Planète Mars

LES MISSIONS SUR MARS

Cet été, quatre missions seront lancées à destination de Mars, dont celles de la Nasa et de l’Agence spatiale européenne en coopération avec Roscosmos. Elles déposeront chacune un rover sur la Planète rouge dans l’espoir de trouver des traces de vie éteinte voire en activité. Nos explications avec celles de Philippe Labrot, spécialiste de la planète Mars à l’Institut de physique du globe de Paris (IPGP).

Aujourd’hui, il ne fait plus de doute que Mars a été habitable dans un lointain passé, qui se mesure en milliards d’années. Mais, les scientifiques ont bien du mal à préciser à quelle époque et pendant combien de temps. Cela dit, si l’on se fie aux données les plus récentes, on estime que dans le passé les conditions environnementales martiennes ont été favorables à l’apparition de la vie mais n’auraient duré, au maximum, que 700 millions d’années. Compte tenu de ce laps de temps très court et en tenant compte des hypothèses qui font consensus, si une forme de vie est apparue sur Mars, même en supposant qu’elle soit apparue très rapidement après la formation de Mars, le temps nécessaire à son évolution fut trop court.

À cela s’ajoute le fait que seulement certains endroits étaient habitables, dispersés dans le temps et l’espace, qui n’étaient pas liés les uns aux autres. C’est-à-dire que la présence d’eau à l’état liquide était tout de même très aléatoire lors des 500 premiers millions d’années de l’histoire de la planète. Dit autrement, même si Mars présente des caractéristiques lui conférant une habitabilité dans son passé, il n’est pas pour autant certain que la vie ait pu y émerger. Et si elle s’y était développée, elle serait probablement restée à un stade très primitif. Il faut aussi savoir que la recherche de la vie sur Mars va se concentrer sur des organismes primitifs anaérobies qui ne peuvent pas supporter l’oxygène, car c’est la situation sur Mars aujourd’hui et celle d’il y a quelque quatre milliards d’années, à l’époque où l’on suppose que la planète était habitable.

Comparaison des atmosphères de Mars et de la Terre. © ESA

Comparaison des atmosphères de Mars et de la Terre. © ESA 

Cela dit, après que Curiosity a découvert du méthane et quelques molécules organiques, on ne peut « toujours pas affirmer qu’il y a ou qu’il y a eu de la vie sur Mars ! », nous explique Philippe Labrot spécialiste de la planète Mars à l’Institut de physique du globe de Paris (IPGP). Si de la vie s’est formée, on n’imagine pas qu’elle ait pu se complexifier comme sur Terre, sachant que sur Terre cela a pris des milliards d’années. Donc, seule une « forme de vie primitive de type bactérien a pu perdurer un temps sur la Planète rouge ». D’ailleurs, les molécules découvertes par Curiosity ne « sont pas si complexes que cela, au regard des macromolécules qui constituent le vivant sur Terre ».

Et puis, les conditions environnementales à l’époque de l’habitabilité supposée de la planète étaient tout de même assez extrêmes. Très peu de temps après la formation de Mars, il y a 3,9 à 3,8 milliards d’années, la planète a perdu son champ magnétique, et climat et environnement ont subi une forte dégradation avec des conséquences néfastes pour l’évolution de la vie martienne. L’environnement est devenu plus acide, plus froid et sec, rendant la surface de la planète invivable en empêchant toute activité biologique.

En juillet 2020, quatre missions seront lancées à destination de Mars, dont celles de la Nasa et de l’ESA qui utiliseront chacune un rover pour chercher des indices de vie éteinte ou en activité sur Mars. Les deux autres missions sont une mission de démonstration technologique des Émirats arabes unis, avec Hope Mars Mission, qui a pour but d’étudier l’atmosphère et le climat au sol avec deux spectromètres et la Chinoise Huoxing-1 (HX-1), constituée d’un orbiteur et d’un rover qui a notamment pour objectif de préparer un retour d’échantillons martiens.

VOIR AUSSIMars : la mission du rover ExoMars 2020 sera-t-elle reportée ?

