L’analyse des roches formant le fond du cratère Jezero se précise. De nouvelles études viennent de mettre en évidence trois épisodes d’altération par l’eau, mais qui témoignent cependant de conditions bien particulières qui auraient pu mettre au défi le développement de la vie martienne.

Cela vous intéressera aussi

[EN VIDÉO] Perseverance, à la recherche de la vie sur Mars Perseverance, c’est ainsi que la Nasa a décidé de baptiser le rover qu’elle enverra vers Mars en cet été 2020. Un rover dont les chercheurs attendent beaucoup. Il sera le premier à prélever des échantillons de roches destinés à être ramenés sur Terre. Objectif : trouver des traces d’une vie microbienne.

Le cratère Jezero a été sélectionné comme lieu de la mission PerseverancePerseverance en raison des nombreux indices, visibles depuis l’orbite, qui laissaient suggérer que cette dépression ait un jour accueilli un lac. Et effectivement, le roverrover a rapidement apporté la preuve de l'existence d'anciens dépôts deltaïques au niveau d'un petit canal s'ouvrant dans le flanc ouest du cratère. Or, qui dit delta dit eau liquide. Et qui dit eau liquideliquide, dit potentielles traces de vie. Jezero s'avère donc être un endroit plus qu'approprié pour la recherche de biosignatures.

Un delta, des roches magmatiques, mais pas de sédiments lacustres

C'est donc tout l'environnement passé du cratère que tentent de reconstruire les scientifiques, en se basant sur les analyses réalisées par le rover Perseverance. En premier lieu, les images obtenues par la caméra Mastcam-Z, qui permettent d'obtenir des détails inédits sur la texturetexture, la morphologiemorphologie et la stratigraphie des roches composant le fond du cratère. Comme décrit dans un précédent article (plus bas), les données suggèrent que le sol du cratère est formé de roches magmatiquesroches magmatiques de différentes origines. Par contre, ces roches ne montrent qu'une très légère altération par l'eau. Une observation qui n'est pas en faveur de l'existence d'un lac pérenne dans le cratère. De plus, aucune trace de sédimentationsédimentation lacustre n'a été retrouvée au-dessus de ces roches magmatiques, du moins dans les zones explorées par le rover. Voilà qui pose question sur la succession d'événements qui se sont déroulés dans cette région de Mars.

Roches typiques représentant la formation de Máaz dans le fond du cratère Jezero, suspecté d'avoir été produite par des coulées de lave. © Bell et al. 2022, <em>Science Advances</em>, CC by-nc 4.0
Roches typiques représentant la formation de Máaz dans le fond du cratère Jezero, suspecté d'avoir été produite par des coulées de lave. © Bell et al. 2022, Science Advances, CC by-nc 4.0

Deux formations géologiques différentes ont été identifiées par Perseverance : la formation de Séítah et celle de Máaz. Les nouveaux résultats, publiés dans Science Advances, permettent de confirmer que la formation de Séítah représente un cumulat magmatique riche en olivine. Il s'agit de roches qui se sont formées dans le fond d'une chambre magmatiquechambre magmatique, en profondeur, durant un lent refroidissement du magmamagma. Par contre, la formation de Máaz serait le résultat de coulées de lavelave en surface, bien que l'hypothèse de dépôts liés à un impact météoritique ne puisse être totalement écartée.

Trois épisodes distincts d’altération par l’eau

Deux processus sont avancés pour expliquer l'absence de sédimentssédiments lacustres. Il est possible qu'ils aient été soit ensevelis sous les roches volcaniquesroches volcaniques ou les impactites, soit érodés par le ventvent. Cependant, l'observation plus détaillée des minérauxminéraux formant les roches de Séítah montre que les grains d'olivineolivine ont bien été altérés par une circulation de fluide en profondeur. Néanmoins, la faible proportion d'olivine altérée reflète certainement une interaction eau-roche à relativement basse température (bien en dessous de 200 °C, ce qui est peu pour des fluides hydrothermaux) ou sur une duréedurée très limitée, avec un faible volumevolume d'eau, voire les deux. Dans un second article publié lui aussi dans Science Advances, les scientifiques estiment donc que l'eau impliquée dans l'altération de l'olivine se serait infiltrée depuis la surface ou à partir d'un aquifèreaquifère.

L'analyse minéralogique montre cependant que les roches ont subi une seconde phase d'altération, avec notamment le dépôt de sulfates riches en magnésium et en calciumcalcium à l'intérieur des pores de la roche magmatique. Une troisième phase d'altération est ensuite intervenue, avec cette fois-ci un enrichissement des roches en chlorechlore (Cl). Chacune de ces trois phases décrit une étape de mise en contact entre les roches et de l'eau liquide, même si la quantité d'eau mise en jeu semble avoir été relativement faible. Il n'empêche, chaque étape a pu être l'occasion de produire des molécules organiques, qu'elles soient d'origine biologique ou non.

