Mots clés : gypse, litage, Opportunity, Cape York, Endeavour, Mars

Un filon de gypse, un substratum géologique inédit avec litage(s) et un début d'hivernage : le robot martien Opportunity de début octobre 2011 à mi-janvier 2012

Pierre Thomas

ENS Lyon - Laboratoire de Géologie de Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

16/01/2012

Résumé

Gypse et litages inédits sur Mars, au bord du cratère Endeavour.


Nous avions laissé, le 5 octobre 2011, Opportunity explorer les bord du très grand cratère Endeavour (D= 22 km). Depuis, que c'est-il passé ?

Sélection d'un site d'hivernage

La première priorité, c'était de trouver un site pour passer l'hiver martien qui arrive. Pour cela, il fallait essayer de trouver une pente inclinée de 10 à 20°, exposée au Nord, pour qu'Opportunity puisse s'y arrêter quelques mois, en attendant que le bas soleil hivernal remonte sur l'horizon et fournisse assez d'énergie aux panneaux solaires très poussiéreux, et en espérant qu'un bon coup de vent les nettoiera.

Pour cela, la NASA a dirigé Opportunity vers le Nord du Cape York, qui a de plus un intérêt géologique a priori : les spectro-imageurs en orbite y ont découvert des argiles (smectites ferrifères). Il y est arrivé fin novembre, a cherché, et a trouvé un site adéquat pour son hivernage. Il s'y est définitivement installé le 3 janvier 2012. La date de son redémarrage dépendra du nettoyage plus ou moins poussé que les tempêtes d'hiver auront fait sur ses panneaux solaires.

Figure 1. Carte du trajet d'Opportunity depuis fin août 2011 jusqu'au 3 janvier 2012

Carte du trajet d'Opportunity depuis fin août 2011 jusqu'au 3 janvier 2012

Début octobre 2011, Opportunity a quitté les environs du petit cratère Odyssey (au SO de la carte). Début novembre (cercle vert), il a stationné quelques jours pour étudier un affleurement intéressant nommé Homestake (figures 3 à 7). Fin novembre et début décembre, il a à la fois fait de la géologie sur un petit escarpement orienté vers le NO, et cherché un site d'hivernage dans la surface délimitée par le rectangle vert. Ce site d'hivernage, nommé Greeley Haven, a été trouvé fin décembre, et Opportunity s'y est arrêté pour plusieurs mois, le 3 janvier 2012 (sol 2816).


Figure 2. Détail du trajet (ligne blanche) des mois de novembre et décembre 2011

Détail du trajet (ligne blanche) des mois de novembre et décembre 2011

Homestake se situe au niveau du cercle vert. La petite falaise orientée vers le NO qui traverse la photo presque en diagonale est l'objet des figures 10 à 17. Le dernier point blanc correspond au site d'hivernage atteint début janvier 2012, Greeley Haven.


Ce site d'hivernage, outre son orientation et son inclinaison, est intéressant : ce qu'il a découvert (rapidement, parce qu'il fallait absolument trouver un site d'hivernage avant fin décembre) pendant son trajet est géologiquement prometteur. La NASA, contrairement à son habitude, a été avare de résultats : quelques images sommairement commentées et quelques lignes de texte (sans données quantitatives) mises en ligne plus d'un mois après leur obtention pour donner des résultats d'analyses sur Homestake. Heureusement, il reste la possibilité de faire soi-même ses mosaïques avec les images brutes que la NASA met sur le web le lendemain de leur arrivée sur Terre, d'utiliser les mosaïques faites (et mises sur le web) par divers groupements d'amateurs éclairés et bien équipés, par exemple sur le forum Astrosurf, et d'en faire soi-même une étude « à chaud ». C'est ce que nous allons faire dans les paragraphes qui suivent.

