Les différentes couches de glace accumulées sont bien visibles sur les parois de cette falaise. Une véritable coupe transversale dans le sol de Mars. © Nasa, JPL-Caltech, UA, USGS

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Mars : de la glace découverte en grande quantité sous sa surface !

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Des dépôts de glace d'eau avaient déjà été repérés sous la surface de Mars mais c'est la première fois qu'ils peuvent être observés sur le flanc de falaises, de véritables coupes transversales vues par la sonde MRO. Ces empilements de glace ont beaucoup à raconter sur les conditions passées sur Mars. Et ce n'est pas tout : peu profondes, bien localisées, ces réserves d'eau pourraient être très utiles aux futurs colons martiens.

Depuis les années 2000 et les observations de la sonde spatiale Mars Odyssey d'abord, puis de Mars Express et de MRO (Mars Reconnaissance Orbiter) ensuite, les scientifiques savent qu'il y a de la glace d’eau sous la surface de Mars en de multiples endroits. En 2008, le robot Phoenix, dépêché sur place au 68e parallèle, ne mit d'ailleurs pas longtemps à en trouver : il lui suffit d'égratigner la surface pour en découvrir aussitôt. Sur les pentes des bords de jeunes cratères d'impact, de la glace fut également repérée par les orbiteurs.

Mais à présent, dans un article publié le 11 janvier dans la revue Science, une équipe de chercheurs décrit huit sites où des empilements de plusieurs couches de glace, hauts de plusieurs dizaines de mètres (jusqu'à 100 mètres pour certains), sont directement visibles. Il s'agit de falaises abruptes, dont les pentes sont inclinées jusqu'à 55°, qui sont situées dans les deux hémisphères de Mars, entre 55 et 58° de latitude. Elles ont pu être créées par la sublimation.

Cette ouverture dans le sol martien s’est probablement formée par sublimation. Les glaciers sont en recul. La falaise au nord offre un point de vue sans précédent sur les différentes couches de glace qui se sont empilées au cours des cycles climatiques de la Planète rouge. Le site imagé par la caméra HiRise de la sonde MRO, est situé à 56,6° de latitude sud. © Nasa, JPL-Caltech, UA, USGS

Ce sont de véritables « coupes transversales à travers la glace qui nous donnent une vue en 3D avec plus de détails que jamais », a déclaré l'auteur principal de ces recherches réalisées avec MRO, Colin Dundas du U.S. Geological Survey au Astrogeology Science Center à Flagstaff. Des fenêtres ouvertes sur le sous-sol de Mars. Les analyses réalisées avec l'instrument Crism (Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars) ont confirmé qu'il s'agit bien d'eau gelée à tous les étages.

Pour les chercheurs, c'est donc une excellente occasion de pouvoir étudier le passé géologique et climatique de la Planète rouge. Ces découvertes pourraient aussi être très profitables aux futures missions humaines en constituant des ressources en eau (entre autres) faciles d'accès.

Un livre ouvert sur le passé climatique de Mars

Les précédentes découvertes de dépôts de glace aux latitudes moyennes suggéraient qu'ils sont ensevelis sous une couche de moins de 10 mètres d'épaisseur. À présent, dans leur étude, les chercheurs ont établi que la couche superficielle, qui se compose d'un mélange de poussière, de roches et de glace, n'est épaisse que d'un ou deux mètres seulement. Elle pourrait être l'œuvre du vent depuis des dizaines de milliers d'années. Certaines de ces coupes dans le sol martien atteignent 100 mètres de hauteur.

L'obliquité de Mars, à l'instar de celle de la Terre, change mais sur des rythmes de temps plus courts allant de centaines de milliers d'années à quelques millions d'années. L'inclinaison de son axe de rotation est actuellement comparable à celle de la Terre. Chaque fois que la planète était plus inclinée, la glace, estiment les planétologues, pouvait s'accumuler aux latitudes moyennes. Aussi, pour les chercheurs, ces millefeuilles de glace, qui pourraient être les restes de glaciers en recul, ont beaucoup de choses à raconter sur les conditions climatiques du passé : de par l'épaisseur des couches, leur étendue et aussi, par leur teneur en poussière...

