Rempli de lacs saumâtres, le plateau de Quisquiro dans l'Altiplano d'Amérique du Sud, au Chili, représente le type de paysage que les scientifiques pensent avoir existé il y a des milliards d'années sur Mars, dans le cratère Gale, que le rover Curiosity de la Nasa explore. © Maksym Bocharov
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Météorite martienne : Black Beauty éclaire le paradoxe du jeune Soleil faible

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Au cours du premier milliard d'années de son histoire, le Soleil était moins brillant qu'aujourd'hui, ce qui implique que de l'eau liquide ne pouvait pas exister durablement sur Mars et la Terre, alors glacées. Nous savons que c'est faux, et aujourd'hui des analyses d'une météorite martienne confirment une solution donnée au paradoxe du jeune Soleil faible.

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Northwest Africa 7034 et Northwest Africa 7533 sont deux fragments d'une météorite que l'on a retrouvée au Maroc. C'est un exemple d'une roche que l'on classifierait sur Terre parmi les brèches, c'est-à-dire des assemblages soudés de fragments de différentes origines. Elle est plus connue sous le nom de « Black Beauty ». Outre son aspect esthétique, elle fascine parce qu'elle fait partie des presque 200 météorites martiennes connues de la noosphère. Elles se répartissent pour l'essentiel entre trois grandes classes appelées du nom des villages à proximité desquels des Hommes ont assisté à leur chute. Il y a ainsi eu la chute observée près du village français de Chassigny en 1815, celle de Shergotty en Inde (1865) et celle de Nakhla en Égypte (1911).

Black Beauty est tout de même atypique au regard de ce classement. Par contre, son origine est la même, c'est-à-dire l'impact d'un petit corps céleste assez puissant pour éjecter dans l'espace des fragments de Mars portant ces roches. Une des raisons qui fait que nous savons qu'elles viennent très probablement de la Planète rouge, et pas de la surface d'un astéroïde qui aurait subi le même sort, c'est que l'on a trouvé des bulles de gaz piégées dans des fragments de certaines de ces familles de météorites dont la composition était proche de celle de l'atmosphère martienne connue depuis les missions Viking.

Une météorite datant du Noachien martien

L'âge de Black Beauty est estimé à 4,4 milliards d'années, ce qui en fait la plus ancienne météorite martienne découverte à ce jour. Pour la petite histoire, Northwest Africa 7533, alias NWA 7533, a été découvert par le chasseur de météorites Luc Labenne chez qui on peut se procurer à des prix dérisoires des fragments de météorites martiennes et lunaires sur son site Météorites et Bijoux (il existe deux adresses incontournables en France pour se procurer des météorites, la seconde est celle de Carion Minéraux‎).

La météorite martienne NWA 7533, surnommée « Black Beauty ». © Luc Labenne

NWA 7533 a fait l'objet récemment d'une publication dans Science Advances par une équipe scientifique internationale menée par les cosmochimistes et les planétologues français de l'IPGP, du CNRS et de l'Université de Paris, Zhengbin Deng, March Chaussidon et Frederic Moynier. Elle jette une lumière nouvelle dans le débat portant sur l'existence d'importantes quantités d'eau liquide pouvant former un océan au tout début de l'histoire de Mars, il y a au moins 4 milliards d'années. On est alors en plein Noachien, la première des trois époques de l'histoire de la géologie martienne qui débute avec la naissance de Mars et se termine aux alentours de 3,7 à 3,5 milliards d'années. L'Hespérien lui succède, ce qui veut dire qu'en gros ces deux époques sont comparables à l'Hadéen et à l'Archéen sur Terre.

Rappelons que les missions Apollo avec la datation des échantillons de roches lunaires, et donc des terrains où ils ont été prélevés, a permis l'établissement d'une méthode de détermination des âges des régions sur d'autres planètes en fonction de leur taux de cratérisation. Ce taux décroît exponentiellement avec le temps depuis la naissance du Système solaire de sorte que des surfaces très cratérisées sont anciennes et inversement.

Or, les missions martiennes depuis les sondes Mariner 9 et Viking nous ont fourni des images en abondance montrant la présence et l'action de l'eau liquide pendant le Noachien sur Mars, de sorte que tout comme dans le cas de la Terre pendant ses premiers milliards d'années, les planétologues sont confrontés au paradoxe du « jeune Soleil faible ».

