Mars Express voit de la glace d'eau, Spirit trouve des brèches à éléments anguleux et arrondis, Opportunity parcourt dunes et etched terrains à fentes de dessiccation

Pierre Thomas

ENS Lyon - Laboratoire des Sciences de la Terre

Florence Kalfoun

ENS Lyon / DGESCO

05 - 09 - 2005

Résumé

Mars Express a photographié un lac gelé. Spirit a récolté de nombreuses images d'affleurements stratifiés sur lesquels des brèches ont pu être identifiées. Il continue l'ascension de Husband Hill et a obtenu des vues panoramiques des régions environnantes. Opportunity a surmonté son problème d'enlisement et s'est rendu sur les etched terrains qu'il étudie de plus près. C'est l'occasion d'analyser plus précisément les fentes de dessiccation.


Table des matières

Mars Express

Notre dernier article traitant des résultats de Mars Express date de fin mars 2005. Qu'a publié l'ESA depuis cette date ?

Elle a publié des images (verticales et 3D) d'une dizaine de régions, images très esthétiques, mais n'apportant pas de données franchement nouvelles sur la géologie martienne. Une seule région apporte une belle nouveauté : un "lac" gelé, avec encore de la glace visible à l'affleurement.

La figure ci-dessous est une carte de la localisation de ce cratère sans nom, de 35 km de diamètre et de 2 km de profondeur, cratère dont le fond est occupé par une couche de glace. Les figures suivantes montrent une vue verticale et une vue oblique de ce cratère, avec des couleurs quasi naturelles (un peu renforcées) et un relief exagéré 3 fois dans la vue 3D.

Il y a a priori 200 m d'écart entre la surface de la glace et le fond du cratère si celui-ci a une forme standard. Mais la glace ne fait sans doute pas 200 m d'épaisseur, car une partie du cratère est vraisemblablement remplie de dunes, que l'on voit "sortir" de la glace en haut à gauche.

Cette glace qui occupe le fond du cratère est de la glace d'eau, car la température en cette fin d'été martien, par 70° lat. Nord, est trop forte pour qu'il s'agisse de glace carbonique. Et bien que l'on soit en fin d'été et que la température recommence à peine baisser, il reste de la glace "éternelle" piégée au fond du cratère. On voit également du givre (d'H2O) recouvrir les faces Nord du cratère et de ses lèvres. Ces faces sont très souvent à l'ombre même en plein jour à ces hautes latitudes.

L'ESA a publié une autre bonne nouvelle : les antennes (deux de 20 mètres et une de 7 mètres) du radar MARSIS ont été enfin déployées avec succès.


Le but de ce radar est d'étudier l'ionosphère, et surtout, pour nous géologues, de sonder le sous-sol martien jusqu'à une profondeur de quelques kilomètres. On devrait pouvoir déterminer la profondeur du toit (le haut) de la couche glacée en fonction des régions, peut-être la proportion de glace dans ce sous-sol gelé, voire la profondeur de la transition sous-sol gelé/sous-sol imbibé d'eau liquide, si cette limite glace/eau liquide n'est pas trop profonde. Attendons les résultats !

Spirit

Nous avions laissé Spirit près d'affleurements bien stratifiés en avril 2005.

La figure suivante montre une vue de ces affleurements stratifiés.


Qu'a fait Spirit pendant ces 5 derniers mois ? Il est resté 3 mois à parcourir et ausculter ces affleurements stratifiés et leurs environs immédiats, dont la figure ci-dessous montre une vue générale et les noms donnés par les chercheurs de la NASA aux principaux affleurements.


La figure suivante montre la carte du trajet effectué pendant ces 80 jours où Spirit a photographié, analysé… Le fait que Spirit soit resté 3 mois sur seulement 50m x 50m montre qu'il y avait du travail intéressant à faire. La NASA a, selon sa politique, publié toutes les photos prises, mais n'a publié jusqu'à présent (30 août 2005) aucun résultat d'analyse, ce qui est très frustrant.