Le problème de la source d’énergie

Mais les choses se compliquent pour l'apparition de la vie dans un tel environnement. Car l'analyse chimique des roches suggère que les réactions d'altération qui se sont jouées durant la première phase ont relâché très peu de H2, un gazgaz qui résulte de la réduction de l'eau (H2O) par le ferfer Fe(II). Or, la production de H2 et de Fe(III) représente une source d'énergieénergie qui sur Terre est utilisée par les communautés microbiennes présentes dans le sous-sol pour se développer, ou pour alimenter des réactions de synthèse d'éléments organiques abiotiqueabiotique (non liées au vivant).

En l'absence d'une telle source d'énergie dans le sous-sol martien, le développement de molécules organiques se complique considérablement. Si présente, la vie microbienne aurait donc sans doute été plutôt clairsemée. Il ne faut pas exclure cependant l'existence d'une autre source d'énergie, encore non identifiée. Dans tous les cas, l'apport d'eau semble avoir été plutôt faible et épisodique, impliquant une habitabilité limitée et sporadique durant cette première phase d'altération.

Des quantités d’eau relativement limitées et intermittentes

Il n'est malheureusement pas possible (pour l'instant) de dater ces différentes phases d'altération, ni le temps qui s'est écoulé entre chacune. Cependant, le fait que les formations géologiques de Séítah et de Máaz soient toutes deux affectées par la deuxième phase d'altération suggère que la source des fluides était plus récente que la mise en place des roches de ces deux unités. Cette deuxième phase d'altération est marquée par la précipitation de sulfates. Pour les chercheurs, les fluides à l'origine de cette altération étaient probablement du type saumuresaumure. À la place d'un lac d'eau douceeau douce et cristalline, il faut donc imaginer plutôt le cratère Jezero abritant une poche peu profonde d'eau très concentrée en sels minéraux, en lien avec une évaporation intense ou l'action du gelgel.

Paysage de la mer Morte en Israël. Faut-il imaginer le lac du cratère Jezero sous cette forme ? © Redhead_Orti, Pixabay
Paysage de la mer Morte en Israël. Faut-il imaginer le lac du cratère Jezero sous cette forme ? © Redhead_Orti, Pixabay

Cependant, l'absence d'évaporitesévaporites en surface suggère que le niveau de saumure devait se situer en subsurface, dans la zone vadose, la surface du cratère restant potentiellement asséchée. Ici encore, la présence de sels suggère que si vie bactérienne il y a eu, il s'agissait alors d'organismes extrémophiles, capables de s'adapter à de très fortes concentrations en sels. Ce genre de bactériesbactéries existe sur Terre et il est naturel d'envisager leur existence à un moment donné dans le sous-sol de Mars. Du matériel organique a d'ailleurs été identifié dans les roches de la formation Séítah par l’instrument Sherloc, en association avec ces sulfates. Ces résultats apparaissent dans un troisième article publié dans Science. Il est pour l'instant impossible de détailler si ces molécules organiques sont d'origine biologique ou non, mais il est envisageable, pour les auteurs, que ces molécules reflètent la production de communautés bactériennes présentes dans le sous-sol du cratère Jezero lors de ce deuxième épisode d'altération. Il pourrait s'agir d'organismes chimiotrophes, qui obtiennent leur énergie lors de certaines réactions chimiquesréactions chimiques de leur environnement. Ces échantillons sont donc particulièrement précieux et leur arrivée sur Terre grâce à la mission Mars Sample Return attendue avec impatience.  

Les différentes phases d'altération des roches magmatiques formant le fond du cratère Jezero. A : Mise en place des roches. B : Première phase d'altération avec transformation de certaines olivines en carbonates. C : Deuxième phase d'altération avec précipitation de sulfates entre les grains. D : Troisième phase d'altération avec enrichissement en chlore. © Tice et al. 2022, <em>Science Advances</em>, CC by-nc 4.0
Les différentes phases d'altération des roches magmatiques formant le fond du cratère Jezero. A : Mise en place des roches. B : Première phase d'altération avec transformation de certaines olivines en carbonates. C : Deuxième phase d'altération avec précipitation de sulfates entre les grains. D : Troisième phase d'altération avec enrichissement en chlore. © Tice et al. 2022, Science Advances, CC by-nc 4.0

La troisième phase d'altération, impliquant un enrichissement en Cl, suggère encore une fois un épisode impliquant de faibles quantités d'eau, peut-être en conditions gelées.

