Tandis que des traces d’eau liquide sont détectées sur les hauts plateaux du sud, la surface les plaines du nord ne révèle que des roches volcaniques recouvertes de poussière. Cette hétérogénéité nord/sud se retrouve du point de vue géomorphologique : la planète est dissymétrique. L’altitude moyenne des deux hémisphères diffère de près de 10km, l’hémisphère nord étant moins élevée (figure 1). De plus les hauts plateaux du sud sont plus âgés que les plaines du nord, comme en témoignent le nombre et la taille des cratères d’impact.

Figure 1 : Planisphère de Mars. Le code couleur représente l’altitude relative par rapport à la valeur moyenne. (MOLA/MGS)

Plusieurs hypothèses ont été formulées pour expliquer cette dissymétrie, la plus probable étant un (ou plusieurs) impact géant qui aurait conduit à la formation d’un cratère d’impact sur la totalité de l’hémisphère nord. On ne sait pas à quel moment cet impact aurait eu lieu, probablement très tôt dans l’histoire de Mars. Ce cratère d’impact aurait été rempli par une « mer » de magma, formant ainsi les plaines du nord et effaçant toutes les traces du passé lointain de Mars.

Pour remonter dans le temps et retrouver les conditions antérieures à la formation de la couche de lave, des chercheurs d’équipes franco-américaines ont utilisé les instruments OMEGA et CRISM pour analyser la composition de la croûte révélée par certains gros cratères d’impact des plaines du nord. Ils sont parvenus à mettre en évidence la présence de plusieurs minéraux hydratés comme des phyllosilicates, au centre ou dans les éjecta de neuf cratères d’impact (figure 2).

Figure 2 : En couleur les neufs cratères d’impact dans lesquels des minéraux hydratés ont été identifiés. Les points noirs correspondent à des cratères d’impact dont la composition a été analysée mais n’a pas révélé la présence de minéraux hydratés. Carter et al. (2010)

Cette détection montre que l’eau liquide a été stable et répandue sur les deux hémisphères sur une longue période géologique. Cette information évoque un passé favorable à l’apparition de la vie, ce qui encourage la communauté scientifique à rechercher des traces de cette potentielle vie passée. Peut-être que profondément enfouies dans le sol des traces de vie auraient pu être sauvegardées au sein des argiles …

Pour en savoir plus:

J. Carter, F. Poulet, J.-P. Bibring, S. Murchie, 2010. Detection of Hydrated Silicates in Crustal Outcrops in the Northern Plains of Mars. Science 328, 1682-1686

Où et comment le Soleil est-il né ? Depuis combien de temps la Terre, notre planète, présente-t-elle ce visage si familier, mélange d’océans et de continents ? Quand et comment les premières formes de vie ont-elles émergé ? Quels événements ont ensuite marqué leur évolution ? Cet ouvrage relève le défi d’éclairer le lecteur sur ces questions essentielles.

Les auteurs nous invitent à un voyage dans le temps qui débute il y a près de 4,6 milliards d’années, dans un nuage de poussières interstellaires, et s’achève sur Terre alors que les grands groupes du monde vivant font leur apparition dans les archives fossiles de la planète… C’est une histoire longue de plus de 4 milliards d’années, durant laquelle un géologue, une biologiste, un chimiste et deux astrophysiciens mènent ensemble l’enquête avec nous.

Les énigmes ne manquent pas, mais, petit à petit, le passé prodigieusement lointain de la Terre nous livre quelques-uns de ses secrets… Fascinant !

Feuilletez les premières page du livre !

Les auteurs :

Muriel Gargaud est astrophysicienne à l’université Bordeaux-1 et au CNRS, Purificación López-García est biologiste, directrice de recherche au CNRS, Hervé Martin est géologue, professeur à l’université Blaise-Pascal de Clermont-Ferrand, Thierry Montmerle est directeur du laboratoire d’Astrophysique de Grenoble, Robert Pascal est chimiste au CNRS et à l’université de Montpellier.