Figure 7. Localisation géographique de Spirit, sols 440 à 520

Localisation géographique de Spirit, sols 440 à 520
Localisation géographique de Spirit, sols 440 à 520

En haut, carte de localisation du site où il est resté 3 mois (autour du point indiqué sol 450). En bas, carte détaillée du trajet du début mars au début juin 2005 (sols 440 à 520) autour de ces affleurements.


Voici pour information quelques images des affleurements de ce site. Fautes d'analyses chimiques et minéralogiques publiées, nous ne commenterons que peu ces images, qui montrent l'extraordinaire variété des roches de ce site. Il semblerait malgré tout qu'il s'agisse surtout de strates pyroclastiques variées. La grande question reste de savoir si ces strates de cendres et dépôts volcaniques sont des retombées aériennes, ou s'il s'agit d'éléments volcaniques remaniés par l'eau, voire déposés sous l'eau. L'extraordinaire variété d'aspect est sans doute due pour partie à la variété des roches, et pour partie à leur réponse différentielle à l'érosion éolienne.



Figure 10. Gros plans sur Jibshett

Gros plans sur Jibshett
Gros plans sur Jibshett

L'image de gauche mesure 8 x 8 cm, celle du droite 8 x 6 cm.


Pendant ces mois de travail intense, Spirit a assisté à de très nombreuses tornades. En avril, nous avions déjà entrevu des tornades pas très spectaculaires (fig. 9 et 10). Cette fois, les tornades sont particulièrement impressionnantes.


La NASA a publié de nombreux films de ces tornades, en fait des images prises toutes les 20 secondes et passées en accéléré. Voir par exemple les pages de la NASA, tornades 1, tornades 2, tornades 3, tornades 4.

Puis Spirit reprend sa montée et on découvre de plus en plus l'horizon lointain.

Figure 19. Panorama vu pendant la montée vers Husband Hill

Panorama vu pendant la montée vers Husband Hill
Panorama vu pendant la montée vers Husband Hill

Les montagnes du fond, distantes d'une cinquantaine de kilomètres correspondent au bord du cratère Gusev au sein duquel s'est posé Spirit.


Et Spirit grimpe, grimpe… en direction du sommet de Husband Hill . Ci-dessous deux mosaïques "artisanales" d'images qui illustrent cette montée vers le sommet.


Fin juillet, alors qu'il arrive à moins de 200 m du sommet, on devine des strates sur le sol. Les figures suivantes montrent ces strates de plus en plus près, strates qui se révèlent être des strates de brèches. Sur les premières images, les éléments sont anguleux, et ne semblent pas avoir été roulés ou avoir subi un transport ou une érosion notable avant leur dépôt. Par contre, quelques jours plus tard, Spirit a trouvé des brèches aux éléments nettement plus arrondis, ce qui suggère un transport ou une érosion non négligeable (par de l'eau, en roulant sur une pente, inclus dans des coulée de boues type lahar...) avant leur dépôts.

Si on voulait chercher des analogie terrestres, et vu le contexte volcanique de la région des Columbia Hills , on irait chercher des analogies dans les brèches volcaniques, comme celle de la figure ci-dessous, brèches issues du Tungurahua (volcan équatorien). Il n'est pas exclu cependant que ces brèches puissent être des brèches purement gravitaires (éboulis de pieds de pentes, maintenant disparues), des brèches torrentielles (au moins pour les brèches à éléments arrondis), voire des brèches d'impact, encore que la juxtaposition des strates à éléments anguleux et d'autres strates à éléments arrondis rende bien peu probable cette dernière hypothèse.


