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Sur Mars, Curiosity découvre un ancien lac

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Dans six publications scientifiques, les chercheurs travaillant sur la mission MSL, celle de Curiosity, affinent le portrait de la planète Mars. Fait marquant : au fond du cratère Gale, où se trouve le rover, se situait il y a environ trois milliards d'années un petit lac d'eau douce. Pendant une durée inconnue — tout est là —, les conditions en surface ont été compatibles avec la vie.

La reconstitution hypothétique du lac qui, un jour, a sans doute empli une petite partie du cratère Gale. La barre d'échelle indique une distance de 25 km, et les flèches montrent les écoulements qui ont alimenté cette réserve d'eau douce et de pH neutre. Ce lac a dû exister il y a environ trois milliards d'années, mais on ne sait pas quand avec précision, ni combien de siècles ou de millénaires il a subsisté. La cartographie du cratère, qui a permis d'estimer l'extension du lac, a été réalisée grâce aux données de MRO (Mars Reconnaissance Orbiter). © Nasa, JPL-Caltech, MSSS

L'enquête sur le passé et l'habitabilité de Mars n'en finit pas de progresser. En partie bien sûr grâce à l'extraordinaire mission MSL (Mars Science Laboratory) — magnifique petit laboratoire mobile doté de nombreux instruments et caméras qui explore le vaste cratère Gale (150 km de diamètre) depuis le milieu de l'été 2012 —, plus connu sous son surnom Curiosity. Simultanément aux rencontres annuelles de l'Union géophysique américaine (American Geophysical Union, AGU) qui se tiennent cette semaine à San Francisco, les équipes scientifiques du rover ont publié dans le numéro du 9 décembre de la revue Science pas moins de six articles sur leurs découvertes.

Les connaissances sur ce milieu délibérément choisi par la Nasa pour ses indices d'habitabilité qui y affleurent ont considérablement avancé en l'espace de 16 mois. Si bien que le directeur de la mission John Grotzinger (California Institute of Technology) a annoncé ne plus restreindre la mission à déterminer si l'environnement était habitable. L'objectif, désormais, est de privilégier la prospection de molécules organiques.

Les dépôts sédimentaires repérés par Curiosity dans la zone baptisée Yellowknife Bay. © Nasa, JPL-Caltech, MSSS

Érosion très active sur Mars

Mieux que jamais, les scientifiques sont en mesure de recomposer le puzzle géologique du site, de dater à distance l'âge d'une roche et de, peut-être, débusquer les premiers indices biochimiques, les marqueurs d'une possible activité biologique.

À quelques mètres de la première roche jamais forée et analysée sur une autre planète, baptisée John Klein, le rover Curiosity s'est intéressé il y a quelques mois à Cumberland. L'échantillon prélevé fut déposé dans les instruments Sam et CheMin pour être chauffé, fondu, refroidi et durci à nouveau afin d'en mesurer les quantités d'argon qui se sont accumulées. Cette méthode bien connue sur Terre depuis une soixantaine d'années a bien fonctionné sur Mars, et révèle un âge compris entre 3,86 et 4,56 milliards d'années. Une datation qui corrobore les estimations obtenues indirectement par l'étude de la densité des cratères d'impacts.

Quant à l'étude de son exposition aux rayons cosmiques, il apparaît que Cumberland le fut durant une relative courte période estimée entre 60 et 100 millions d'années (seulement) ! Ces résultats sont surprenants pour les chercheurs, et témoignent d'une érosion très importante. D'ailleurs, comme le suggère l'environnement, le vent et le sable sont probablement les principaux responsables de cette abrasion des couches superficielles de ces roches.

