Mots clés : Mars, sol, eau, photolyse, oxygène, oxydation, silicate ferreux, rayonnement ultra-violet - UV

Pourquoi la surface de Mars est-elle rouge ?

Pierre Thomas

ENS, Lyon

Emmanuelle Cecchi

Benoît Urgelli

ENS Lyon / DGESCO

26/11/2000

Résumé

Photolyse partielle de l'eau du sol martien par le rayonnement UV. Oxydation des silicates ferreux par l'oxygène libéré et coloration rouge de la surface de Mars.


Table des matières

La question

« Bonjour, Question simple mais dont j'aimerais une réponse détaillée : comment explique-t-on que la surface de Mars soit "rouge" ? Si votre réponse tourne autour de l'oxydation du fer en surface, la question suivante est, en fait, comment explique-t-on l'oxydation du fer sur une planète dépourvue d'oxygène ? »

La réponse

Les études IR montrent la présence d'eau dans les couches les plus superficielles du sol martien. L'absorption IR à 2,85 microns suggère une teneur en H2O totale du sol entre 0,3 et 3 %. Le sol de cette planète tellurique contient donc une faible quantité d'eau:

  • H2O dans les minéraux (argiles ...),
  • H2O glacée sous forme de givre nocturne hivernal,
  • H2O vapeur entre les grains du sol.

L'atmosphère martienne (Figure 1) contient de la vapeur d'eau, donc le sol aussi (surtout lorsque le givre se sublime). Le sous sol profond est riche en glace comme le laisse supposer l'existence de cratères à éjecta lobé (voir photographies prises par la Camera Mars Orbiter (MOC)) . Un peu de cette glace se sublime et passe donc dans le sol proche.

L'atmosphère de Mars étant très ténue (0,08 bar) et transparente aux UV, des photons UV frappent la pellicule la plus superficielle. Les photons UV sont assez énergétiques pour casser la molécule d'eau, même sans catalyseur. Cette photolyse est partielle parce que les probabilités que cette réaction se fasse sont faibles (voir les lois d'équilibre chimiques).

Les molécules d'H2O sont donc très partiellement photolysées "in situ" suivant la réaction globale: H2O + photon Ultra Violet --> H2 + O

Bien que l'eau sur Mars soit rare et la photolyse quantitativement faible, il y a, millions d'années après millions d'années, production d' oxygène naissant * à l'intérieur du sol. Cet oxygène oxyde les silicates ferreux. Ces silicates ferreux pourraient être comme sur Terre de l'olivine, des pyroxènes, ou encore de l'amphibole ou de la biotite.

Il se produit alors la réaction : 2 FeO + O (naissant) --> Fe2O3. D'où la couleur rouge. CQFD.

Et les oxydes ferriques terrestres?...

* oxygène naissant (ancienne notion de chimie) : atome d'oxygène seul qui vient d'être libéré par une réaction chimique. Ce n'est pas encore une molécule d'O2. L'atome O seul est plus réactif que la molécule O2.

La planète rouge au printemps prise par Hubble


Cette vue prise le 25 février 1995 est l'image la plus claire jamais prise à partir de la Terre. Elle est surpassée seulement par les prises de vues rapprochées renvoyées par les sondes spatiales qui ont visitées la planète. Mars se trouvait alors à une distance de 103 millions de kilomètres.

Dans l'hémisphère nord de Mars, au printemps, la majeure partie du dioxyde de carbone gelé autour de la calotte permanente d'eau glacée s'est sublimé et la calotte est revenue à son noyau solide d'eau glacée. Des nuages matinaux apparaissent le long du bord ouest (gauche) de la planète. Ils se forment au cours de la nuit quand la température martienne chute rapidement et que l'eau dans l'atmosphère gèle pour former des nuages de cristaux de glace. S'élevant à 25 kilomètres (16 milles) au-dessus des plaines environnantes, le volcan Ascraeus Mons pointe au dessus de la plate-forme de nuages près du bord ouest. Le canyon Valles Marineris se trouve dans la partie inférieure gauche.

Vue oblique de la calotte de glaces, pôle nord martien

Figure 2. Pôle Nord martien


Cette calotte est probablement constituée d'eau gelée. En été, la calotte visible est essentiellement constituée de glace d'eau. C'est la calotte permanente ou restreinte. En hiver, une couche de neige et de givre de dioxyde de carbone et d'eau recouvre cette calotte mais également le sol autour de la calotte permanente. La superficie de la calotte parait donc plus importante en hiver.

L'atmosphère martienne

Figure 3. Atmosphère martienne


Cette image prise par la sonde spatiale "Viking orbiter" montre la bande étroite correspondant à l'atmosphère martienne. A comparer avec les vues navette spatiale de l'atmosphère terrestre.

Liens utiles

Le site de Calvin J. Hamilton contient, en français, des images, des commentaires et des animations scientifiques pour tous les objets du système solaire.

Le site de Bill Arnett, The Nine Planets, présente un survol complet de l'histoire, de la mythologie et de la connaissance scientifique du système solaire.

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