Mars : une planète aux multiples visages

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La planète Mars que nous connaissons aujourd’hui est un monde aride et froid. L’eau liquide n’est jamais présente et la glace est instable partout à la surface, sauf aux pôles. Aussi les paysages martiens sont désertiques et rocheux. Presque partout, la poussière minérale colore le sol et le ciel de tons orangés.

Depuis quelques années, nous avons découvert que Mars aurait pu nous présenter un autre visage. En effet, l’inclinaison de son axe de rotation (son « obliquité ») varie chaotiquement entre 0° et plus de 60°. Sachant que sur Terre, les minimes oscillations de l’obliquité (± 1,3°) ont joué un rôle important dans l’apparition des périodes glaciaires, qu’a-t-il pu se passer sur Mars ? La modélisation numérique des climats, éclairée par l’analyse de la géologie, apporte des réponses.

Imaginons incliner Mars au-delà de 25° (la valeur actuelle de l’obliquité), les régions polaires sont alors tournées vers le soleil en été, et chauffent fortement. Cela entraine la sublimation la glace carbonique présente sous le pôle Sud, où justement un réservoir équivalent à toute l’atmosphère actuelle a été découvert par radar en 2011. Ainsi la pression atmosphérique a pu doubler dans un passé récent. Au pôle nord, le chauffage de la glace d’eau libère de grandes quantités de vapeur dans l’atmosphère et la couverture nuageuse augmente considérablement. Au delà de 30° à 40° d'obliquité, la glace et la neige s’accumulent pour former un manteau de glace aux moyennes latitudes et des glaciers sur les flancs des montagnes, sous les tropiques. Des traces de glaciers ont d’ailleurs été retrouvées à ces endroits sous formes de moraines et de dépôts de glace enterrés. Une planète Mars à haute obliquité se présenterait comme une planète blanche, en partie couverte d'un épais manteau de glace d'eau, et entourée de nuages denses.

A l'inverse, lorsque l’axe de rotation de Mars est redressé et que l’obliquité approche de 0°, l’atmosphère de CO2 se condense dans les régions polaires. A l’ombre des montagnes de l’arctique martien, on trouve d’ailleurs d’étranges moraines formées par d’anciens glaciers très fluides, probablement composés de glace carbonique. Lorsque tout le CO2 était piégé sous forme de glace, l’atmosphère de Mars devait être vingt fois plus fine qu’aujourd’hui et essentiellement composée d’azote et d’argon. La surface de Mars était alors pétrifiée et immobile, sous un ciel noir même en plein jour.

Pendant la majorité de son existence, l'environnement martien n'a fait qu'osciller entre ces périodes "glaciaires" et "interglaciaires", et l’eau liquide absente. Mais cela n’a pas toujours été le cas : l’examen des terrains martiens formés il y a plus de 3 milliards d’années révèle partout des traces de rivières et d’ancien lacs, aujourd’hui asséchés. C’est donc encore une autre planète Mars qui existait alors, certainement grâce à une atmosphère bien plus épaisse qu’aujourd’hui. Cet ancien monde humide est fascinant car il correspond à une époque où la vie est apparue sur Terre.

Au cours de son existence, Mars a donc connu des visages très divers. Grâce à ses riches archives géologiques, nous avons la chance de pouvoir explorer en un lieu une extraordinaire variété de mondes. Ils sont riches d'enseignements tant sur notre propre planète que sur la possibilité de vie ailleurs dans l'Univers. Ils sont la raison pour laquelle, parmi les splendeurs du système solaire, la petite planète désertique qu'est devenue Mars reste la première cible des agences spatiales.

Auteur

François Forget, CNRS (LMD, Institut Pierre Simon Laplace)

© Francois Forget/Ittiz CC BY-SA 3.0/NASA/JPL/Brown University/Malin Space Science System.