Et Spirit monte encore. Le panorama devient somptueux. Le sommet semble atteint ce 30 août 2005, car les images "brutes" de la NASA montrent des paysages inconnus jusqu'à présent, ce qui suggère que Spirit découvre d'autres versants que celui emprunté pendant la montée. Dans les jours qui viennent la NASA publiera certainement de superbes mosaïques montrant le paysage sur 360°. En attendant, voici quelques mosaïques "artisanales", comme chacun d'entre vous peut le faire en allant chercher les images brutes de Spirit sur le site de la NASA (sol 581 et 583). Comme ce sont des images brutes ( raw images ), que la NASA les met sur son site sans aucun commentaire, il n'est pas possible de donner l'orientation de la prise de vue, ni la position du rover pendant qu'il faisait les photographies.

Voici, pour nous faire rêver, 4 de ces mosaïques artisanales, faites avec des images d'août 2005.

Figure 27. Mosaïque d'images prise le sol 581 (21 août 2005) par Spirit

Mosaïque d'images prise le sol 581 (21 août 2005) par Spirit
Mosaïque d'images prise le sol 581 (21 août 2005) par Spirit

Une tornade est visible à l'arrière plan (3ème photo en partant de la gauche) et au premier plan, une mini-dune.

Mosaïque en grand format


Figure 28. Mosaïque d'images prise le sol 581 (21 août 2005) par Spirit

Mosaïque d'images prise le sol 581 (21 août 2005) par Spirit
Mosaïque d'images prise le sol 581 (21 août 2005) par Spirit

À gauche de l'image, on devine un champ de dunes montant "à l'assaut" de la montagne.

Agrandir l'image : moyen format - grand format

Mosaïque en grand format



Figure 30. Mosaïque d'images prise le sol 583 (23 août 2005) par Spirit

Mosaïque d'images prise le sol 583 (23 août 2005) par Spirit
Mosaïque d'images prise le sol 583 (23 août 2005) par Spirit

Une étrange figure circulaire se devine (2ème photo de gauche) : remplissage sédimentaire tardif d'une dépression locale, couche résistante mise en évidence par l'érosion différentielle ?

Mosaïque en grand format


C'est avec toutes ces images que la NASA va devoir choisir les prochaines destinations du rover . Attendons la suite !

Dernière nouvelle : cet article a été rédigé le 30 août 2005. Le 2 septembre au matin (heure française), la NASA publiait les mosaïques annoncées, les commentait, notait l'étrange figure circulaire du dernier panorama qu'elle a nommée Home Plate . Elle montrait et commentait aussi des photos de détails des affleurements de brèches, affleurement qu'elle a nommés par le nom du rues parisiennes, comme par exemple Haussmann, Voltaire, Rue Legendre ; sans doute un scientifique de la NASA revenait-il de vacances à Paris. Elle indiquait avoir fait des analyses, mais ne communiquait, hélas, aucun résultat (voir le communiqué du 01/09/2005 et les photos commentées du 01/09/2005 ). Pour publier cet article au plus vite, nous avons choisi de laisser nos mosaïques artisanales et nos commentaires antérieurs (et non contradictoires) à ceux de la NASA.

Opportunity

Nous avions laissé Opportunity mi-avril, fonçant vers le Sud en direction des etched terrains . Le trajet effectué de janvier 2004 au début avril 2005 est montré ci-dessous.


Depuis qu'il a quitté le cratère Endurance , Opportunity traverse un champ de mini-dunes dont la figure ci-dessous montre un aspect "classique".


Sur son trajet vers le Sud, le seul point géologique digne d'être noté fut la rencontre avec deux micro-cratères de météorites (de quelques centimètres de diamètre), et qui sont très récents car postérieurs aux dunes, qui doivent se déplacer d'une année sur l'autre.

Figure 33. Deux mini-cratères de météorites dans un champ de dunes sur Mars

Deux mini-cratères de météorites dans un champ de dunes sur Mars
Deux mini-cratères de météorites dans un champ de dunes sur Mars

L'image de droite qui montre à la fois ces cratères et la traces des roues donne bien l'échelle de ces cratères.