Cette impression d'artiste montre à quoi ressemblait Mars il y a environ quatre milliards d’années. La jeune Planète rouge aurait eu suffisamment d'eau pour couvrir toute sa surface d'une couche liquide d'environ 140 mètres de profondeur, mais il est plus probable que cette eau se serait accumulée pour former un océan occupant près de la moitié de l'hémisphère nord de Mars, atteignant dans certaines régions des profondeurs supérieures à 1,6 kilomètre. © ESO, M. Kornmesser, N. Risingerde

L'effet de serre, la clé du paradoxe du jeune Soleil faible ?

C'est Carl Sagan, encore un parfait inconnu en 1972, qui a pris conscience du problème à ce moment-là avec son collègue George Mullen, alors qu'il n'a pas encore lancé le message d’Arecibo avec Franck Drake et bien qu'il soit déjà à l'origine cette année-là de la plaque de Pioneer. Sa série télévisée Cosmos, désormais mondialement célèbre, n'existe pas encore mais Sagan et Mullen font remarquer dans la publication que l'on peut considérer comme l'acte de naissance du paradoxe du jeune Soleil faible, que selon la théorie de l'évolution stellaire, le Soleil devait être de 20 à 30 % moins lumineux pendant l'Archéen, plus précisément il y a plus de 3,5 milliards d'années. Or, si tel était bien le cas, la zone d’habitabilité autour de notre étoile devait être différente.

Plus précisément également, cela implique que la Terre était trop loin du Soleil pour que de l'eau liquide existe à sa surface et cela doit donc être d'autant plus vrai dans le cas de Mars. Néanmoins, il existe des preuves encore plus indéniables que dans le cas de Mars de la présence de cette eau sous forme d'océans sur Terre.

« La géochimie et la cosmochimie, c'est l'étude des éléments chimiques pour comprendre l'histoire de la Terre et des planètes... ». Entretiens avec Manuel Moreira, professeur à l'Université Paris Diderot, et des membres de son équipe il y a 8 ans. © Chaîne IPGP

Dans les deux cas, on peut tenter de résoudre le paradoxe en faisant intervenir un effet de serre. Ainsi, dans le cas de Mars, son atmosphère était plus épaisse et plus dense il y a des milliards d'années et du gaz carbonique produit par le dégazage d'un important volcanisme avait été considéré dans les modèles planétaires développés jusqu'à présent.

Comme le montre maintenant les cosmochimistes de l'Université de Paris, de l'IPGP et du CNRS avec leurs collègues des universités de Bretagne Occidentale, de Copenhague et de Tokyo, l'étude de NWA 7533 permet de renouveler les perspectives sur ces modèles.

Pour cela, les chercheurs ont mobilisé de nouveaux outils chimiques et isotopiques développés à l'Institut de physique du globe de Paris en déterminant en particulier, pour la première fois, les abondances isotopiques du titane dans Black Beauty, et également celles d'isotopes de l'oxygène contenu dans les différentes inclusions de la météorite martienne.

NWA 7533 témoigne de processus de chauffage liés aux puissants impacts sur Mars il y a 4,4 milliards d'années et qui ont produit les fragments de roches incorporés ensuite dans la brèche. Mais surtout, d'une évolution de l'oxydation de ces fragments au cours du temps qui implique que ce processus n'a pu se produire qu'en présence d'eau. Or, et c'est cela qui est intéressant et important, ce résultat suggère que l'importante oxydation de la croûte martienne par de l'eau se serait accompagné d'une importante libération d'hydrogène moléculaire (H2) dans l'atmosphère de Mars.

Les calculs montrent alors que cet hydrogène, en combinaison avec une atmosphère épaisse de CO2 - comme ce devait être le cas au début de l'histoire de Mars - aurait bel et bien produit un effet de serre entraînant un réchauffement de la surface de la Planète rouge de plusieurs dizaines de degrés.

Pour reprendre les termes du communiqué de l'IPGP à propos de cette découverte : « Cette étude apporte ainsi un argument solide à l'hypothèse d'une croûte martienne primitive refondue par des impacts, ainsi qu'à celle d'un réchauffement par effet de serre permettant l'écoulement d'eau liquide sur Mars il y a plus de 4 milliards d'années ».

