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Traces d'eau à la surface de Mars

L'hématite (II)

La grande région de Terra Meridiani (3°S à 0°N de latitude et 352°E à 1°E de longitude) s'étend sur des milliers de kilomètres dans la région équatoriale de Mars. C'est une zone rocheuse qui peut être comparée aux terres de l'Utah ou du nord de l'Arizona. Ce patchwork de régions claires et sombres semble avoir subit tous les phénomènes météorologiques et géologiques : du volcanisme, de la sédimentation, l'érosion par les vents, et elle dû faire partie de l'écorce historique primitive de Mars. Mais elle est remarquablement exempte de cratères ce qui intrigua les scientifiques se demandant quelle force avait pu former cette région ? La relative absence de cratères d'impacts récents laisse à penser que cette région est relativement jeune.

A gauche, un exemple typique de sphérules ressemblant à des myrtilles découvertes par Opportunity dans une dépression sur le site de Meridiani Planum le 11 mars 2004. A droite, des concrétions amalgamées. Il s'agirait de structures minérales formées par percolation d'eau à travers des roches poreuses. Documents NASA/JPL/Cornell.

Plus intéressant encore, Terra Meridiani est riche d'un minerai cristallin gris, l'hématite. Considéré comme l'une des découvertes majeures de la mission Mars Global Surveyor, l'hématite se concentre principalement autour de Terra Meridiani. Sur Terre, l'hématite est presque toujours associée à de l'eau ayant filtrée à travers le sol lui donnant ces proportions uniques de matière cristalline. Mais dans certains échantillons terrestres (Chili et Mexique), des fluides riches en fer peuvent également donner naissance à des dépôts similaires à ceux découverts sur Mars, même en l'absence d'eau. Selon Brian Hynek de l'Université Washington à St Louis, ce minerai a pu se former par oxydation (rouille) des flots de lave, suivi d'une précipitation et d'une sédimentation par des flots fluides beaucoup plus tard.

Ce n'est que lorsque Opportunity commença à gravir les parois du cratère Eagle dans lequel il se posa qu'il put explorer les champs d'hématite, dont voici l'analyse spectrale, qui avaient attiré les scientifiques dans Meridiani planum. L'équipe de MER espère toujours découvrir si l'hématite, qui est plus jeune que l'affleurement, a également une "histoire d'eau" à nous raconter, et quelle peut être sa relation avec la Corniche d'Opportunity.

A lire : Mineral in Mars 'Berries' Adds to Water Story, NASA, 2004

Des champs de sphérules riches en hématite (de l'oxyde de fer) incrustées dans la roche martienne comme des myrtilles découverts par Opportunity sur son site d'atterrissage dans le cratère Eagle (gauche) et près du cratère Fram (droite). Ici également, leur présence est en relation avec l'histoire de l'eau sur Mars. Lire aussi Astrobioloy Magazine. Au sujet des sphérules et leur interprétation, lire aussi l'avis des pseudoscientifiques. Documents NASA/JPL/Cornell.

Pour Squyres, "c'est le premier rocher que nous avons découvert en ouvrant les yeux, et il est juste à 10 mètres de l'endroit où la sonde a atterri. Or il peut y avoir de bien plus belles choses alentour. Aussi si nous prenons plaisir à travailler sur chaque centimètre de cet affleurement, nous allons également aller voir plus loin pour découvrir d'autres choses." Le 3 mai 2004, au 94e sol de la mission MER, après avoir progressé durant 6 semaines dans une morne plaine, Opportunity atteignait le versant ouest du cratère Endurance de 130 m de diamètre. Il offrait une paroi assez raide plongeant plusieurs mètres en contre-bas. Endurance est composé de la même matière que la Corniche analysée quelque temps plus tôt par Opportunity.

Le détecteur infrarouge révéla que le cratère Endurance était riche en hématite. Ses versants sont constitués de basalte, d'origine volcanique, mais qui a très bien put être réduit en grains sous l'effet de l'érosion et être redéposé ensuite par l'action du vent ou de l'eau. Enfin, les crêtes du cratère sont couvertes de poussière martienne.

Cet endroit est très intéressant à explorer car il permet d'étudier différents niveaux géologiques et de remonter certainement à plusieurs millions d'années dans le passé de Mars. Toutefois pour élaborer l'histoire géologique complète de Meridiani Planum et établir sa relation avec les autres régions martiennes, les scientifiques devront attendre les prochaines missions martiennes.

Un ancien lac dans le cratère Gale ? Erratum

En explorant les versants et la plaine du cratère Gale, aux pieds du Mont Sharp culminant à 5500 m d'altitude au centre du cratère, le rover Curiosity trouva les sites de Kimberley et de "Whale rock" que l'on voit ci-dessous. Ces deux sites présentent des roches stratifiées et des traces de sédiments.

A voir : Curiosity Rover Report (August 5, 2016): Four Years on Mars, NASA/JPL

Les roches stratifiées et comblées de sédiments sur les sites de Kimberley exploré par le rover Curiosity le 25 mars 2014 (gauche) et de "Whale rock" (droite) exploré le 2 novembre 2014 situés aux pieds du Mont Sharp culminant à 5500 m au centre du cratère Gale. Le sol est couvert de sable et de limon provenant des aérosols et non d'un ancien lac comme on l'a longtemps cru. La balance des couleurs a été établie sur une lumière blanche similaire à celle qu'on observe sur Terre. Documents NASA/JPL/MSSS.