Mais à force de foncer (100 à 200 m/jour) dans ce champ de mini-dunes, ce qui devait arriver arriva : il s'enlisa dans une dune le 26 avril 2005 (sol 446).

Figure 34. Vue vers l'arrière (à gauche) et vers l'avant (à droite) de l'enlisement d'Opportunity, 26 avril 2005

Vue vers l'arrière (à gauche) et vers l'avant (à droite) de l'enlisement d'Opportunity, 26 avril 2005
Vue vers l'arrière (à gauche) et vers l'avant (à droite) de l'enlisement d'Opportunity, 26 avril 2005

La trace du rover devient de plus en plus profonde à l'arrière ; à l'avant, les roues sont aux 3/4 enfoncées dans le sable des dunes.


Figure 35. Vues de la roue arrière droite d'Opportunity, enlisé

Vues de la roue arrière droite d'Opportunity, enlisé
Vues de la roue arrière droite d'Opportunity, enlisé

Les rainures (destinées à augmenter l'adhérence au sol) sont à moitié remplies (à gauche) et complètement remplies quelques minutes plus tard (à droite).


Une fois que les rainures des roues se sont remplies d'un sable bien cohérent, les roues sont lisses, et le rover patine, ne pouvant ni avancer ni reculer. Est-ce la fin de la mission d'Opportunity ? Pour le sortir de là, la NASA utilise dans ses locaux une réplique exacte, grandeur nature, mais allégée pour tenir compte de la faible gravité martienne, qu'elle enlise dans une dune reconstituée. La NASA essaye de faire tourner et braquer, ensemble ou séparément, chacune des 6 roues motrices pour essayer de sortir le rover de sa dune.


Et cela fonctionne. Lentement, mais sûrement, le rover recule et quitte sa dune. Les figures suivantes montrent cinq étapes de cette sortie du 13 mai au 3 juin 2005 ; puis deux images prises vers l'arrière les 10 et 11 juin 2005. La mission est sauvée !



Puis pendant un mois, la NASA effectue de nombreux essais de roulement pour que cet enlisement ne se reproduise plus. Au bout de ce mois d'essais, le rover reprend lentement et prudemment sa progression vers le Sud et les etched terrains . Cette formation est quasiment atteinte le 5 août 2005 (sol 542). Elle correspond en fait à l'amincissement de la couche de sable dunaire, qui laisse affleurer son substratum sédimentaire, substratum que l'on ne connaissait auparavant qu'au niveau des cratères ( Eagle , Endurance …).


Ces terrains vont pouvoir maintenant être étudiés sur une grande surface, et aussi sur une grande épaisseur si le cratère Victoria situé 2 km au Sud devient un objectif de la NaASA et s'il peut être atteint.

Figure 40. Carte du trajet d'Opportunity jusqu'au 30 août 2005

Carte du trajet d'Opportunity jusqu'au 30 août 2005
Carte du trajet d'Opportunity jusqu'au 30 août 2005

Opportunity aborde les etched terrains et essaiera, peut-être, d'atteindre le cratère Victoria , 2 km plus au Sud, où l'on pourra sans doute étudier ces terrains sur plus de 50 m d'épaisseur.


Trois résultats/interprétations peuvent être dégagées de ces premières semaines dans les etched terrains .

  • Ces etched terrains semblent être composés des mêmes roches sédimentaires qu'"habituellement", à savoir, très vraisemblablement des argiles riches en sulfates et en myrtilles (composées d'oxydes de fer). On retrouve les vugs " (vraisemblables pseudomorphoses de sulfates) et les myrtilles ont une plus grandes gammes de forme et de taille qu'auparavant.
  • Ces etched terrains semblent parfois recouverts d'une espèce de "croûte" résistant à l'érosion (flèche sur la figure ci-dessous).
  • Ces etched terrains semblent partout affectés d'un réseau polygonal de fentes et fractures.