Découverte de filons de gypse dans les brèches

Figure 3. Panorama à partir des images des sols 2761 et 2762 (soit les 1 et 2 novembre 2011)

Panorama à partir des images des sols 2761 et 2762 (soit les 1 et 2 novembre 2011)

On est positionné sur une frontière géologique avec, à gauche, les terrains habituels qu'Opportunity parcourt depuis bientôt 8 ans. Les 4/5 à droite de l'image sont constitués de ce qui ressemble à cette formation rocheuse découverte 500 m plus au Sud, près d'Odyssey, en août 2011 et rappelant une brèche hydrothermalisée. Deux « filons » blancs ont attiré l'attention de la NASA : l'un dans le coin inférieur droit de la photo, et l'autre au centre de l'image, indiqué par un H. C'est ce deuxième filon, nommé Homestake, qu'a choisi d'étudier la NASA.


Figure 4. Le filon Homestake vu dans son ensemble

Le filon Homestake vu dans son ensemble

Ce filon mesure une cinquantaine de centimètres de long pour 1,5 à 2 cm de large. Il est en saillie par rapport à son encaissant, car plus résistant à l'érosion (éolienne).

Source : image colorisée par vaufrègesI3 sur Astrosurf, à partir des images brutes du sol 2763, NASA/JPL-Caltech.



Figure 6. Image « vraies couleurs » du filon Homeestake

Image « vraies couleurs » du filon Homeestake

Le filon mesure 45 cm de long sur cette image, pour 1,5 à 2 cm de large.


Figure 7. Détail « brut » (en haut) et interprété (en bas) d'une portion du filon Homestake

Détail « brut » (en haut) et interprété (en bas) d'une portion du filon Homestake

Le filon mesure est large d'environ 2 cm.

Une structure interne à ce filon est nettement visible sous forme de lignes perpendiculaires aux épontes.


Cette structure interne à des filons est assez classique sur Terre. Elle est due à la croissance de cristaux dans une fracture parcourue par des eaux qui dépose une substance initialement en solution sur les parois de la fissure. Cette substance cristallise souvent sous forme de cristaux perpendiculaires aux épontes (aux bords) du filon. Sur Terre, les filons de cette couleur, de cette dimension et présentant cette structure interne les plus fréquents sont les filons d'aragonite ou de calcite (carbonate de calcium), de gypse (sulfate de calcium) et éventuellement de quartz. D'autres composés forment aussi des filons de ce type, mais plus rarement.

Figure 8. Filonnet d'aragonite recoupant un basalte et montrant sa structure interne caractéristique : cristaux allongés, perpendiculaires aux épontes

Filonnet d'aragonite recoupant un basalte et montrant sa structure interne caractéristique : cristaux allongés, perpendiculaires aux épontes

L'aragonite est un carbonate de calcium cristallisant dans le système orthorhombique.

Carrière de Chateaugay, Puy de Dôme.


Figure 9. Filonnet de gypse fibreux recoupant des argiles marneuses rouges, oasis de Siwa, Égypte

Filonnet de gypse fibreux recoupant des argiles marneuses rouges, oasis de Siwa, Égypte

L'allure fibreuse de ce gypse est due à la coalescence des cristaux aciculaires de gypse qui ont crû perpendiculairement aux épontes de la « couche » de gypse.


Un bon mois après avoir découvert ce filon et en avoir publié les images « brutes », la NASA a enfin indiqué des résultats analytiques sommaires et préliminaires : ce filon est « riche » en soufre et en calcium, dans des proportions qui suggèrent très fortement que ce filon est composé de sulfate de calcium (plus ou moins hydraté). Ce filon est donc vraisemblablement constitué de gypse, pur ou impur. Ce filon et les filons identifiés en août 2011 prouvent bien que de l'eau a circulé dans des fractures affectant le sous-sol de ce secteur. S'il s'agit bien de gypse (pur), cette eau n'a pas besoin d'être chaude. Cette circulation d'eau n'est donc pas forcément de l'hydrothermalisme, mais peut-être simplement une « banale » circulation d'eau souterraine. S'il s'agit de sulfates « autres » que du gypse pur, par exemple des sulfates complexes avec calcium, strontium, baryum… cela aurait nécessité une circulation d'eaux plus chaudes (véritable hydrothermalisme).

Litages dans une falaise en bordure du Cape York

Après l'étude d'Homestake, Opportunity s'est dirigé vers le Nord-Est, a atteint, puis étudié, une petite falaise correspondant à la bordure Nord-Ouest du Cape York.

