Une nouvelle modélisation confirme que Mars aurait pu posséder autrefois un océan liquide

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Vue d’artiste de l’ancienne Mars, montrant les calottes glaciaires se jetant dans l’océan. | NASA/USGS/ESA/DLR/ FU Berlin (G. Neukum)
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Plusieurs preuves, relayées à la fois par les satellites d’observation et par les rovers envoyés sur Mars, suggèrent que la planète rouge présentait autrefois de l’eau liquide à sa surface, ce qui implique qu’il y régnait un climat plutôt chaud et humide. Pourtant, les indices collectés jusqu’à présent révèlent que Mars a toujours été une planète froide. Des chercheurs de l’Université de Paris-Saclay avancent que ces deux aspects ne sont pas nécessairement inconciliables : il y a des milliards d’années, Mars pourrait avoir été un monde glacial, doté d’un vaste océan liquide dans son hémisphère nord.

« Le climat était vraisemblablement froid sur les continents équatoriaux, mais l’océan polaire a pu rester liquide, comme le montre un certain nombre d’indices géologiques », explique Frédéric Schmidt, géologue des surfaces planétaires à l’Université Paris-Saclay. Son équipe et lui ont entrepris de modéliser le climat de Mars afin d’identifier le scénario qui pourrait expliquer les principales caractéristiques actuelles de la planète. En d’autres termes, il s’agissait de trouver un modèle soutenant à la fois la présence d’un océan liquide et à la fois l’existence de vastes régions couvertes de glace.

Un climat plutôt clément, propice à la formation d’un océan, aurait nécessairement laissé des traces du transfert d’eau de cet océan vers les terres via les précipitations (comme on peut l’observer sur notre planète) ; d’anciennes rivières devraient donc être observées en surface, mais ce n’est pas le cas. De même, un climat complètement froid et sec ne coïnciderait pas avec le mega tsunami qui a déferlé sur la planète il y a 3 milliards d’années. En revanche, des conditions à la fois froides — juste en dessous de 0 °C — et humides auraient pu être réunies, selon les chercheurs.

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Retracer l’histoire climatique de Mars

Si les scientifiques sont certains que Mars comportait de l’eau liquide il y 3,5 à 4 milliards d’années — soit lors de la première période géologique martienne, appelée Noachien — c’est parce que sa présence a laissé quelques traces sous forme de vallées. Mars était sans doute dotée à cette époque d’une atmosphère dense, dont la pression et l’effet de serre ont permis l’existence d’eau liquide. L’existence d’un vaste océan, s’étendant dans l’hémisphère nord et jusqu’au pôle, est en revanche sujette à débat.

Les travaux de Schmidt et ses collègues reposent sur un modèle qui simule les interactions entre les océans et l’atmosphère de la Terre. Il leur a fallu modifier les paramètres de manière à ce qu’ils correspondent aux conditions atmosphériques de Mars il y a 3 milliards d’années. Il a également fallu tenir compte de l’ensoleillement : à cette époque, le Soleil brillait moins qu’aujourd’hui et Mars se trouve plus loin du Soleil que la Terre (elle recevait donc moins de chaleur). « L’éclairement solaire de Mars à cette époque correspond à seulement un tiers de ce que reçoit la Terre aujourd’hui », résume Schmidt.

carte mars ancienne
Carte climatique de Mars il y a 3 milliards d’années. Les couleurs indiquent les différentes zones climatiques. Les flèches indiquent les traces de glacier et de réseaux de vallées ramifiées, encore visibles actuellement. © F. Schmidt et al.

Pour obtenir de l’eau liquide en surface, ce manque de rayonnement solaire devait nécessairement être compensé par un effet de serre plus important. Si l’atmosphère de Mars était bien plus dense à l’époque qu’elle ne l’est aujourd’hui, un autre gaz à effet de serre — autre que le CO2 qui constitue aujourd’hui la majorité de l’atmosphère martienne — a vraisemblablement contribué à obtenir les conditions nécessaires pour atteindre le point de fusion de l’eau (0 °C). L’équipe a donc établi un modèle atmosphérique composé de 90% de CO2 et 10% de dihydrogène — ce dernier provenant de l’activité volcanique, particulièrement soutenue à l’époque, ou du dégazage induit par les impacts de météorites.

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Des conditions autrefois propices à l’émergence de la vie

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Il ressort de leurs résultats qu’un océan liquide aurait pu être stable même avec une température moyenne inférieure à 0 °C. Cet océan aurait été bordé d’une zone « chaude » et humide (caractérisée par des températures moyennes annuelles supérieures à 0 °C), siège de précipitations modérées. Quant aux glaciers situés plus au sud, ils auraient également contribué à alimenter le cycle océanique, en s’écoulant vers le rivage. « L’océan, malgré sa position polaire, ne gèle pas grâce aux courants océaniques qui ramènent de l’eau chaude vers les pôles. D’autre part, ces simulations prédisent la présence de glaciers qui ramènent la glace des hauts plateaux vers l’océan », détaille Frédéric Schmidt.

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Schéma du cycle de l’eau sur Mars, il y a 3 milliards d’années. Les flèches indiquent des flux en 1015 kg/an. © F. Schmidt et al.

Dans ce scénario, grâce au cycle de l’eau, l’océan était maintenu à une température d’environ 4,5 °C, estiment les chercheurs — c’est suffisant pour que l’eau demeure à l’état liquide. Ce modèle concorde avec les réseaux de vallées ramifiées observées au niveau du littoral et avec les grandes vallées glaciaires issues des zones d’accumulation de neige. Si le scénario est confirmé, cela signifie que Mars regroupait autrefois les conditions propices à l’apparition de la vie. « La pression, les nuages, l’eau liquide, l’océan, la pluie, la neige et les glaciers : tous ressemblaient beaucoup à la Terre d’aujourd’hui. Seul l’oxygène manquait », a déclaré Schimdt au NewScientist.

Si l’existence d’un ancien océan martien apparaît désormais plus plausible grâce à cette simulation, des preuves géologiques concrètes sont néanmoins indispensables pour confirmer cette hypothèse. « Le rover chinois Zhurong a atterri en mai 2021 dans la région du paléo-océan. Nous nous attendons à trouver des preuves de l’océan dans les roches qu’ils examineront », conclut le géologue. Restera alors à déterminer ce qu’est devenue cette immense quantité d’eau…

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Source : F. Schmidt et al., PNAS

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