Détails sur le livre :

• Editeur : Belin (18 novembre 2009)
• Collection : BELIN SCIENCES
• Langue : Français
• ISBN-10: 2701147999
• ISBN-13: 978-2701147994

Il y a de l’eau sur Mars, ou plutôt il en reste : on vient de la trouver. La planète rouge aurait donc été bleue. Elle est morte aujourd’hui, mais elle a peut-être abrité la vie, dans un passé que l’on sait désormais déchiffrer. Jean-Pierre Bibring, l’un des principaux acteurs de l’exploration martienne, nous fait revivre l’extraordinaire aventure qui vient d’aboutir à cette découverte majeure. Majeure, car elle révolutionne notre connaissance de l’histoire de Mars, laquelle éclaire d’un jour nouveau celle de la Terre et des autres objets du système solaire. Elle pose en termes inédits la question de l’apparition de la vie : phénomène banal dans l’Univers, ou exclusivement terrestre ? Elle relance et oriente la recherche de vie extraterrestre.
Enfin, au moment où le climat de notre planète risque de basculer dans l’inconnu, l’exploration de Mars permet de comprendre ce que la Terre, où l’eau s’est maintenue depuis des milliards d’années, a de véritablement singulier ; et qu’il faut à tout prix préserver.

Biographie de l’auteur

Jean-Pierre Bibring est astrophysicien à l’Institut d’astrophysique spatiale, professeur de physique à l’université Paris-Sud (Orsay), et responsable de plusieurs programmes d’exploration spatiale de Mars et des comètes.

Détails sur le produit :

• Broché: 220 pages
• Editeur : Odile Jacob (5 novembre 2009)
• Collection : Sciences
• Langue : Français
• ISBN-10: 2738123287
• ISBN-13: 978-2738123282

De simple molécule d’eau glacée flottant dans la galaxie, Piccolina va devenir l’élixir de vie qui irrigue la terre. Suivez son voyage et ses rencontres avec des molécules aussi extravagantes que farfelues.

Ça s’attache, ça se combine… et ça se complique ! Que va-t-il se passer lorsque Piccolina sera piégée par le gang des hydrophobes ?

Vous le saurez en regardant ce très beau film d’animation sur les origines de la vie réalisé par Yannick Mahé, et parrainé par Marie-Christine Maurel. Durée 7 min 30.

Exposition posters conçue pour les lycées, collèges, médiathèques…

Y a-t-il d´autres Terres ? Existe-t-il ailleurs des planètes propices à la vie ? En 2009, « Année mondiale de l’astronomie », ces questions éternelles restent au coeur de la planétologie et des sciences de l´univers.

L´enquête commence dans notre système solaire, parmi les nombreuses planètes, astéroïdes et comètes qui entourent le Soleil. Parmi ces astres, Mercure, Vénus et Mars sont nées à partir des mêmes ingrédients que la Terre, il y a 4,5 milliards d´années. Elles auraient pu lui ressembler. Certains indices suggèrent même que Vénus et Mars ont connu, au début de leur existence, une période où des rivières et des mers d´eau liquide recouvraient leur surface. A présent, Mars est devenue une planète glacée, et Vénus une fournaise brûlante et sèche. Pourquoi n´ont-elles pas pu garder un climat clément propice à l´eau liquide et à la vie telle que nous la connaissons ? Mars était-elle trop petite ? Vénus trop près du Soleil ?

Au-delà du système solaire, les récentes observations de planètes autour d´autres étoiles suggèrent qu´il existerait, dans notre Galaxie, plus d´un milliard de planètes de taille comparable à celle de la Terre. Combien parmi elles ont pu maintenir à leur surface de l´eau liquide pendant les milliards d´années nécessaires à la naissance de la vie et à son évolution ? Combien ont plutôt connu le destin de Mercure, de Vénus, ou de Mars ?

Avec cette exposition, nous vous invitons à réfléchir au destin particulier de notre planète, à la lumière des dernières découvertes en astronomie et sciences planétaires.

L´exposition a été conçue pour les lycées, collèges et médiathèques. Les panneaux sont accompagnés de fiches permettant d´approfondir les connaissances et des fiches pédagogiques sont à la disposition des enseignants pour replacer l´exposition dans le contexte des programmes scolaires.

A télécharger librement sur la page de l’exposition !

Cette exposition a été créée par François Forget (LMD-IPSL), Anny-Chantal Levasseur-Regourd (UPMC et LATMOS-IPSL), Muriel Blot et Patrick Scref (Académie de Versailles), Marc Jamous et Catherine Senior (IPSL).

Conception graphique : Laurie Prévot et Yannick Waechter (Cubbik).