Figure 10. Arrivée d'Opportunity vers le petit escarpement sommital NO de Cape York

Arrivée d'Opportunity vers le petit escarpement sommital NO de Cape York

Au fond, à plusieurs km, le rebord du cratère Endeavour.

Source : à partir d'images NASA/JPL-Caltech, sol 2777


Figure 11. Détail en « vraies couleurs » d'un segment du petit escarpement sommital NO de Cape York

Détail en « vraies couleurs » d'un segment du petit escarpement sommital NO de Cape York

On y retrouve la nature « bréchique » des roches déjà étudiées au Sud de Cape York. Mais, en plus de cette nature bréchique, cet affleurement semble présenter un double litage, apparaissant sub-vertical et sub-horizontal. On voit aussi un morceau de panneau solaire. Ce dernier n'a plus sa couleur « métallique » classique, car il est complètement recouvert de poussière, ce qui limite la puissance électrique disponible et impose cet hivernage de plusieurs mois.


Figure 12. Détail en « vraies couleurs » d'un segment du petit escarpement sommital NO de Cape York

Détail en « vraies couleurs » d'un segment du petit escarpement sommital NO de Cape York

On y retrouve la nature « bréchique » des roches déjà étudiées au Sud de Cape York. Mais, en plus de cette nature bréchique, cet affleurement semble présenter un double litage, apparaissant sub-vertical et sub-horizontal.

Détail de la partie droite de l'image précédente.


Figure 13. Détail d'un autre segment du petit escarpement sommital NO de Cape York

Détail d'un autre segment du petit escarpement sommital NO de Cape York

Un « litage » incliné d'une quarantaine de degrés vers la droite est parfaitement visible.


Figure 14. Gros plan sur la formation constituant l'escarpement sommital NO de Cape York, montrant très nettement ce litage-débit pénétratif planaire qui l'affecte

Gros plan sur la formation constituant l'escarpement sommital NO de Cape York, montrant très nettement ce litage-débit pénétratif planaire qui l'affecte

La nature bréchique de cette formation est ici moins visible que son litage.


Figure 15. Gros plan sur la formation constituant l'escarpement sommital NO de Cape York, montrant très nettement ce litage-débit pénétratif planaire qui l'affecte

Gros plan sur la formation constituant l'escarpement sommital NO de Cape York, montrant très nettement ce litage-débit pénétratif planaire qui l'affecte

La nature bréchique de cette formation est ici nettement plus visible que son litage, qui est néanmoins présent et facilement identifiable.


Figure 16. Gros plan sur la formation constituant l'escarpement sommital NO de Cape York, montrant très nettement ce litage-débit pénétratif planaire qui l'affecte, orienté approximativement droite-gauche sur cette image

Gros plan sur la formation constituant l'escarpement sommital NO de Cape York, montrant très nettement ce litage-débit pénétratif planaire qui l'affecte, orienté approximativement droite-gauche sur cette image

Un deuxième débit, beaucoup moins resserré, est également visible avec un « pendage » très raide vers la droite sur cette photo. La nature bréchique de cette formation est également visible.


Figure 17. Gros plan sur la formation constituant l'escarpement sommital NO de Cape York montrant nettement deux débits qui affectent cette roche en se recoupant

Gros plan sur la formation constituant l'escarpement sommital NO de Cape York montrant nettement deux débits qui affectent cette roche en se recoupant

(1) Un débit pénétratif planaire fin, ici penché vers la droite avec un « pendage apparent » d'environ 30° ; (2) un deuxième débit, beaucoup moins resserré, est également visible avec un « pendage apparent » très raide (80° vers la droite).