Le rover Mars 2020 s'appelle désormais « Perseverance ». © Nasa, JPL-Caltech

Le rover Mars 2020 s’appelle désormais « Perseverance ». © Nasa, JPL-Caltech 

Le pari des terrains anciens

Avec Mars 2020 nommé aujourd’hui « Perseverance » et Rosalind Franklin (ExoMars 2020), les scientifiques veulent détecter d’éventuelles traces de vie éteinte ou actuelle à la surface mais aussi, avec Rosalind Franklin, sous la surface martienne. Ces deux rovers ont pour objectif la recherche de « matière organique et des molécules prébiotiques », c’est-à-dire des molécules organiques qui sont de potentielles traces de vie dont des stromatolithes, « seules traces de vie visibles à l’œil nu, toutes les autres (microfossiles, biosignatures chimiques et isotopiques, etc.) sont invisibles et doivent faire l’objet d’analyses spécifiques ». Le but est aussi de déterminer si les éléments chimiques et d’environnement qui font que la vie a pu démarrer sur Mars sont présents.

Un champ de lave en Islande pour préparer le Robot Curiosity à sa prochaine expédition sur Mars. Depuis 2012, la machine multiplie les allers-retours et explore la planète rouge à la recherche de signes de vie. Son prochain départ est prévu pour 2020.

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En juillet 2019, le champ de lave de Lambahraun, au pied du deuxième plus grand glacier d’Islande Langjökull, est devenu une zone d’essais pour le nouveau prototype de Rover, Robot Curiosity. Une quinzaine de scientifiques et ingénieurs envoyés par l’agence spatiale américaine ont testé la machine durant trois semaines. 

Préparation de la prochaine mission sur Mars : l’île volcanique a quelque chose de Martien

Comme le rapporte 20 Minutes, l’île volcanique a quelque chose de Martien. Un lieu qui est donc idéal pour faire de multiples expériences sur le robot. En effet, son sable noir, ses dunes, ses montagnes ainsi que ses roches noires sont comparables à ceux sur Mars. 

« Nous obtenons exactement le type de motifs et de transports de matériaux que les scientifiques souhaitent voir », ajoute Adam Deslauriers, le responsable espace et instruction pour Mission Control Space Services. Cette société canadienne a été appelé par la NASA pour faire des tests sur les astromobiles. 

L’appareil est équipé de parois blanches et châssis orange mais aussi de capteurs 3D, d’une caméra à deux objectifs, d’un ordinateur et de divers objets scientifiques. « C’est uniquement pour des raisons de sécurité car il faut beaucoup de temps pour que les images reviennent d’une autre planète », narre Mark Vandermeulen, ingénieur en robotique, dans les colonnes du quotidien. Le robot se déplace grâce à quatre roues motrices qui fonctionnent comme une pelleteuse. 

« Ce rover est fondamentalement indestructible », affirme Adam Deslauriers. « Ceux que nous avons sur Mars et la Lune seraient beaucoup plus sensibles à l’environnement et aux conditions de l’Islande : un rover lunaire n’est absolument pas préparé à la pluie », explique-t-il à 20minutes

Mission Control doit faire de nouveaux tests robotiques l’été prochain en Islande avant le lancement de la mission « Mars rover » prévu entre le 17 juillet et le 5 août 2020.

Curiosity

Curiosity fête sa première année martienne. Et quelle année… Aujourd’hui, on sait que le cratère Gale a conservé des traces de l’habitabilité passé de Mars. Peut-être plus. Et cela nous le devons en grande partie à l’instrument ChemCam. Comme nous l’explique Olivier Gasnault, planétologue à l’Irap (CNRS, université de Toulouse – P. Sabatier), en charge des opérations scientifiques de ChemCam, cet instrument franco-états-unien est un des plus importants du rover Curiosity.

Cela, Sylvestre Maurice, le responsable de la partie française de ChemCam nous l’avait déjà expliqué. Cet instrument est le fruit d’une collaboration entre les chercheurs du Département de physico-chimie de la Direction de l’énergie nucléaire du CEA à Saclay et ceux de l’Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (Irap) de Toulouse. Il a pour fonction de déterminer la composition élémentaire des roches et des sols jusqu’à une distance de 7 m grâce à un laser.

