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Douze jours avant Exomars, on apprend que la planète a basculé

Quand elle était encore jeune, avant d’être balafrée et toute rouge, Mars avait un visage différent. Il y a 3,5 milliards d'années s'est produit un étonnant basculement de la lithosphère, vraisemblablement dû à l'apparition d’un système volcanique géant, le dôme de Tharsis. Comme si la coquille d'un œuf pivotait sans que le jaune ne bouge.

Illustration de Mars, telle qu’elle pouvait être il y a 4 milliards d’années. Une bande nuageuse dans son atmosphère plus dense qu’aujourd’hui se superpose au-dessus de la ceinture tropicale où devaient couler des rivières. Peu à peu, la coquille enrobant le noyau de Mars s’est retrouvée plombée par l’immense dôme de Tharsis qui se constituait au fil de centaines de millions d’années et a commencé à bouger. © Didier Florentz Illustration de Mars, telle qu’elle pouvait être il y a 4 milliards d’années. Une bande nuageuse dans son atmosphère plus dense qu’aujourd’hui se superpose au-dessus de la ceinture tropicale où devaient couler des rivières. Peu à peu, la coquille enrobant le noyau de Mars s’est retrouvée plombée par l’immense dôme de Tharsis qui se constituait au fil de centaines de millions d’années et a commencé à bouger. © Didier Florentz

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Quand on observe Mars aujourd’hui, nous voyons un astre de couleur rouille, balafré, à la surface duquel on remarque des taches plus sombres et de gros boutons… Parmi ces traits distinctifs de la Planète rouge, l’immense plaie béante qu’elle arbore nous renvoie évidemment au Dieu romain de la guerre dont elle porte le nom depuis l’Antiquité – une attribution qui remonte aux Babyloniens. Mais ce n’est pas au combat que s’est formée cette incision longue de près de 4.000 km baptisée Valles Marineris. C’est en réalité l’irruption des gros « boutons » voisins, un ensemble de volcans géants, qui est à l’origine de cette fracture, le plus grand et profond canyon du Système solaire.

Une nouvelle étude à laquelle ont contribué plusieurs chercheurs français, publiée le 2 mars dans la revue Nature, démontre l’influence considérable qu’a exercée le gigantesque complexe volcanique nommé « dôme de Tharsis » au cours des premières périodes de l’histoire de notre voisine. Un acteur de poids qui, comme nous allons le voir, a été en mesure de faire tourner la tête de notre voisine. Quel était le visage de Mars dans sa jeunesse ?

Le basculement progressif de la lithosphère martienne et ses conséquences. Les rivières proches de l'équateur se sont retrouvées bien plus haut en latitude, là on les trouve aujourd'hui. © Sylvain Bouley
Le basculement progressif de la lithosphère martienne et ses conséquences. Les rivières proches de l'équateur se sont retrouvées bien plus haut en latitude, là on les trouve aujourd'hui. © Sylvain Bouley

Le dôme de Tharsis, un plateau trop lourd

Autre record détenu pour Mars, une planète pourtant deux fois plus petite que la Terre : le dôme de Tharsis est le plus grand système volcanique du Système solaire. L’imposant mont Olympe, dont le sommet s’élève à 21 kilomètres, et le trio voisin Ascraeus, Pavonis et Arsia, ne sont en réalité que les parties les plus visibles d’un renflement aux dimensions impressionnantes créé par un « point chaud ». Durant des centaines de millions d’années, l’activité volcanique a ainsi formé un plateau qui aujourd’hui mesure quelque 5.000 km de diamètre pour 12 km d’épaisseur. Sa masse est estimée à un milliard de milliards de tonnes, soit l’équivalent d’un soixante-dixième de la Lune.

L’édifice qui s’est ainsi constitué progressivement a provoqué un important déséquilibre dans la répartition des masses, si bien que toute la lithosphère de Mars, sa croûte et son manteau, aurait basculé de 20 à 25° il y a entre 3 et 3,5 milliards d’années, pour finalement se positionner au niveau de l’équateur martien. C’est en quelque sorte la coquille qui a bougé en raison de cette pesante structure ou, si on l’imagine que la planète était un abricot, c’est sa chair qui s’est déplacée et non son noyau. Ce basculement ne concerne donc pas l’obliquité de Mars, le phénomène n’a pas modifié son axe de rotation.