Indices cumulés de molécules organiques

Pour les chercheurs, c'est plutôt une bonne nouvelle de disposer de ces roches anciennes mises à nues récemment. En effet, elles renferment la mémoire de Mars, jadis planète bleue, aujourd'hui planète rouge, et ont pu conserver des traces de molécules organiques. Les indices sont nombreux, mais comme le rappelle Douglas Ming (Johnson Space Center), « nous détectons des molécules organiques, mais nous ne pouvons pas exclure qu'elles proviennent de la Terre » (malencontreusement, à bord de Curiosity). Toutefois, signalons que les quantités détectées à Cumberland sont supérieures à celles relevées au cours des tests effectués avec des échantillons de météorites martiennes en environnement terrestre.

Les indices probants de l'habitabilité du site nommé Yellowknife Bay où ont été effectués les forages continuent de s'accumuler. Peu à peu, le paysage humide se recompose dans les têtes des scientifiques. Un lac d'eau douce d'environ 48 kilomètres de longueur sur 5 kilomètres de large, alimenté par des rivières descendant des reliefs, s'étalait à cet endroit. Il y avait là une eau peu acide et salée, caractérisée par un pH relativement neutre qui, en présence d'argiles, offrait un milieu très favorable au développement d'une vie microbienne. Tous les éléments clés comme le carbone, l'hydrogène, l'oxygène et le phosphore sont réunis, y compris la nourriture, tels les minéraux riches en fer et en soufre qu'apprécient, par exemple, certaines bactéries terrestres.

Deux images mettant en évidence les effets de l'érosion dans le cratère Gale. Celle de gauche, prise par la caméra HiRise de MRO, montre la région Yellowknife. Les deux flèches indiquent des escarpements situés à la frontière entre deux zones de duretés différentes, où l'érosion éolienne a creusé la plus meuble. À droite, la région KMS-9 que Curiosity atteindra bientôt. Les flèches indiquent des escarpements probables. © Nasa, JPL-Caltech, MSSS

Le sous-sol regorgeait d'eau

L'abondance de magnétite et la présence de smectites dans les poudres de roches analysées trahissent une formation des argiles in situ, et non en aval. « La smectite est l'argile typique dans les dépôts lacustres, explique le professeur David Vaniman de l'Institut des sciences planétaires (Arizona). C'est une argile communément appelée "gonflante", du genre qui colle à vos bottes quand vous marchez dedans. » Il nous rappelle aussi que l'« on trouve des environnements biologiques riches quand on trouve de la smectite sur Terre ».

Tout cela a pu se produire au cours de l'Hespérien, dans lequel Mars est entrée voilà environ 3,7 milliards d'années. Une période marquée par la perte progressive de son atmosphère et un assèchement de la surface. Mais les sous-sols regorgeaient de beaucoup d'humidité. « Maintenant, nous savons que les minéraux argileux pouvaient être produits plus tard, ce qui nous donne de nombreux sites qui ont pu être habitables », raconte John Grotzinger.

Tout cela donne envie d'aller y voir de plus près, et que des explorateurs humains aillent marcher dans ces lacs et rivières asséchés... Toutefois, en l'absence de champ magnétique sur Mars, force est de constater que l'exposition aux rayons cosmiques et aux particules de haute énergie du Soleil n'est pas négligeable, comme le démontrent les mesures effectuées par Curiosity durant dix mois. Dans cette région située à proximité de l'équateur, le rover a relevé un taux moyen de 0,67 millisievert par jour ! À noter que les fortes tempêtes solaires étaient rares entre août 2012 et juin 2013, et que 95 % de ces rayonnements sont d'origine extrasolaire. D'après les estimations des médecins spécialisés de la Nasa, un équipage qui entreprendrait un voyage aller-retour vers Mars serait exposé à une dose moyenne totale de 1.000 millisieverts, ce qui augmente de 5 % le risque de cancer mortel. À l'heure actuelle, les astronautes évoluant à bord de l'ISS, en orbite basse, sont soumis à un risque accru de 3 %. Les scientifiques continuent d'étudier la question pour préparer la toute première mission habitée vers notre voisine Mars.