Stratifications de premier et deuxième ordre, un peu de météorologie martienne, altération en présence d'eau et dépôts stratifiés de type cendres volcaniques

Pierre Thomas

ENS Lyon - Laboratoire des Sciences de la Terre

Florence Kalfoun

ENS Lyon / DGESCO

05/01/2005

Résumé

Opportunity est sorti du cratère Endurance où il est resté durant 6 mois et a étudié les falaises de Burns Cliff . Spirit, dans la région des West Spur , a étudié et analysé un rocher non stratifié Clovis  ; un spectre Moessbauer a permis de mettre en évidence de la goethite (oxyde de fer hydraté) sur ce rocher, preuve d'une altération en présence d'eau sur Mars. Au cours de son trajet, Spirit a analysé des roches stratifiées pour lesquelles il est encore difficile de trancher entre des dépôts sédimentaires aquatiques ou des cendres volcaniques remaniées ou non.


Table des matières

Nous avions laissé nos deux robots il y a 2 mois, mi-octobre 2004. Qu'ont-ils fait depuis ?

Opportunity

Nous avions laissé Opportunity en train d'étudier Wopmay , le rocher affecté de structures ressemblant fortement à des fentes de dessiccation.

Après l'étude du secteur de Wopmay , Opportunity se dirige au pied des falaises Burns Cliff , les plus belles falaises du cratère Endurance (voir fig.7 de Première colonne stratigraphique martienne à l'intérieur du cratère Endurance ).

La figure ci-dessous montre Wopmay au premier plan (milieu de la photo, à droite), et les Burns Cliff à l'arrière-plan.


En arrivant au pied de ces falaises, le "panorama géologique" est somptueux. À l'Est , on voit les plus belles des falaises avec la superbe discordance déjà signalée en mai 2004.

Figure 2. Vue générale de l'Est de Burns Cliff

En bas à gauche, noter la discordance.


Figure 3. Détail de la discordance


Le pendage assez fort des strates du niveau inférieur, qui affleurent sur plusieurs mètres de long et au moins 1 m d'épaisseur fait penser à des niveaux éoliens ou à un flanc de dune hydraulique, hélas inaccessibles compte tenu de la pente trop forte pour le robot.

Les niveaux horizontaux supérieurs sont eux accessibles au centre de l'affleurement et ont pu être observés de plus en plus près. On y observe une stratification régulière. En bas, des couches légèrement plus résistantes à l'érosion visualisent des strates espacées d'environ 5 cm, un zoom montre un détail de cette alternance. Un zoom supplémentaire montre qu'au sein de cette alternance de premier ordre (5 cm) existe un litage plus fin, de deuxième ordre. Ces fines strates de deuxième ordre ont une épaisseur voisine du diamètre des myrtilles, soit 2 à 3 mm.

À quoi peut être due cette double rythmicité ? N'y aurait-il pas du Milankowich dans l'air ?

Puis Opportunity se dirige vers l'Ouest de l'affleurement, en longeant ces falaises.

Il voit toujours cette fine stratification, qu'il étudie en détail (cf. ci-dessous). La stratification change un peu, la double rythmicité semble disparaître, et il ne reste plus que la fine lamination de deuxième ordre. En observant cette fine stratification, on voit parfois de fins biseaux, et des niveau moins laminés. Que sont ces strates ? Sur Terre, ils ressembleraient à des dépôts de plage.

Après l'étude complète de ces falaises de Burns Cliff , la NASA décide de faire sortir Opportunity du cratère Endurance . Pour cela, il se dirige vers l'Ouest, là où la pente est la plus faible. Sur ce chemin vers l'Ouest, il s'approche d'autres petites falaises, où Opportunity retrouve le même type de strates que vers Burns Cliff .

Figure 10. Petite falaise à l'Ouest de Burns Cliff


Figure 11. Détail des falaises situées à l'Ouest de Burns Cliff


Pendant ces études au pied des falaises, Opportunity a effectué de très nombreuses analyses, mais la NASA n'a communiqué aucun résultat.

Après l'étude de ces deuxièmes falaises, la NASA cherche et trouve un site où la pente pour sortir n'excèdera pas 25°. Et Opportunity sort du cratère, 6 mois après y être rentré.

Pendant ses 6 mois dans le cratère, Opportunity n'a pas fait que de la géologie ; il a aussi fait de la météorologie.

La figure ci-dessous montre un relevé des températures de l'atmosphère au-dessus (à 100 m) d'Opportunity. En ordonnée est représentée la température de chaque jour : le violet indique la température juste avant le lever du Soleil, le vert à midi et le rouge en fin d'après midi. Il y a environ 25K d'écart entre les heures les plus froides et les plus chaudes de la journée. Les chiffres en abscisse correspondent à la longitude du Soleil dans un repère martien, c'est-à-dire à la position de Mars sur son orbite elliptique. Pour ces latitudes équatoriales où s'est posé Opportunity, la variation de température est surtout due à la distance au Soleil, Mars ayant une orbite assez elliptique. La baisse de température vers Ls=80 est due à cet éloignement du Soleil ; c'est en effet au Ls=74 que Mars est au plus loin du Soleil. La baisse de la température journalière moyenne entre les jours les plus chauds et les plus froids est d'environ 15K pendant la période de mesures.

