À la recherche de l'eau sur Mars : des calottes glaciaires aux océans cachés et à la quête de la vie

Marsbien qu'il s'agisse actuellement d'un paysage glacial et sec, abrite des signes convaincants de son passé plus humide et de sources d'eau souterraines potentielles qui pourraient soutenir la vie ou de futures colonies humaines.

Des recherches ont révélé la présence de rivières et de lacs martiens anciens, d'eau gelée aux pôles et de minéraux suggérant une présence importante d'eau. Ces découvertes orientent la recherche de la vie et éclairent les plans d'exploration future de Mars.

Preuves de la présence d'eau et de vie potentielle sur Mars

Bien que la surface de Mars soit actuellement froide et sèche, de nombreux indices suggèrent que la planète rouge était autrefois partiellement recouverte d'eau. Les chercheurs ont émis l'hypothèse que la vie aurait pu se développer sur Mars lorsque la planète était humide, et qu'elle pourrait même être présente aujourd'hui, cachée dans des aquifères souterrains.

« Sur Terre, l’eau est synonyme de vie », explique Alberto Fairen, astrobiologiste au Centre d’astrobiologie d’Espagne et à l’Université Cornell d’Ithaca, dans l’État de New York. « La surface de Mars est aujourd’hui extrêmement sèche, mais de nombreux indices laissent penser qu’elle a été beaucoup plus humide dans le passé. Les preuves de la présence d’eau dans le passé pourraient être la piste à suivre pour trouver une vie éteinte sur Mars et si une partie de cette eau persiste encore sur Mars aujourd’hui, alors les chances de trouver une vie existante augmentent à coup sûr. »

Des scientifiques de la NASA ont déterminé qu'un océan primitif sur Mars contenait plus d'eau que l'océan Arctique sur Terre et que la planète rouge a perdu 87 % de cette eau dans l'espace. Crédit : NASA/GSFC

Les implications de l'eau martienne pour la colonisation humaine

L’eau sur Mars a également des implications importantes pour les domaines de recherche à NASA Au-delà des travaux du programme d'astrobiologie de la NASA. Même si la vie n'existe plus sur Mars, ou n'a jamais existé, l'eau pourrait toujours s'avérer vitale pour la vie future sur Mars sous la forme de colonies humaines sur la planète rouge. L'eau est utile non seulement pour boire, mais aussi pour se protéger des radiations et comme carburant lorsqu'elle est divisée en hydrogène et oxygène. Les perspectives de vie passée, présente et future sur Mars signifient qu'une grande partie des recherches de la NASA concernant la planète rouge se concentrent sur son eau.

Depuis des décennies, de nombreuses recherches suggèrent que des rivières, des lacs et des mers recouvraient autrefois Mars il y a des milliards d’années. Par exemple, en 2015, des cartes de l’eau dans l’atmosphère martienne ont suggéré que Mars aurait pu autrefois contenir suffisamment d’eau pour recouvrir jusqu’à un cinquième de la planète. En outre, dans une autre étude de 2015, des chercheurs ont noté que la forme de certains cailloux martiens suggère qu’ils roulaient autrefois sur des dizaines de kilomètres le long d’une rivière, ce qui suggère que les anciennes voies navigables martiennes étaient stables et pas seulement de simples ruisseaux éphémères.

L'analyse des couches de roche martienne suggère que des couches antérieures et plus profondes ont probablement été créées lorsque Mars disposait d'eau abondante et plus douce, tandis que des couches ultérieures plus proches de la surface suggèrent « une planète aride avec juste des bassins de saumures, et enfin le désert hyperaride que nous voyons aujourd'hui », a déclaré Fairen.

Les réserves d'eau martiennes et leurs implications

La majeure partie de l'eau présente aujourd'hui sur Mars est probablement gelée dans ses calottes polaires. Si toute cette glace d'eau venait à fondre, les estimations suggèrent qu'une sphère de la taille de la planète rouge pourrait être recouverte d'environ 30 mètres d'eau, a déclaré Suniti Karunatillake, planétologue à l'Université d'État de Louisiane à Baton Rouge.

L’eau gelée pourrait exister non seulement aux hautes latitudes des pôles martiens, mais aussi aux latitudes moyennes. Par exemple, en 2015, des scientifiques ont découvert qu’une gigantesque plaque de glace aussi grande que la Californie et le Texas réunis était enfouie juste sous la surface de Mars, entre son équateur et son pôle nord, et recouverte de couches protectrices de poussière.