Le problème d’un échantillonnage très limité

Les chercheurs concluent cependant que ces résultats ne sont issus que de données extrêmement localisées et qu'il est pour l'instant difficile de les généraliser à l'ensemble du cratère Jezero. Une problématique récurrente avec ce genre d'étude où les échantillonnages sont tout de même extrêmement limités. Trois hypothèses pourraient donc expliquer ces résultats : soit le lieu étudié présentait des conditions particulières qui ont empêché une altération plus poussée par l'eau, comme la présence d'une couche imperméable aujourd'hui érodée, soit le lac dans son ensemble n'a en effet connu que des événements très épisodiques d'arrivées d'eau dans des conditions environnementales froides, l'eau sous forme gelée limitant les interactions avec la roche, soit les roches magmatiques étudiées ont été mises en place après la phase principale d'activité du lac et la formation du deltadelta.

Si les événements se précisent pas à pas, il est pour l'instant encore impossible de clairement valider l'une de ces hypothèses.


Mars : des découvertes intrigantes sur le passé du cratère où s'est posé Perseverance

Avec l'aide du rover Perseverance, Mars continue de nous révéler ses secrets et en particulier ceux du cratère Jezero que le rover arpente maintenant depuis 18 mois. Les toutes dernières données de roches prélevées par le rover permettent en effet d'y voir un peu plus clair sur l'histoire géologique de cet ancien lac. De quoi patienter en attendant le retour sur Terre des échantillons en 2033.

Article de Morgane GillardMorgane Gillard publié le 31 août 2022

L'arrivée du rover Perseverance sur Mars, qui est venu complémenter les instruments déjà sur place comme le rover Curiosity ou la station sismologique InSight, a permis d'explorer un nouvel environnement martien : le cratère Jezero.

Les premières observations ont d'ailleurs rapidement permis d'établir que ce cratère était autrefois occupé par un vaste lac, alimenté par une rivière formant un delta. Le site est donc particulièrement approprié pour étudier le passé hydrique de la Planète rouge et rechercher de potentielles traces de vie. Ces thématiques nécessitent cependant d'étudier finement la géologiegéologie du lieu : nature des roches, minéralogie, architecture sédimentaire témoignant des épisodes et des conditions lacustres, volcanismevolcanisme...

En attendant le retour d'échantillons sur Terre, une opération qui n’est prévue qu’à l’horizon 2033, les analyses vont cependant bon train à partir des données relayées par le rover. Quatre nouvelles études viennent d'ailleurs d'être publiées de concert et détaillent la nature du sol et du sous-sol du cratère Jezero.

Selfie de Perseverance dans le cratère Jezero. © Nasa, JPL-Caltech, MSSS
Selfie de Perseverance dans le cratère Jezero. © Nasa, JPL-Caltech, MSSS

Le fond du cratère Jezero est composé de roches magmatiques d’origine profonde

Au cours de son périple au cœur de l'ancien lac, le rover Perseverance a en effet effectué plusieurs analyses de roches formant le fond du cratère. Alors que tout le monde s'attendait à trouver des roches sédimentairesroches sédimentaires déposées au fond du lac ou des roches volcaniques, comme d'anciennes coulées de lave, les données ont révélé que le sol du cratère est en réalité souvent formé de cumulats magmatiques. Retrouver ce type de roche à l'affleurementaffleurement est surprenant, car ce sont des roches dites plutoniquesplutoniques, c'est-à-dire qu'elles se forment habituellement en profondeur, généralement au cœur des chambres magmatiques ou au fond des lacs de lave. Elles résultent en effet d'un refroidissement lent du magma. Les cristaux qui se forment au fur et à mesure que la température diminue vont progressivement se déposer dans le fond du réservoir de magma et s'accumuler pour donner naissance à une roche stratifiée.

Dans les deux cas, la présence de ce type de roche à l'affleurement dans le fond du cratère ne peut cependant signifier qu'une chose : tout le matériel qui les recouvrait a été supprimé par le lent processus de l'érosion au fil des milliards d'années. On parle tout de même d'une épaisseur de roche de plusieurs centaines de mètres d'épaisseur ! Ces résultats ont été publiés dans la revue Science sous le titre An olivine cumulate outcrop on the floor of Jezero crater, Mars ainsi que dans l'article Compositionnaly and density stratified igneous terrain in Jezero crater, Mars paru dans Science Advances.

Détail des roches échantillonnées par Perseverance sur les sites de Séitah et Maaz, à l'intérieur du cratère Jezero. © Wiens et al. 2022, <em>Science Advances</em>, CC by-nc 4.0
Détail des roches échantillonnées par Perseverance sur les sites de Séitah et Maaz, à l'intérieur du cratère Jezero. © Wiens et al. 2022, Science Advances, CC by-nc 4.0

Cette stratificationstratification du sous-sol du cratère Jezero a été confirmée par les images radar effectuées par Perseverance. L'instrument embarqué par le rover a en effet permis d'imager le sous-sol sur une profondeur de 15 mètres environ, révélant une architecture très stratifiée, qui peut être expliquée par l'origine magmatique des roches, mais également par la présence de dépôts sédimentaires lacustres. Ces résultats sont présentés dans l'article Ground penetrating radar observations of subsurface structures in the floor of Jezero crater, Mars, publié dans la revue Science Advances.