Figure 14. Évolution de la température de l'air au dessus d'Opportunity au cours des derniers mois

En ordonnée est représentée la température de chaque jour : le violet indique la température juste avant le lever du Soleil, le vert à midi et le rouge en fin d'après midi. Il y a environ 25K d'écart entre les heures les plus froides et les plus chaudes de la journée. Les chiffres en abscisse correspondent à la longitude du Soleil dans un repère martien, c'est-à-dire à la position de Mars sur son orbite elliptique.


Pendant ces derniers mois, on était en "hiver" martien. La nuit, les caméras sont évidemment inopérantes ; mais au petit matin, elles recommencent à prendre des images.

Les photographies de la figure ci-dessous montrent une image en noir et blanc d'une mire colorée qui sert à étalonner les filtres des caméras couleur. Les deux photographies ont été prises avec un filtre bleu (0, 440 microns). La photographie de droite a été prise en milieu de journée. La photographie de gauche a été prise le 13 octobre au matin, 11 nimutes seulement après le lever du Soleil. La mire est beaucoup plus claire, en particulier sur sa périphérie, où le cercle extérieur sombre est "blanchi ". En fait, toute la mire est recouverte de givre d'H2O, givre qui s'est déposé pendant la nuit hivernale et qui s'est sublimé quelques dizaines de minutes après le lever du Soleil.

Figure 15. Photographies en noir et blanc d'une mire colorée servant à étalonner les images

À gauche, la mire est recouverte de givre ; à droite, il n'y a plus de givre.


Opportunity étudiait aussi le ciel. Il a par exemple photographié de magnifiques nuages le 16 novembre 2004.


La NASA décide alors de diriger Opportunity vers le bouclier thermique (qui protégeait la sonde pendant sa traversée de l'atmosphère) pour l'étudier de près et regarder les dommages qu'il a subis pendant sa traversée de l'atmosphère. Ci-dessous, tout le trajet d'Opportunity, et la position de ce bouclier ( Heat Shield ) 200 m au Sud du cratère Endurance .


Les figures suivantes montrent ce bouclier vu du bord du cratère, puis une vue rapprochée de divers fragments, et même du "cratère d'impact " fait par la chute du bouclier thermique.

Depuis quelques jours, les techniciens étudient en détail ce bouclier, pour des questions techniques et non géologiques. On peut voir des images rapprochées de ce bouclier en allant sur les images brutes "panoramiques" d'Opportunity ( raw images ) du sol 333 et suivants.

Puis La NASA devrait conduire Opportunity vers le Sud, où les photographies prises par les sondes orbitales montreraient un autre type de terrain que la NASA décrit comme «  a rugged region described as etched terrain  » (région rocailleuse).

Affaire à suivre donc.

Spirit

En octobre dernier, nous avions laissé Spirit quittant les rochers non stratifiés de West Spur , et arrivant dans des terrains stratifiés.

Avant cela, fin aout-début septembre, Spirit avait étudié, foré, analysé… ces roches "en place", non stratifiées, dont le rocher Clovis .

Figure 20. Le rocher Clovis et son forage (d= 5 cm)


La NASA n'avait publié que très peu de résultats de ces analyse. La NASA signalait qu'il s'agissait vraisemblablement de basaltes altérés.

La NASA vient de publier une autre analyse concernant le rocher Clovis . Une analyse Moessbauer révèle que ces roches contiennent de la goethite (FeO,OH), oxyde de fer hydraté. Une preuve de plus que l'altération de ces roches volcaniques s'est faite en présence d'eau.


Fin septembre et début octobre donc, Spirit s'est dirigé vers ces roches stratifiées. En passant, il a étudié diverses roches, dont Ebenezer , Tetl , et le rocher nommé Uchben , indiscutablement stratifié (voir ci-dessous), dont Spirit a foré la face supérieure. Un gros plan sur la surface polie montre que cette roche est constituée de fragments relativement arrondis pour certains, anguleux pour d'autres, et de tailles variables pris dans une matrice. L'absence de classement granulométrique indique qu'il ne s'agit pas de sédiments éoliens, mais soit de sédiments aquatiques mal triés, soit de cendres volcaniques, soit de cendres volcaniques remaniées par des coulée boueuses ( ash flow en anglais).

Figure 22. Vue d'ensemble de roches stratifiées

Dans le quart bas/gauche, on distingue le rocher Uchben .





