L'eau sur Mars

Pierre Thomas

ENS Lyon - Laboratoire des Sciences de la Terre

Emmanuelle Cecchi

Benoît Urgelli

ENS Lyon / DGESCO

11/07/2000

Résumé

La mission Mars Global Surveyor (MGS) a fourni des images très intéressantes de la surface de Mars. Des traces anciennes de ruissellement attesteraient de la présence d'eau liquide superficielle dans le passé.


Présence de glace sur Mars

Actuellement, la température (moyenne de -50°C) et la pression (6 hPa = 0,6% de la pression terrestre) sur Mars ne permettent pas à l'eau liquide d'exister en surface, mais seulement sous la forme la vapeur et de glace. L'atmosphère de Mars contient 0,03% de vapeur d'eau. Si cette vapeur précipitait, Mars serait recouvert d'une couche de glace de 12 microns d'épaisseur.


Deux calottes permanentes, épaisses, sont visibles aux pôles et stockent une quantité d'eau équivalente à celle de la calotte groenlandaise.

Chaque hiver, un mélange de givre d'H2O et de CO2 entoure ces calottes permanentes jusqu'à des latitudes assez basses ; cette fine couche de givre se sublime au printemps.

La morphologie des éjecta des cratères d'impacts montre que le sous-sol contient en permanence de la glace en dessous de quelques centaines de mètres de profondeur.

En fonction du degré géothermique (estimé entre 5 à 10°C/km - celui de la Terre est de 30°C/km), on peut calculer que cette eau du sous-sol est liquide en dessous d'une profondeur de 5 à 10 km.


D'après SCIENCE, juin 2000

D'après Science de juin 2000:

Le toit de la nappe phréatique gelée est profond à l'équateur (environ 500 m) car, à ces basses latitudes, la température relativement forte (-20°C) entraine une sublimation importante. Vers les hautes latitudes, la température est de plus en plus faible, et le toit de la nappe phréatique gelée devient progressivement superficiel. Il devient sub-affleurant vers 70° à 80°de latitude.

Les images haute résolution de la mission Mars Global Surveyor (MGS) (figures 6 à 9) ont révélé (juin 2000) que cette nappe phréatique gelée sub-affleurante avait subit des épisodes de dégel dans un passé "géologiquement" récent (fig. 9): lorsque des dépressions affectent ces terrains gelés (exemple de vieux cratères (fig 6), de vieilles vallées fluviales ...), on voit en effet sur les parois (falaises, fig 7) de ces dépressions de petites figures de ruissellement (fig 8 et 9) (moins de 1 km de long) dévalant la falaise, et prenant leur source à -100 m en contrebas du sommet.

Figure 5. Vieux cratère : Exemple de falaises où l'on voit les figures de ruissellement

Le cadran sur la paroi indique la taille des zones observées par MGS.


Figure 6. Vue de détail de la falaise du vieux cratère martien

Des figures de ruissellement prenant leur source 100 m en contrebas du sommet de la falaise sont visibles.




Figures de ruissellement témoins d'épisodes passés de dégel. Images de la mission Mars Global Surveyor (MGS).

Un phénomène de dégel a donc affecté récemment ces nappes phréatiques gelées à hautes latitudes. À cause de la pression très faible (6 hPa) et de la température externe négative, cette eau, dès sa sortie, a à la fois dévalé la pente, gelée, et s'est sublimée !

Cette sublimation, contemporaine d'un gel, explique la très faible taille de ces figures de ruissellement. Les causes et l'âge de ce(s) dégel(s) sont inconnus.

Présence d'eau liquide superficielle dans le passé

Quoiqu'il en soit, s'il n'y a pas d'eau liquide superficielle aujourd'hui, les images de la surface montrent que cette eau liquide existait avant-3,5 Ga (fleuves et lits de rivières indiscutables, traces de rivages probables ...).

L'existence de cette eau liquide dans un passé lointain suppose que la pression et la température de l'époque était plus forte qu'aujourd'hui. Un rapide calcul montre que pour que la température dépasse 0°C, il faut un effet de serre beaucoup plus important que l'effet actuel (qui n'élève la température que de +5°C ( -50°C au lieu des -55 à -60°C que devrait avoir Mars en raison de sa distance au soleil et de son albédo).

Pour qu'un effet de serre ancien est élevé la température au dessus de 0°C, il faut supposer une pression de CO2 égale ou supérieure à 5000 hPa (5 fois la pression atmosphérique terrestre actuelle, 1000 fois la pression martienne actuelle).

Comment expliquer le refroidissement et la perte d'atmosphère à la surface de Mars depuis 3,5 milliards d'année?

On interprète le refroidissement et la perte d'atmosphère de la façon suivante: la gravité martienne, faible (0,4 fois la gravité terrestre) ne retenait qu'imparfaitement l'atmosphère (C02, N2, H2O), qui s'échappait progressivement dans l'espace. Cette perte progressive d'atmosphère a entraîné directement une diminution de pression, et indirectement une diminution de température (par diminution de l'effet de serre).

Et depuis 3,5 GA, les conditions ne permettent plus à l'eau liquide d'exister en surface...

Voir aussi

Pour en savoir plus: MALIN M., EDGETT, K., Evidence for Recent Groudwater Seepage and Surface Runoff on Mars, Science, Vol 288, 30 june 2000

Le site Web de la Nasa concernant la planète Mars