D’autres falaises observées par MRO où les empilements de glace sont visibles. © Nasa, JPL-Caltech, UA, USGS, Colin M. Dundas et al.

Pour Leslie Tamppari, qui travaille sur la mission MRO au JPL, envoyer une mission spéciale sur place, permettrait d'« obtenir une histoire climatique détaillée de Mars ». C'est en effet un livre ouvert sur ce passé, comme peuvent en rêver les planétologues. « C'est une partie de toute l'histoire de ce qui est arrivé à l'eau sur Mars : où va-t-elle ?, quand la glace s'est-elle accumulée ? Quand recule-t-elle ?, etc. »

De la glace d’eau sur Mars, il y en a donc finalement beaucoup, « [...] sous environ un tiers de la surface martienne, estime Colin Dundas. Ce type de glace est plus répandu que nous le pensions auparavant ». Avec l'avantage que ces dépôts sont situés dans des endroits moins hostiles et moins froids que les régions polaires. « Les astronautes pourraient aller là-bas juste avec un seau et une pelle et obtenir toute l'eau dont ils ont besoin », a commenté son collègue Shane Byrne, du Laboratoire lunaire et planétaire de l'université de l'Arizona.

  • http://science.sciencemag.org/content/359/6372/199
Pour en savoir plus

Mars : de la glace très abondante, mais surtout très pure

Article de Jean Étienne publié le 22 janvier 2009

Les réserves de glace d'eau présentes sous les pôles martiens sont non seulement énormes, mais aussi d'une très grande pureté, selon une équipe de recherches travaillant sur les données de Mars Reconnaissance Orbiter.

Une équipe réunissant des chercheurs du Laboratoire de planétologie de Grenoble (LPG, INSU, université Joseph Fourier) vient de confirmer la très grande abondance d’eau martienne sous forme de glace, notamment au niveau de la calotte polaire sud de la Planète rouge. La pureté de cette glace est aussi remarquable, puisqu'elle atteint 95% dans les régions centrales, avec déplacement des impuretés à la périphérie.

Le terme de calottes polaires est toutefois abusif, car il s'agit plutôt de dépôts stratifiés. Constituant les plus grands réservoirs d'eau martienne, ils représentent une capacité évaluée à 2 à 3 millions de km³, selon les chercheurs dont l'étude est en cours de publication dans Geophysical Research Letters.

Ces données ont été établies sur base de quelque 140.000 points de mesures acquis par le radar de subsurface Sharad, actuellement en orbite à bord de la sonde Mars Reconnaissance Orbiter de la Nasa, notamment dans la région de Gemina Lingula, qui représente un quart de la surface totale de la calotte polaire nord.

Image radar de subsurface (fig.A) au travers de la région de Gemina Lingula (fig.B), qui est comme une vue en coupe de la calotte polaire. En analysant la propagation du signal radar à l'intérieur de la glace, des scientifiques ont montré sa grande pureté. © Mars Reconnaissance Orbiter, Nasa, LPG

Des éléments pour la planétologie comparée

Les propriétés physiques de cette glace ainsi que sa distribution spatiale restent inconnues. Les mesures montrent tout de même une structure remarquable, en l'occurrence une variation brusque dans la constante diélectrique au nord-ouest de Gemina Lingula. Elle peut s'interpréter comme une remontée d'environ 250 mètres de la base de la calotte, vraisemblablement provoquée par une extension de l'unité géologique sous-jacente, d'origine mal déterminée et probablement constituée de glace très sale.

L'analyse de la pureté de la glace avec un haut pouvoir de résolution est important afin d'en connaître la rhéologie, c'est-à-dire son comportement en fonction de sa plasticité, son élasticité et sa viscosité lorsqu'elle est soumise à des déformations, des contraintes et des pressions. La distribution des impuretés est aussi un facteur du climat martien. Aussi, les données très précises aujourd'hui obtenues grâce au grand nombre de relevés va permettre de mieux caractériser la glace martienne, mais aussi sur ses interactions avec l'atmosphère de la planète.

En planétologie comparée, la similitude entre les glaces martiennes et terrestres de même structure cristalline soumises à des environnements très différents (température et pression) pourra conduire à une meilleure compréhension des mécanismes d'évolution des calottes polaires.

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