Quittant Uchben , Spirit se dirige vers Lutefisk , dont l'érosion éolienne a naturellement dégagé les éléments "détritiques" constitutifs, puis vers Palenque , qui montre de subtiles évidences de discordances internes. Ces discordances ne permettent pas de trancher entre des sédiments "sédimentaires" ou des retombées de cendres volcaniques.

La NASA n'a pour l'instant (au 3 janvier 2005) publié aucune analyse de ces trois rochers.

Puis la NASA a changé de tactique : après être resté près de 2 mois près de West Spur avec ses rochers Clovis , Uchben , Palenque ..., elle décide d'aller "vite" vers un autre secteur des collines. La figure suivante montre un panorama des collines pris pendant l'approche, le 3 juin, sur lequel la NASA a rajouté le trajet de Spirit, du 11 juin (sol 159) jusqu'à mi novembre (sol 326). On note le lent cheminement jusqu'au sol 305 (début novembre), puis sa rapide progression jusqu'au sol 326.

Figure 28. Cheminement de Spirit de mi-juin à mi-novembre 2004

En pointillé, une de ses destinations possibles pour l'avenir   le sommet de la colline Husband .


La figure suivante détaille cette progression des sols 313 à 330 (19 novembre au 6 décembre 2004).

Figure 29. Cheminement de Spirit de mi juin à mi-novembre 2004

En pointillé, une de ses destinations possibles pour l'avenir   le sommet de la colline Husband .


La figure suivante montre la trace que Spirit laisse derrière lui, trace photographiée le sol 332 (8 décembre 2004).

Figure 30. Trace de Spirit prise le 8 décembre 2004


Malgré cette course "rapide", quand la NASA voit un rocher digne d'intérêt, elle s'y arrête. Elle est ainsi restée plusieurs jours près du rocher Wishstone .

Figure 31. Le rocher Wishstone avec sa trace de forage


Comme avant chaque "forage", Spirit a effectué un énergique brossage. En général, le brossage pré-forage ne montrait rien de bien significatif, et nous n'en montrions pas le résultat. Ici, ce brossage a enlevé une patine claire. Les vues de détail sur cette surface brossée sont riches de questions. On y voit nettement des figures géométriques, souvent sous forme de cavités. Sont-ce des cavités présentes avant le brossage, ou ces cavités proviennent-elles du déchaussement et de l'ablations d'éléments géométriques ? Une telle surface fait penser à ce qu'on obtiendrait après le brossage énergique de cendres volcaniques mal consolidées et contenant des cristaux automorphes (sur Terre, de tels cristaux automorphes dans des cendres volcaniques sont souvent des pyroxènes).

Figure 32. Trace du brossage sur Wishstone



Figure 34. Gros plan de la surface brossée montrant des élément de forme géométrique anguleuse

Quelle est la nature de ces cristaux ?


Figure 35. Gros plan de la surface brossée montrant des élément de forme géométrique anguleuse

Quelle est la nature de ces cristaux ?


La figure suivante montre la trace du polissage qui a suivi le bossage. Sur une vue de détail, cette surface polie ressemble à celle d' Uchben , avec en plus ces éléments géométriques (moins visibles après polissage que sur la surface simplement brossée).

Figure 36. Trace du polisage sur Wishstone



Où la NASA va-t-elle diriger Spirit ?

La carte topographique ci-dessous montre le trajet de Spirit jusqu'au sol 328 (4 décembre) marqué par un cercle rouge. La carte d'après est une carte "géologique" de la région, qui montre le trajet effectué le 21 décembre 2004 (sol 344). Spirit va se diriger vers la ride Cumberland ( Cumberland Ridge ), vers un "belvédère" ( Larry's Lookout ) qui domine une vallée ( Tenessee Valley ). Les photographies prises d'orbites suggèrent que les flancs raides de cette vallée laisseront voir des affleurement bien stratifiés. À plus long terme, la NASA essaiera de diriger Spirit vers le sommet de la colline ( Husband Hill summit ), indiquée en bas à droite de la carte.

Figure 38. Carte topographique des Husband Hill

Le trajet de Spirit effectué jusqu'à la date du 4 décembre (cercle rouge) est indiqué en jaune.


Figure 39. Carte topographique des Husband Hill

Le trajet de Spirit effectué jusqu'à la date du 4 décembre (cercle rouge) est indiqué en jaune.


Mais n'oublions surtout pas que nos deux robots sont sur Mars depuis bientôt 1 an, qu'ils ont parcouru respectivement 1,5 et 4 km, alors que leur fonctionnement normal n'était prévu que pour une durée de 3 mois et un parcours de 600 m. Pour l'instant, ils fonctionnent encore bien. Permettront-ils d'atteindre ces objectifs, les terrains « rugueux et piquetés » pour Opportunity, le sommet de Husband Hill pour Spirit ?