Vue en perspective de la calotte glaciaire du pôle nord de Mars et de ses creux sombres caractéristiques formant un motif en spirale. Cette vue est basée sur des images prises par Mars Express de l'ESA et générées à l'aide des données d'élévation de l'altimètre laser de l'orbiteur de Mars (MOLA) à bord de la mission Mars Global Surveyor de la NASA. Crédit : ESA/DLR/FU Berlin ; NASA MGS MOLA Science Team

La diversité et les implications des minéraux martiens

Mars contient également de l’eau sous forme de minéraux hydratés, c’est-à-dire des minéraux auxquels de l’eau est chimiquement liée. Les futures missions habitées vers Mars pourraient extraire cette eau en chauffant les minéraux hydratés.

Il existe plusieurs types de minéraux hydratés sur Mars, allant des argiles et des carbonates à une grande diversité de sulfates et de chlorures, a déclaré Fairen.

« Les argiles et les carbonates peuvent suggérer la présence de quantités importantes d’eau, et cette eau aurait pu être bénéfique pour la biologie car elle n’aurait pas dû être trop acide ou trop salée », a-t-il déclaré. « Les argiles et les carbonates apparaissent généralement associés à des cratères d’impact, des canyons et des failles, ce qui suggère qu’ils sont très anciens et peut-être formés par des processus souterrains et ont finalement été exposés à la surface par l’érosion. »

En revanche, les sulfates et les chlorures n’ont besoin que de « petites quantités d’eau pour se former, généralement salée et acide », a déclaré Fairen. Pourtant, même si les sulfates et les chlorures ne suggèrent pas nécessairement une abondance d’eau, « les micro-organismes sur Terre peuvent également prospérer dans de tels environnements – ce que nous appelons des « extrémophiles » ».

« La grande surprise des 15 dernières années d'exploration est que la quantité d'eau sur Mars est bien plus importante que ce que nous pensions », a déclaré Michael Meyer, astrobiologiste et responsable scientifique du programme d'exploration de Mars de la NASA. « Nous en avons aux pôles et nous en voyons aux latitudes moyennes. »

« Lignes » récurrentes sur les pentes du cratère Hale, sur Mars. Les images et les informations topographiques de cette vue traitée en fausses couleurs proviennent de la caméra HiRISE (High Resolution Imaging Science Experiment) de la sonde Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA. Crédit : NASA/JPL/Université d'Arizona

Défis et opportunités de l'exploration martienne

La surface de Mars est aujourd'hui extrêmement aride, car l'air y est trop rare pour que l'eau liquide y subsiste longtemps. La pression atmosphérique de la planète rouge est d'environ 1/100ème de celle de la Terre et dans un air aussi raréfié, l'eau bout facilement. Cependant, des lignes sombres et étroites sur les pentes martiennes suggèrent que l'eau pourrait s'écouler régulièrement le long de ces formations.

Ces traînées sombres, appelées lignes de pente récurrentes ou RSL, favorisent les pentes abruptes dans les régions presque exemptes de poussière de Mars, a déclaré Alfred McEwen, un scientifique planétaire de l'Université d'Arizona à Tucson. Il a noté que les RSL sont abondantes dans les sites du nord tels que Valles Marineris, bien que les sites de l'hémisphère sud en abritent également.

Selon un article de 2016, les RSL seraient provoqués par de minuscules quantités de saumure, ou d'eau salée, mélangées au sol, a expliqué Karunatillake. Le sel abaisse la température d'ébullition de l'eau, ce qui lui permet de rester liquide même sur Mars.

Ces résultats récents suggèrent toutefois que la formation de RSL nécessite moins d’eau que ce que l’on pensait. De plus, cette eau pourrait avoir une durée de vie très courte et ne pas constituer un environnement idéal pour les micro-organismes susceptibles d’exister sur Mars.

Les traînées sombres et étroites qui s'écoulent vers le bas sur Mars dans des sites tels que cette partie du cratère Horowitz pourraient être formées par l'écoulement saisonnier de l'eau sur la planète Mars actuelle. Ces traînées ont à peu près la longueur d'un terrain de football. Les images et les informations topographiques de cette vue traitée proviennent de la caméra HiRISE (High Resolution Imaging Science Experiment) de la sonde Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA. Crédit : NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona

Perspectives d'aquifères souterrains sur Mars

En revanche, le meilleur endroit pour trouver des quantités importantes d’eau sur Mars pourrait être dans les aquifères souterrains. L’analyse de météorites martiennes telles que NWA7034 – des roches martiennes qui ont atterri sur Terre après avoir été projetées hors de la planète rouge par des impacts cosmiques – suggère la présence d’aquifères dans la croûte martienne, a déclaré Karunatillake.