Vue contemporaine de l’ensemble qui constitue le dôme de Tharsis, immense renflement de 5.000 km de diamètre. On distingue notamment le mont Olympe (21 km d’altitude) et le trio de la chaîne de Tharsis : Ascraeus (environ 18 km), Pavonis (14 km) et Arsia (17,7 km). On aperçoit vers le limbe, le Labyrinthe de la nuit, où s’ouvre la grande Valles Marineris. L’image a été prise par la sonde Mars Express, le 29 juin 2014. © Esa, DLR, Fu Berlin, Justin Cowart
Vue contemporaine de l’ensemble qui constitue le dôme de Tharsis, immense renflement de 5.000 km de diamètre. On distingue notamment le mont Olympe (21 km d’altitude) et le trio de la chaîne de Tharsis : Ascraeus (environ 18 km), Pavonis (14 km) et Arsia (17,7 km). On aperçoit vers le limbe, le Labyrinthe de la nuit, où s’ouvre la grande Valles Marineris. L’image a été prise par la sonde Mars Express, le 29 juin 2014. © Esa, DLR, Fu Berlin, Justin Cowart

Des indices qui corroborent le scénario d’un « basculement »

Dans un modèle géophysique publié en 2010, Isamu Matsuyama, de l’université d’Arizona, avait montré l’influence du dôme de Tharsis sur l’orientation du globe martien par rapport à son axe. Intéressés par ses recherches, les géomorphologues Sylvain Bouley, de l’université Paris-Sud et David Baratoux, de l’université Toulouse III – Paul Sabatier, qui enquêtent depuis plusieurs années sur les vallées fluviales de Mars, ont corroboré leurs observations avec ce postulat.

Les nombreuses rivières qui descendaient des reliefs de l’hémisphère sud vers l’équateur se situaient autrefois sur une bande parallèle à celui-ci, positionnée aux latitudes tropicales. Aujourd’hui, ils apparaissent décalés d’une vingtaine de degrés (voir le schéma ci-dessus). Ce scénario d’un glissement des positions est renforcé par ailleurs par les traces de retrait de glaciers, de fontes de glace qui ont été observées et aussi par la présence de glaciers souterrains, là même où devaient se situer les pôles avant ce basculement.

Le nouveau modèle montre que le dôme de Tharsis ne se serait pas majoritairement formé avant 3,7 milliards d’années contrairement à ce que prédisait le scénario généralement admis. La formation des rivières n’en serait donc pas une conséquence, comme on le pensait. En réalité, elles peuvent tout à fait exister sans Tharsis. Pour les chercheurs, elles pouvaient donc être contemporaines de la formation de l’édifice. Toutefois, celui-ci a pu favoriser leur assèchement. La question reste ouverte.

En outre, dans les conditions de la Mars primitive avec une atmosphère plus dense et un climat relativement froid, les simulations du Laboratoire de météorologie dynamique prévoient la présence d’accumulation de glaces autour de 25° de latitude sud, dans les régions en altitude qui correspondraient aux sources des rivières.

Ce scénario élaboré en mariant le travail de géophysiciens, planétologues et climatologues offre de nouvelles clés à la compréhension du passé de Mars, éclairant certaines énigmes (rivières, glaciers). « Désormais, quand on s’intéressera à l’époque primitive de Mars – pour chercher des traces de vie ou d’un océan, par exemple – il faudra apprendre à penser avec cette nouvelle géographie » conclut le CNRS dans son communiqué.

À découvrir en vidéo autour de ce sujet :


La première partie du programme ExoMars est prévue pour 2016, avec le lancement d’une sonde et d’un petit atterrisseur de démonstration qui mettront sept mois pour arriver à destination. Cette animation décrit les étapes principales du vol, du décollage à l'arrivée sur la planète Mars.


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