Figure 41. Vue de détail (en fausses couleurs) du substratum des etched terrains

Vue de détail (en fausses couleurs) du substratum des etched terrains
Vue de détail (en fausses couleurs) du substratum des etched terrains

La flèche indique cette espèce de croûte résistante dégagée par l'érosion. Les myrtilles correspondent à cette myriade de petits points, bleus dans cette composition colorée.


Parcourir ces etched terrains sera l'occasion d'étudier ce réseau polygonal de fentes, et peut-être d'en comprendre l'origine. Ce réseau correspond, morphologiquement parlant, à un réseau de fentes de rétraction. Sur Terre, l'immense majorité des fentes de rétraction en pays sédimentaire sont des fentes de dessiccation. Cela pourrait aussi être le cas sur Mars, mais cela pourrait aussi être des fentes dues à une sublimation (argiles imbibées de glace se sublimant) ou à d'autres phénomènes.

Et quelle que soit l'origine de ces fentes, il faudra étudier leur chronologie : ces fentes se sont elles faites au moment du dépôt sédimentaire (ou juste après), ou au contraire ces fentes se sont-elles faites bien après, quand les strates ont été amenées à l'affleurement par l'érosion des couches sus-jacentes ? Nous avions déjà discuté de ce problème en octobre 2004 (fig. 20 à 23 des rochers Wopmay et Escher de l'article d'octobre 2004).

La figure suivante montre un exemple terrestre de chacune de ces deux possibilités : à gauche, des fentes de dessiccation contemporaines du dépôt, en l'occurrence des fentes faites au Permien juste après le dépôt d'argiles permiennes ; à droite, des fentes de dessiccation actuelles (postérieures au dernier orage) affectant des badlands constitués d'argiles oligocènes.

Figure 42. Deux types chronologiques de fentes de rétraction

Deux types chronologiques de fentes de rétraction
Deux types chronologiques de fentes de rétraction

À gauche, il s'agit d'une dessiccation permienne (Permien de Lodève) affectant une strate permienne venant de se déposer et en train de s'assécher. Les strates sus-jacentes, déposées après l'assèchement (visibles au premier plan à gauche et au milieu à droite) ne sont pas affectées. La couche fracturée a été basculée après son dépôt, ce qui explique le pendage du plan fracturé. À droite, il s'agit de fentes de dessiccation actuelles affectant la surface bombée de collines et badlands d'argiles (couleur lie de vin) d'âge oligocène (Oligocène de Limagne). Les strates argileuses, invisibles sur cette photo, sont horizontales.


La figure ci-dessous suggère que ces fentes (ou du moins certaines d'entre elles) ne soient pas contemporaines du dépôt des couches, mais qu'elles se forment à partir de la surface actuelle en fracturant les couches sous-jacentes. On voit nettement qu'une surface d'érosion, qui recoupe plusieurs strates sédimentaire est fracturée ; ce n'est pas telle ou telle couche qui est fracturée, mais la topographie actuelle. Les fentes de rétraction (de dessiccation ou d'autre origine) seraient donc géologiquement très récentes.

Figure 43. Surface fracturée recoupant les strates

Surface fracturée recoupant les strates
Surface fracturée recoupant les strates

Certaines surfaces fracturées sont horizontales, comme en haut à droite (flèche bleue). Dans ce cas, on ne peut pas savoir si les fentes sont contemporaines du dépôt de la couche ou de l'établissement de la surface d'érosion. Par contre, en bas à droite du forage (flèche rouge), la surface d'érosion recoupe plusieurs strates, et on distingue bien l'intersection surface d'érosion/strates. Ces fentes-là semblent indépendantes des strates, mais bien liées à la surface d'érosion. Ces fentes seraient donc contemporaines ou postérieures à la surface actuelle, c'est-à-dire géologiquement très récentes.


Tout cela nous promet des mois à venir riches d'enseignements.