 

Pour en savoir plus

La météorite martienne NWA 7533 raconte la jeunesse de la Planète rouge

Article de Xavier Demeersman p

Une étude internationale de l'exceptionnelle météorite martienne NWA 7533 retrouvée en 2012 révèle les conditions qui devaient régner à la surface de la planète, 100 millions d'années seulement après sa formation. Un monde beaucoup plus hospitalier qu'aujourd'hui.

La météorite martienne a parlé. Une équipe internationale de scientifiques à laquelle est associé le Muséum national d'histoire naturelle a réussi à percer les secrets de NWA 7533. Du moins partiellement, car comme le raconte le professeur Munir Humayun (université d'État de Floride) qui a dirigé cette étude publiée dans le numéro du 20 novembre de la revue Nature« c'est un peu comme ouvrir un coffre aux trésors ; cela peut prendre un certain temps avant de trouver les plus beaux trésors, mais ils se cachent à profusion dans cette météorite ».

Trouvée en juin 2012 dans le désert du Sahara où elle s'est échouée, NWA 7533 (NWA pour Northwest Africa) fut arrachée de la croûte de Mars par un violent impact. Pour l'heure, il est difficile pour les scientifiques de déterminer avec précision de quel cratère elle provient, mais la datation de la cristallisation des zircons qu'elle renferme révèle un âge de 4,4 milliards d'années. Cela traduit une solidification de la croûte martienne précoce, contemporaine à celle de la Terre et de la Lune, comme en témoignent les plus anciens échantillons de roches retrouvés sur notre planète ou rapportés de notre satellite naturel par les missions Apollo, dont les caractéristiques sont proches.

Photographie de la surface de Mars après 100 millions d’années

Des 68 météorites martiennes retrouvées sur Terre, NWA 7533 (84 g pour 4 cm) est la première à présenter des zircons formés dans la croûte de la Planète rouge. La première qui reflète les conditions qui régnaient à sa surface quelque 100 millions d'années seulement après sa formation.

Surnommée Black Beauty (beauté noire), la météorite NWA 7034 trouvée en 2011 aurait la même origine que la météorite NWA 7533 découverte dans la même région. © Nasa.

Sa composition chimique, par ailleurs proche de celle des roches basaltiques de la région du cratère Gusev étudiées in situ par le rover Spirit, donne aux chercheurs des indices sur sa province d'origine. En effet, elle regorge de nickel, d'osmium et d'iridium, des éléments dits sidérophiles, habituellement rares en surface pour avoir migré vers le noyau. Leur abondance trahit un apport météoritique important, fruit de bombardements intensifs comme en a connus la Planète rouge. Et justement, beaucoup de ces cratères d'impact demeurent visibles dans l'hémisphère sud de Mars, en l'absence d'érosion.NWA 7533 et Black Beauty, des météorites sœurs

À défaut de disposer d'échantillons de roches ramenés sur Terre par une mission spatiale dédiée, les chercheurs profitent de ces pièces exceptionnelles du puzzle de l'histoire géologique de notre voisine. « Finalement, nous avons des échantillons des hautes terres martiennes, cette partie de Mars qui détient les secrets de sa naissance et de son développement primordial », explique le directeur de cette étude. « C'est la partie de son histoire où les océans et l'atmosphère se sont développés », un âge aussi où les conditions d'habitabilité étaient réunies.

Retrouvée quelques mois auparavant dans le même secteur de Bir Anzarane au Maroc, la météorite NWA 7034 (320 g), surnommée Black Beauty (beauté noire) par les États-Uniens qui l'ont étudiée, est sans aucun doute un fragment de la même roche martienne, séparé lors de la chute dans l'atmosphère terrestre. Considéré comme exceptionnel, son âge a d'abord été estimé à 2,1 milliards d'années. Les grandes quantités d'eau que renferme cette roche d'origine volcanique la différencient de n'importe quelle autre météorite issue de Mars, d'âge plus récent. Son origine serait à chercher dans les roches riches en eau de la croûte martienne au cours de cette première période de son histoire

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