 

C'est la première fois que ce type de roche avec son double litage est découvert sur Mars. On ne peut qu'émettre des hypothèses quant à l'origine de cette formation. Sa nature bréchique suggère qu'il s'agit d'éjectas d'Endeavour, comme ce qu'Opportunity a découvert depuis début août 2011. Mais ce(s) litage(s) ? Stratifications internes dues à des retombées ? Structure fluidale due à un « écoulement » rapide de ces éjectas, un peu comme dans une ignimbrite ? Réseau de fractures postérieures dues au réajustement post-impact ? Sans analyses chimiques, sans orientation des prises de vue permettant d'orienter (approximativement) la direction et le pendage de ces deux débits planaires, sans…, on ne peut que se perdre en conjectures. On peut également se demander si le filon de gypse a une orientation compatible avec l'un de ses deux litages.

En attendant des données supplémentaires qui viendront avec la fin de l'"hibernation", on ne peut qu'admirer le panorama sur 360° qu'Opportunity a pris depuis son site d'hivernage, nommé Greeley Haven.

Figure 18. Panorama sur 360° pris depuis Greeley Haven, à l'extrémité Nord de Cape York

Panorama sur 360° pris depuis Greeley Haven, à l'extrémité Nord de Cape York

La moitié Est (gauche) de ce panorama montre une vue globale du cratère Endeavour. Au Sud, à l'arrière plan, derrière le sommet de Cape York, on devine Solander Point. Les trois images suivantes montrent ce panorama en 3 tiers, pris en direction de l'O-NO, puis de l'E-NE, puis du Sud.

Source : d'après la mosaïque de , à partir des , modifié


Figure 19. Panorama sur 120° pris depuis Greeley Haven, à l'extrémité Nord de Cape York, en direction de l'ONO

Panorama sur 120° pris depuis Greeley Haven, à l'extrémité Nord de Cape York, en direction de l'ONO

À gauche, le rebord Ouest de Cape York. À droite, la plaine Méridiani Planum où Opportunity a parcouru une trentaine de kilomètres depuis janvier 2004.


Figure 20. Panorama sur 120° pris depuis Greeley Haven, à l'extrémité Nord de Cape York, en direction de l'E-NE

Panorama sur 120° pris depuis Greeley Haven, à l'extrémité Nord de Cape York, en direction de l'E-NE

À gauche, l'extrémité Nord de Cape York. Les 2/3 à droite de la photo montrent la moitié Nord du cratère Endeavour.


Figure 21. Panorama sur 120° pris depuis Greeley Haven, à l'extrémité Nord de Cape York, en direction du Sud

Panorama sur 120° pris depuis Greeley Haven, à l'extrémité Nord de Cape York, en direction du Sud

À droite, au premier plan, le rebord Est et le sommet de Cape York. Juste au Sud, la montagne nommée Cape tribulation (sous le "S"), un peu plus à l'Ouest (à droite) Solander Point. La moitié gauche de l'image correspond à la moitié Sud du cratère Endeavour.


Figure 22. Zoom, en regardant vers le Sud depuis Greeley Haven, sur le versant Est de Solander Point

Zoom, en regardant vers le Sud depuis Greeley Haven, sur le versant Est de Solander Point

On y voit très nettement un litage avec un pendage apparent d'une trentaine de degrés vers la gauche. Un deuxième litage, plus lâche et plus discret, avec un pendage apparent de 70 à 80° vers la gauche se devine aussi. Ces deux litages macroscopiques (visibles dans le paysage) correspondent-ils à ce qui se voit de plus près sur l'affleurement (gros plans sur l'escarpement).


Et n'oublions pas que le 26 novembre 2011, le robot Curiosity est parti vers Mars pour y explorer le cratère Gale. Arrivée prévue début août 2012.

Figure 23. Départ de Curiosity vers Mars le 26 novembre 2011

Départ de Curiosity vers Mars le 26 novembre 2011

On y voit très nettement un litage avec un pendage apparent d'une trentaine de degrés vers la gauche. Duquel des deux litages découverts près de Greeley Haven s'agit-il ?


Figure 24. L'objectif martien de Curiosity : le cratère Gale, et plus précisément l'ellipse noire

L'objectif martien de Curiosity : le cratère Gale, et plus précisément l'ellipse noire

Dans ce cratère, le spectro-imageur de MRO a révélé beaucoup d'argiles, l'une des cibles de cette mission.


Mots clés : gypse, litage, Opportunity, Cape York, Endeavour, Mars