Une chose est sûre, les roches analysées par le rover sont les témoins d'un épisode magmatique antérieur à la formation du delta de Jezero. Elles pourraient donc permettre de donner une limite d'âge inférieure pour cette formation sédimentaire.

Le cratère Jezero, vu par la sonde Mars Express de l'Agence spatiale et la localisation des différents éléments du rover Perseverance sur une carte acquise par la sonde <em>Mars Reconnaissance Orbiter</em> de la Nasa. On voit très bien la formation sédimentaire du delta. © ESA/DLR/FU-Berlin et Nasa-JPL
Le cratère Jezero, vu par la sonde Mars Express de l'Agence spatiale et la localisation des différents éléments du rover Perseverance sur une carte acquise par la sonde Mars Reconnaissance Orbiter de la Nasa. On voit très bien la formation sédimentaire du delta. © ESA/DLR/FU-Berlin et Nasa-JPL

Différentes traces d’altération par l’eau

Leur découverte est doublement intéressante puisque ces roches portent également des traces d'altération par l'eau. Les roches magmatiques étant particulièrement faciles à dater, les échantillons prélevés par Perseverance pourraient ainsi permettre d'établir une chronologie précise des différents événements hydriques du site et en particulier de dater la formation du lac. Cette donnée est l'un des éléments clés permettant de mieux comprendre l'évolution du climatclimat martien. L'étude de ces roches pourrait donc permettre de savoir précisément quand le climat de la planète a permis l'établissement d'un système hydrique en surface et à quel moment la situation a dramatiquement évolué vers les conditions froides et arides que nous observons aujourd'hui.

Perseverance n'est cependant pas en mesure d'effectuer de telles datations. Il faudra donc attendre patiemment le retour des échantillons sur Terre. Grâce aux instruments embarqués par le rover, l'étude détaillée des cumulats présents au fond du cratère est cependant possible. Leur analyse minéralogique montre qu'ils sont composés de petits cristaux intriqués d'olivine et de pyroxène, témoignant d'une cristallisation lente. Mais ce qui intéresse le plus les spécialistes, ce sont les traces d'altération par l'eau. Les différents échantillons prélevés par Perseverance en différents points du cratère semblent en effet avoir été altérés de différentes manières.

Les roches du site Máaz contiennent dans leurs pores des minéraux qui se seraient formés à partir d'une eau saumâtreeau saumâtre, très salée. À l'inverse, les roches provenant du site de Séitah présentent des traces de réaction avec une eau riche en carbonates. Les deux échantillons témoignent donc d'une évolution des conditions lacustres au cours du temps, qui peut être en lien avec une évolution climatique. Une fois encore, il faudra attendre le retour des échantillons sur Terre pour pouvoir dater précisément ces différentes étapes et établir leur chronologie. Le détail de l'analyse est disponible dans l'article Aqueously altered igneous rocks sampled on the floor of Jezero crater, Mars, publié dans Science.

Le trajet suivi par Perseverance depuis son atterrissage en février 2021. Les points rouges indiquent où les échantillons ont été prélevés (sites Séitah et Maaz). Le rover se trouve aujourd'hui au niveau du delta. © Nasa
Le trajet suivi par Perseverance depuis son atterrissage en février 2021. Les points rouges indiquent où les échantillons ont été prélevés (sites Séitah et Maaz). Le rover se trouve aujourd'hui au niveau du delta. © Nasa

La faible abondance des minéraux issus de l'altération des roches magmatiques suggère cependant que la période d'existence du lac a été relativement brève.

De précieux échantillons

En dehors du cas très local de Jezero, l'étude plus détaillée des cumulats riches en olivine pourrait permettre de mieux comprendre l'activité magmatique de Mars. Combinée à l'imagerie satellite, les données rapportées par Perseverance pourraient donc aider à dresser un tableau à plus grande échelle de l'histoire magmatique de la planète.

On comprend mieux la valeur des échantillons prélevés par Perseverance et les précautions prises par les scientifiques en charge de la mission pour assurer leur sauvegardesauvegarde et leur arrivée sur Terre dans 11 ans. Sur chacun des quatre sites étudiés, les échantillons prélevés ont été dupliqués. Ces doubles vont être entreposés sur un site de secours à proximité du delta au cas où les échantillons gardés par Perseverance ne puissent être récupérés, à cause d'une panne mécanique par exemple. Sur ce site seront également stockés les échantillons de roches sédimentaires récemment collectées par le rover au niveau du delta. De nouveaux prélèvements qui devraient, eux aussi, nous livrer de précieuses informations sur le passé de Mars.