Ce procédé, appelé LIBS (en français spectroscopie de plasma induit par laser), consiste à utiliser un laser pour vaporiser le matériau à étudier, puis à analyser par spectrométrie la lumière émise par le plasma ainsi créé pour en déterminer la composition chimique. Principal avantage, cela permet d’analyser la matière à distance et sans contact. Aujourd’hui, ChemCam c’est 150.000 tirs sur 800 cibles qui sont autant d’indices sur l’histoire géologique et donc sur l’habitabilité passée du site.

L'instrument Chemcam situé sur le mât du rover Curiosity. Juste en dessous de l'instrument, on peut voir les deux caméras de navigation (NavCam). © Nasa/JPL-Caltech/MSSS

L’instrument Chemcam situé sur le mât du rover Curiosity. Juste en dessous de l’instrument, on peut voir les deux caméras de navigation (NavCam). © Nasa/JPL-Caltech/MSSS 

De l’eau sur Mars mais durant peu de temps

Et sur cette question, les données de cet instrument ont des implications concrètes sur l’histoire de l’eau et le passé géologique de la planète à travers l’étude des roches sédimentaires et volcaniques en grand nombre sur le plancher du cratère Gale. Mais si Curiosity a démontré que le site a été habitable dans un lointain passé, qui se mesure en milliards d’années, les scientifiques voudraient savoir plus précisément à quelle époque et pendant combien de temps.

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Concernant l’eau, Curiosity a mis en « évidence différents indices qui confirment la présence d’un ancien lac dans Yellowknife Bay et d’un ancien lit de rivière », résume Olivier Gasnault. Le rôle de ChemCam a consisté à déterminer l’origine des sédiments qui ont été transportées par ces eaux en analysant leur composition et déterminant leur parcours.

Ces sédiments fluviolacustres sont le produit de l’érosion de roches volcaniques et viennent du bord du cratère et « typique de ce que l’on trouve autour du cratère Gale ». Ils ont été transportés puis déposés, et certains ont formé de nouvelles roches. Chose intéressante, s’il n’y a guère de doute sur le fait que ces matériaux ont interagi avec de l’eau à l’état liquide, il apparaît qu’ils « n’ont pas eu un contact prolongé avec cette eau suffisant pour subir une transformation au cours de leur transport ».

Il faut donc invoquer une seconde phase durant laquelle ces sédiments ont été altérés pour former les minéraux argileux qui ont été observés par les différents instruments au fond de ce qui a dû être un lac. ChemCam a aussi révélé la diversité chimique de petites structures (veines, nodules, rides) qui témoignent d’une seconde phase d’altération des roches. On a ainsi trouvé des roches fracturées emplies d’un matériel différent sous forme de veines blanches de sulfates de calcium« C’est en quelque sorte le témoin de la fin des événements aqueux qui ont formé le site que l’on observe. »

Deux familles de roches martiennes

En effet, dans le cratère Gale, « on trouve deux grandes familles de roches ». La première est celle de roches sédimentaires dont l’étude apporte des « indices forts sur l’histoire de l’eau et de l’habitabilité du site, à savoir la nature de l’environnement climatique et les conditions physico-chimique du milieu dans lesquelles elles se sont formées ». La seconde famille englobe les roches ignées liées au magmatisme dans la croûte ou au volcanisme de surface. Dans ce cratère, « nous avons découvert des fragments de roches magmatiques assez évoluées » riches en siliciumsodium et potassium.

C’est quelque chose d’assez original, « que l’on ne connaissait pas de Mars avant Curiosity ». Autrement dit, le volcanisme survenu dans le cratère Gale est différent de ce qui a été observé ailleurs sur Mars, au moins en partie. « Cela nous oblige notamment à réviser le modèle de la croûte martienne pour refléter une plus grande variété. »

Une roche baptisée Liga. Sur la gauche, l'image de la caméra NavCam qui est utilisée pour choisir les cibles. Au milieu, l'image de la caméra couleur MastCam qui montre la poussière orangée que l'on trouve partout sur Mars et qui a été soufflée par les tirs au laser de ChemCam au centre, révélant la roche sous-jacente. À droite, l'image haute résolution de la partie télescope de ChemCam (il y a une échelle en bas à droite). © Nasa/JPL-Caltech/MSSS/CNES/CNRS/LANL/IRAP/IAS/LPGN

