Première colonne stratigraphique martienne à l'intérieur du cratère Endurance

Pierre Thomas

ENS Lyon - Laboratoire des Sciences de la Terre

Emmanuelle Cecchi

Florence Kalfoun

ENS Lyon / DGESCO

12/05/2004

Résumé

Le robot Opportunity est arrivé au bord du cratère Endurance , dont les flancs permettent la réalisation d'une première colonne stratigraphique sur Mars.


Le 3 mai, nous indiquions qu'Opportunity arrivait en vue du cratère Endurance (figure 1), et que les vues étaient "prometteuses".

Figure 1. Le cratère Endurance observé par Opportunity à seulement 20 m du bord le 29 avril 2004

Au premier plan, des roches qui, vues de là ressemblent aux roches habituelles. Et au second plan, le flanc interne du cratère Endurance.


Quel était l'intérêt de s'approcher de ce cratère Endurance ?

Depuis le 25 janvier, date d'atterrissage d'Opportunity, nous savons qu'Opportunity s'est posé dans un site à la géologie bien différente des quatre sites d'atterrissage martiens précédents : les deux Viking en 1976, Pathfinder en 1998 et Spirit en décembre 2003 s'étaient tous les quatre posés au milieu de roches volcaniques plus ou moins remaniées, et ne constituant pas d'affleurement "en place".

Opportunity s'est, lui, posé près d'un véritable affleurement, qui s'est avéré stratifié, avec des figures sédimentaires classiques (stratifications obliques, pseudomorphoses de cristaux identiques à des cristaux de sulfates) ou moins classiques (les croûtes mamelonnées et les myrtilles). Après analyse chimique in situ , ces roches semblent être des argiles évaporitiques indurées riches en fer. Tout ceci suggère fortement qu'Opportunity s'est posé au fond d'un lac (ou d'une mer) avec sédimentation argilo-évaporitique, et que de l'eau liquide pérenne a existé « un certain temps » à l'emplacement de Meridiani Planum . L'épaisseur visible de ces affleurements sédimentaires n'était que de l'ordre du mètre (voir la figure 3 de l'article sur les sphérules martiennes).

Puis Opportunity a quitté son site d'atterrissage, a parcouru 700 m, et n'a rencontré que des roches identiques affleurant sous du sable éolien ou tapis de myrtilles. Notre zone de sédimentation argilo-évaporitique a donc au moins 700 m en dimension, et vraisemblablement beaucoup plus. Ce n'est donc pas qu'une petite mare fossile s'étant asséchée, mais au moins un lac d'une certaine ampleur.

Mais qu'y a-t-il sous ce mètre d'argile évaporitique ? C'est pour savoir cela qu'Opportunity a été dirigé vers le cratère Endurance, d'un diamètre de 130 m et profond d'une quinzaine de mètres, qui pourrait montrer sur ses flancs internes une coupe de terrain jusqu'à 15 m d'épaisseur. C'est en faisant le même raisonnement que Spirit avait été dirigé vers le cratère Bonneville . Mais là déception, les flancs de ce cratères étaient entièrement recouverts d'éboulis, et n'apprenaient donc rien sur la profondeur du site d'atterrissage de Spirit.

Figure 2. Vue du cratère Bonneville , montage de 4 photographies


Qu'y a-t-il donc dans ce cratère Endurance ?

Cette fois, nous ne sommes pas déçus : des affleurements sont visibles sur les flancs du cratère.

Figure 3. Vue générale du cratère Endurance

Au premier plan, des roches qui, vues de là, ressemblent aux roches habituelles. Et au second plan, le flanc interne du cratère Endurance. Les zones encadrées sont détaillées ci-après.

Image de plus grande taille du cratère Endurance.


Que voyons nous ? Au fond, un champ de petites dunes. La moitié des flancs semblent recouverts d'un tablier d'éboulis, mais des affleurement en place ressortent et affleurent à travers ces éboulis. Détaillons quelques secteurs, et tirons-en quelques interprétations (provisoires bien sûr). Près du centre droit de la vue générale du cratère, la figure est caractéristique des cratères : au sommet, une méga-brèche, un amoncellement de blocs, éjectés par l'impact et retombés sur les lèvres du cratères. En dessous, affleurent des roches beaucoup plus massives et non disloquées par l'impact.

Figure 4. Méga-brèche constituée de blocs éjectés lors de l'impact et retombés sur les lèvres du cratère Endurance

Sous cette brèche on observe des roches massives moins disloquées. Voir la localisation de l'affleurement.