En 2014, les géologues pensaient que toute cette région fut comblée par un lac il y a des milliards d'années. Mais des études plus approfondies réalisées par des chercheurs de l'Université de Hong Kong suggèrent plutôt que le site subit les effets d'un lessivage subaérien intense qui altéra les roches (cf. Jiacheng Liu et al., 2021).

Les chercheurs ont procédé à des mesures chimiques et des mesures de diffraction des rayons X (XRD), en plus de l'analyse des images de la texture des roches. Les résultats indiquent qu'il s'agit de dépôts sédimentaires de sable et de limon déposés sous forme d'aérosols et sculptés par le vent.

Selon les chercheurs, les minéraux altérés formés par l'interaction entre l'eau et le sable ne se sont pas produits en milieu lacustre. L'environnement "humide" représente en fait un lessivage similaire à la formation du sol sous la pluie dans une atmosphère ancienne qui était très différente de l'actuelle.

A gauche, image composite prise le 9 septembre 2015 par la MastCam du rover Curiosity montrant des couches de roches sédimentaires sur le Mont Sharp situé au centre du cratère Gale. La crête située à l'avant-plan se situe à 3 km de distance. Elle contient de l'hématite et de l'oxyde de fer, autrement dit Mars rouille. L'analyse des roches permet de comprendre comment elles se sont formées à différents niveaux et donc à différentes époques. A droite, image composite du Mont Mercou, une butte de 7 m de haut (à l'avant-plan) située sur les flancs du Mont Sharp, photographiée par le rover Curiosity le 5 mars 2021, au sol 3049. A l'arrière-plan, quelques belles falaises. Image traitée par l'auteur. Voir aussi cette photo des nuages au-dessus du Mont Mercou prise le 19 mars 2021. Documents NASA/JPL Photojournal et NASA/JPL/MSL/T.Lombry.

Selon Joseph R. Michalski, coauteur de cette étude, "Jiacheng a mis en évidence des processus chimiques très importants dans les roches, qui ne peuvent pas être expliqués dans le contexte d'un environnement lacustre. Le point clé est que certains éléments sont mobiles, ou faciles à dissoudre dans l'eau, et certains éléments sont immobiles, ou en d'autres termes, ils restent dans les roches. Qu'un élément soit mobile ou immobile dépend non seulement du type d'élément mais aussi des propriétés du fluide. Le fluide était-il acide, salin, oxydant, etc ? Les résultats de Jiacheng montrent que les éléments immobiles sont corrélés les uns aux autres et fortement enrichis à des altitudes plus élevées dans le profil rocheux. Cela indique une altération descendante comme on le constate dans les sols. De plus, il a montré que le fer s'épuise à mesure que l'altération augmente, ce qui signifie qu'à l'époque l'atmosphère martienne était réductrice et n'était pas encore en train d'oxyder la planète rouillée qu'on observe aujourd'hui".

Nous verrons plus loin que d'autres sites supposés abriter des lacs souterrains ne contiendraient en fait que de l'argile.

De l'argile à Aberlady et Kilmarie

Grâce aux forages de Curiosity, en 2019 les planétologues de la NASA confirmèrent la découverte d'une zone argileuse dans les zones rocheuses appelées "Aberlady" et "Kilmarie". Comme on le voit ci-dessous, les deux sites de forage apparaissent dans un selfie pris par le rover le 12 mai 2019, au 2405e sol ou jour martien de la mission.

Cette région riche en argile fut d'abord détectée par les orbiters avant la mission de Curiosity en 2012. Elle se situe sur le flanc du Mont Sharp, dans le cratère Gale. Curiosity a donc exploré les flancs de ce mont pour vérifier s'il disposait jadis des conditions nécessaires au développement de la vie.

L'argile se forme souvent dans l'eau, d'où sa présence conjointe sur Terre avec des traces ou des formes de vie élémentaires. Deux forages furent effectués au Sol 2370 (Aberlady) et au Sol 2384 (Kilmarie). Les échantillons de roches furent analysés par l'instrument CheMin (chemistry and mineralogy) qui détecta de l'argile et un tout petit peu d'hématite qui était abondant juste au nord, sur la crête de Vera Rubin.

A gauche, un selfie réalisé par Curiosity le 12 mai 2019 au Sol 2405 dans une zone contenant de l'argile située sur le flanc du Mont Sharp, dans le cratère Gale. Il s'agit du photomontage de 57 images prises avec la caméra MAHLI (Mars Hand Lens Imager). Au centre et à droite, l'agrandissement des deux forages réalisés par Curiosity, respectivement Aberlady (situé en-dessous à gauche de Curiosity) et Kilmarie (situé à gauche de Curiosity) photographiés respectivement avec la caméra Mastcam et la caméra MAHLI. Les deux forages sont séparés de 50 cm et mesurent 2.5 cm de diamètre pour 5 cm de profondeur. Documents NASA/JPL-Caltech/MSSS.

Mise à part la preuve qu'il y avait autrefois une importante quantité d'eau dans le cratère Gale, les chercheurs débattent encore du sens de ces nouvelles découvertes dans cette région. En effet, il est possible que les roches de la région formaient à l'origine des couches de boue au fond d'anciens lacs (comme Curiosity le découvrit antérieurement plus bas sur le Mont Sharp). Au fil du temps, l'eau interagit avec les sédiments, laissant de grandes quantités d'argile dans les roches.

Notons que le jour du selfie Curiosity fit une pause pour observer des nuages aux Sol 2400 et 2405. Il photographia des nuages élevés, probablement des nuages de glace situés à environ 31 km au-dessus la surface.

Prochain chapitre

Les coulées sombres et les perchlorates

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