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L'eau sur Mars : comment a-t-elle disparu ?

Dossier - L'eau liquide, source de vie dans l’Univers
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En tant que source de toute vie sur Terre, l’eau fascine : il suffit d’entendre les annonces concernant la « découverte » d’eau sur la Lune ou sur Mars, sans cesse renouvelées dans les médias, pour s’en convaincre. Alors, l'eau est-elle abondante dans l'Univers ?

  
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L'exemple de Mars est intéressant, car l'eau liquide a existé à sa surface au début de son Histoire, avant de disparaître assez rapidement : qu'est-ce qui pourrait expliquer une telle évolution divergente par rapport à la Terre ?

Vue d'artiste de Mars terraformée. La vue est centrée sur Valles Marineris. © Daein Ballard, Wikimedia commons, CC by-sa 3.0

Disparition de l'eau sur Mars : une trop faible taille

Si la proximité de Vénus au Soleil explique à elle seule les différences par rapport à la Terre, en revanche l'éloignement de Mars n'a joué pratiquement aucun rôle. En fait, c'est la faible taille de Mars qui est la seule responsable.

Tout d'abord, la faible gravité martienne n'a pas pu retenir le diazote présent initialement dans son atmosphère, qui s'est définitivement échappé. D'autre part, un petit corps possède un rapport entre sa surface et son volume plus élevé. Or une planète possède de l'énergie dans son volume et la rayonne dans l'espace par sa surface : étant plus petite, Mars a perdu plus rapidement son énergie interne. En se refroidissant, son noyau initialement liquide est devenu solide.

De l’eau a coulé à la surface de Mars. Des traces de ruissellements et des analyses en témoignent. Mais comment cette eau a-t-elle pu disparaître ? Comment cette planète est-elle devenue le monde désertique que nous connaissons actuellement ? Discovery Science nous propose une réponse en vidéo. © Discovery Science

Cela a entraîné deux conséquences : tout d'abord, la disparition du champ magnétique martien, qui était lié à la rotation du noyau conducteur liquide. La protection du champ magnétique contre le vent solaire a disparu, et « l'érosion » de l'atmosphère s'est accentuée. D'autre part, le volcanisme a diminué d'intensité, faute d'énergie à évacuer. Or ce volcanisme libérait une grande quantité de gaz, notamment le dioxyde de carbone : là encore, cela a contribué à appauvrir l'atmosphère.

Finalement, que s'est-il passé ? Le diazote s'étant intégralement enfui, il ne restait plus que le dioxyde de carbone dans l'atmosphère. Or celui-ci tend à se dissoudre dans l'eau liquide et à se déposer au fond des étendues d'eau sous forme de carbonates. Sur Terre, la production de dioxyde de carbone par le volcanisme a compensé sa perte par dissolution dans les océans. Mais sur Mars, le mécanisme de perte n'était plus compensé par le mécanisme de création : la pression atmosphérique a donc diminué rapidement.

La planète Mars. La surface de Mars possédait de l’eau liquide au début de son Histoire, peut-être même sous forme d’océans. Mais du fait de la faible taille de Mars, la majeure partie de cette eau s’est enfuie définitivement depuis cette époque. © DR

L'évaporation de l'eau martienne

Or, plus la pression est basse, plus l'état liquide a du mal à se maintenir : l'eau martienne a donc commencé à passer en partie sous forme vapeur. Les radiations solaires se sont aussitôt chargées de casser les molécules d'eau dans la haute atmosphère et de les expulser définitivement dans l'espace.

Ainsi Mars a-t-elle perdu une grande partie de son eau. La diminution du dioxyde de carbone atmosphérique a cessé dès qu'il n'y a plus eu d'eau liquide à la surface, c'est-à-dire dès que la pression est passée sous la limite fatidique des 6 mbar. De fait, la pression actuelle sur Mars, presque exclusivement due au dioxyde de carbone, est précisément de 6 mbar ! On voit que cette pression n'est sans doute pas un hasard...

La glace d’eau dans le sol martien. Une petite quantité d’eau subsiste sous forme de glace dans le sol. Dès qu’elle est exposée au Soleil, elle se transforme en vapeur, ce qui est visible entre les photos de gauche et de droite. © DR

De l'eau martienne préservée

Aujourd'hui, un peu d'eau s'est préservée sous forme de glace dans le sol martien et au niveau des calottes polaires ; mais la quantité d'eau actuelle fait sans doute pâle figure devant celle qui devait couler à la surface au début de son Histoire...

La Nasa a annoncé en septembre 2015 avoir découvert la présence d’eau liquide sur Mars. Cette affirmation est appuyée par un phénomène étrange intervenant durant l’été martien. Le Cnes a interviewé Francis Rocard, responsable des programmes d’exploration du Système solaire, afin d’en savoir plus. © Cnes

Finalement, on voit que l'emplacement de Mars est tout aussi favorable à l'existence de l'eau liquide que l'emplacement de la Terre. Si Mars avait été aussi grosse que la Terre, elle aurait certainement possédé des océans d'eau liquide. Et si la Terre avait été aussi petite que Mars, elle serait assurément un corps totalement desséché et démuni d'atmosphère...

Cela signifie qu'au sein d'un même système planétaire, la présence de plusieurs planètes possédant des océans d'eau liquide est parfaitement envisageable.