« L’endroit idéal sur Mars est le sous-sol, si l’on s’intéresse à l’eau liquide », a déclaré Meyer. « En théorie, les profondeurs de Mars sont suffisamment chaudes pour que l’eau reste liquide, et l’eau s’y écoulera naturellement et s’y accumulera. »

La gravité de la surface de Mars étant un peu plus d'un tiers de celle de la Terre, sa croûte est moins dense et plus poreuse que celle de la Terre. Des recherches antérieures ont suggéré que cela signifie que davantage d'eau peut s'infiltrer sous terre. « Je pense qu'il est probable qu'il existe des poches d'eau profondes dans la croûte martienne qui n'ont pas encore été détectées », a déclaré McEwen.

Cependant, « il ne s’agit pas d’aquifères peu profonds », a déclaré McEwen. Karunatillake a acquiescé, soulignant que ces aquifères souterrains pourraient se trouver à des kilomètres sous la surface. Le dégazage volcanique de la vapeur d’eau du manteau martien pourrait alimenter ces aquifères par intermittence, a déclaré Karunatillake.

Image en relief ombré de Tharsis Montes et d'Olympus Mons obtenue à partir des données de l'altimètre de Mars Orbiter qui ont été transportées à bord du Mars Global Surveyor de la NASA. Les nouvelles données suggèrent que Tharsis Montes s'est formé un par un, en commençant par Arsia Mons, peut-être par le mouvement d'un panache mantellique unique se déplaçant sous la surface. Crédit : NASA

Les tunnels de lave, qui sont des tunnels naturels dans la lave solidifiée, pourraient abriter des aquifères souterrains, a déclaré Karunatillake. Par exemple, il pourrait y avoir des tunnels de lave à proximité du volcan Arsia Mons, sur le renflement de Tharsis, près de l’équateur de la planète Mars. « Étant donné la profondeur à laquelle les tunnels de lave peuvent s’enfoncer, ils pourraient être analogues dans un sens lointain au type d’aquifères que nous voyons à Hawaï », a déclaré Karunatillake. « Les environnements des tunnels de lave pourraient également avoir des sources de chaleur géothermiques qui pourraient faire monter les températures suffisamment haut pour maintenir l’eau à l’état liquide. »

Les systèmes de grottes profondes pourraient également abriter des aquifères souterrains, a déclaré Karunatillake. Valles Marineris, un système de canyons qui longe la surface martienne à l’est du renflement de Tharsis, possède une variété de sulfates comme certaines zones sur Terre qui abritent des systèmes de grottes. « Ces grottes pourraient avoir piégé de l’eau liquide », a déclaré Karunatillake. « Elles pourraient créer un environnement stable qui pourrait aider la vie à évoluer, si elle était présente. »

Si des aquifères souterrains d’eau liquide existent sur Mars, Karunatillake recommande de mener des campagnes de radars à pénétration de sol en se concentrant sur les zones où il existe des preuves d’inondations provoquées par des aquifères contenant de l’eau. Ces cibles peuvent inclure des sites où des recherches antérieures ont suggéré la présence de glace souterraine, « étant donné l’épaisseur des couches de glace qui peuvent recouvrir le liquide en dessous en présence d’énergie géothermique », a déclaré Karunatillake.

« Bien que nos moyens en orbite autour de Mars n'aient pas trouvé d'aquifères souterrains, il existe un soupçon sournois que nous ne voyons que le kilomètre supérieur environ, car le radar est un défi », a déclaré Meyer.

En fin de compte, faire la lumière sur l’évolution de l’eau sur Mars pourrait nous permettre de mieux comprendre ce qui se passe sur Terre et sur d’autres planètes, a déclaré Karunatillake. La tectonique des plaques et d’autres activités géologiques fondamentales sur Terre sont liées à ses océans et à l’eau chimiquement liée dans le manteau terrestre, et comprendre l’histoire de l’eau sur Mars pourrait aider à révéler comment elle a influencé la géologie de la planète rouge. « Cela a une profonde pertinence pour savoir si une biosphère pourrait un jour apparaître sur Mars, ou si la vie semblable à celle de la Terre se limiterait à des poches isolées, le cas échéant », a déclaré Karunatillake.

« Mars et la Terre étaient autrefois semblables », a déclaré Meyer. « Nous pouvons observer Mars pour vérifier si nous comprenons les processus similaires sur Terre aussi bien que nous le pensons. Nous pouvons poser des questions telles que : « La vie est-elle apparue là-bas ? Et si oui, à quoi ressemblait-elle ? Et si non, qu'est-ce qui manquait ? » Le problème pour répondre à ces questions sur Terre est qu'une grande partie des traces de vie sur Terre ont été effacées. Mars pourrait donc être la clé pour répondre à ces questions. »