Une roche baptisée Liga. Sur la gauche, l’image de la caméra NavCam qui est utilisée pour choisir les cibles. Au milieu, l’image de la caméra couleur MastCam qui montre la poussière orangée que l’on trouve partout sur Mars et qui a été soufflée par les tirs au laser de ChemCam au centre, révélant la roche sous-jacente. À droite, l’image haute résolution de la partie télescope de ChemCam (il y a une échelle en bas à droite). © Nasa/JPL-Caltech/MSSS/CNES/CNRS/LANL/IRAP/IAS/LPGN 

Donner du temps au temps

L’étude de ces roches « permet de s’intéresser à l’histoire globale de Mars ». Les géologues cherchent à comprendre les changements qui sont survenus entre chaque époque martienne, au nombre de trois. Il y a donc eu deux grandes phases de transition avec des changements très importants qui ont profondément modifié le climat de la planète mais « sans que l’on sache s’ils ont été rapides ou non ». Dans l’histoire de la planète, ces transitions sont très importantes. Les comprendre peut « nous amener à faire des parallèles avec ce que l’on connaît de l’évolution des planètes telluriques comme la TerreMercure et Vénus ».

Au Noachien, d’une planète d’eau et habitable dans certaines régions, Mars est devenue (progressivement ?) une planète dominée par le volcanisme et un changement climatique important à l’Hespérien. Aujourd’hui, à l’ère de l’Amazonien, la planète se caractérise par une oxydation par l’atmosphère et très peu d’activité géologique, voire pas du tout. Sur ce point, la mission InSight devrait nous en dire plus.

L’habitabilité n’impose pas seulement de l’eau et les bons éléments chimiques« Il faut également du temps. » Et cette question est fondamentale. On ne sait pas de combien de temps la vie a besoin pour apparaître, on sait juste qu’elle en a besoin de beaucoup pour évoluer.

Dans le cratère Gale, « nous savons que de l’eau à l’état liquide s’est écoulée et qu’il y a eu les bons éléments chimiques et le bon environnement ». Il reste à déterminer combien de temps le site est resté habitable. En effet, les écoulements peuvent être dus « à une cause événementielle, comme un réchauffement souterrain qui fait effondrer un glacier, par exemple ». Dans ce cas, l’eau coule puis disparaît très rapidement. Dans ces conditions, la vie ne peut évidemment pas émerger et encore moins perdurer.

Les strates du mont Sharp que doit étudier Curiosity. © Nasa/JPL

Les strates du mont Sharp que doit étudier Curiosity. © Nasa/JPL 

L’espoir donné par les couches stratifiées du mont Sharp

En revanche, si Curiosity découvre des évidences, à travers les minéraux observés, qu’il y a eu « plusieurs épisodes d’écoulement d’eau, qu’ils se sont prolongés dans le temps et que des réactions chimiques ne se sont pas faites trop rapidement donc dans un milieu pas trop acide », alors cela indique un milieu plus favorable à l’habitabilité.

La deuxième partie de la mission pourrait nous en apprendre plus, beaucoup plus. Le rover se dirige en direction du mont Sharp et ses strates qui « sont susceptibles de nous renseigner sur l’époque à laquelle le site a été habitable ». Les sondes en orbite autour de la planète ont montré la présence d’un empilement de strates de toutes sortes qui « sont autant de successions d’époques martiennes ». De bas en haut, on trouve des strates de minéraux hydratés, des strates d’argiles, des strates d’oxyde de fer, et plus haut des smectites et des sulfates. Un livre ouvert sur l’histoire minéralogique de la planète Mars en quelque sorte.

Pour les géologues, le fait d’avoir des couches qui correspondent à une échelle de temps « va permettre de confirmer si ce que l’on observe depuis le début de la mission a une étendue géographique plus importante que le petit bassin dans lequel se trouvait Curiosity ».

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