On peut comparer avec les photographies des bords du Meteor Crater d'Arizona, qui montrent exactement le même phénomène.

Figure 5. Affleurements internes de Meteor Crater (Arizona)


Figure 6. Contact entre substratum et éjectas en bordure de Meteor Crater (Arizona)

Substratum de grès triasique rouge, éjectas de calcaire permien blanc.


La figure suivante est reconstituée à partir de deux images jointives, et montre bien le substratum de Meridiani Planum . Sous le niveau bréchique et chaotique sommital assez peu visible ici (éjectas), affleure une couche claire, surtout visible sur la partie gauche de la photographie, qui ressemble (de loin), tant en albédo qu'en cohérence mécanique à ce qu'on voit depuis le début de la mission. Il s'agirait de la couche d'argile évaporitique indurée maintenant classique qu'Opportunity explore depuis 4,5 mois. Sous cette couche, surtout visible sur partie droite de la photographie, affleurent d'autres couches, beaucoup plus sombres, régulièrement et finement stratifiées.

Figure 7. Flancs internes du cratère Endurance

Vue, issue du montage de deux images, des affleurement internes d'Endurance : en surface on observe un niveau bréchique, puis, au-dessus, la couche claire d'argile évaporitique indurée (?), elle-même reposant sur des couches plus sombres finement stratifiées. La partie en haut à droite constitue la figure suivante. Voir la localisation de l'affleurement.


Figure 8. Détail des couches sombres, finement stratifiées, affleurant sur le bord interne du cratère Endurance

À droite, les couches semblent être basculées avec un pendage centrifuge, situation classique des flancs d'un cratère d'impact. Voir la localisation de l'affleurement.


Que sont ces couches ? Nul ne le sait pour l'instant, mais voici enfin révélé le substratum de nos argiles évaporitiques indurées claires. Sur la droite de la figure de détail, ces couches semblent être basculées avec un pendage centrifuge et affleurent presque jusqu'à la lèvre du cratère (un tel basculement est classique sur les flancs des cratères d'impact), et seront sans doute assez facilement accessible au robot quand il fera le tour complet du cratère.

La figure suivante montre un détail de la droite du cratère, qui montre la même répartition de faciès.

De haut en bas :

  • (a) la couche bréchique d'éjectas,
  • (b) un niveau blanc résistant (notre couche argile évaporitique indurée),
  • (c) nos roches finement et régulièrement stratifiées déjà vue à gauche du cratère. L'éclairage favorable montre des variations dans la teinte des couches, alternativement claire et sombre ; les couches b et c semblent avoir un léger pendage centrifuge.
  • (d) les couches (c) semblent reposer par une "discordance angulaire" (discordance sédimentaire du genre stratification oblique, ou mouvements dus à l'impact, ou ???) sur des couches d'aspect et de teinte identique, mais semblant parfaitement horizontales.

Figure 10. Détail interprété d'un flanc interne du cratère Endurance

On distingue différentes unités a- couche bréchique d'éjectas, b- couche d'argile évaporitique indurée, c- couches sombres finement stratifiées, d - discordance. Voir la localisation de l'affleurement.


Que de travail en perspective pour analyser et comprendre tout cela !

La NASA va entreprendre maintenant un tour du cratère pour en étudier in situ toutes les roches qui dépassent (éjectas variés issus de profondeurs variées, couches supérieures, couches inférieures remontées par le mécanisme de caractérisation, …). Elle étudiera aussi tous les flancs, et en images multi-spectrales pour essayer de bien séparer les (probables) lithologies différentes, et en images stéréoscopiques pour bien reconstituer le relief, les pentes… Ensuite, si cela semble possible et raisonnable, les responsables de la NASA établiront un chemin à l'intérieur du cratère, là où la bordure est en pente douce et non pas en falaise, en essayant d'y descendre et d'amener le robot (sans qu'il roule au fond du trou) jusqu'au pied des affleurements les plus prometteurs, où seront effectuées des prises de vue en gros plan, des analyses chimiques… La descente risque d'être périlleuse, car les bords du cratère sont soit des falaises (voir le photo-montage où la NASA a placé "à l'échelle" Opportunity au sommet de la falaise), soit des pentes douces qui ressemblent plus à un véritable "roulement à billes" (les myrtilles) qu'à un chemin facile : gare au patinage, aux glissades.

Sauf en cas de panne ou d'accident (chute dans le fond du cratère), des semaines riches en informations s'annoncent.

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