De nos jours, l’eau sous forme liquide ne peut plus exister de façon permanente à la surface de Mars car la pression atmosphérique et la température sont trop faibles. Des écoulements intermittents d’eau très salée ont cependant été observés indirectement par la sonde Mars Reconnaissance Orbiter en 2015.

A une époque très reculée, d'après l’étude des cratères d’impact situés autour de quatre milliards d’années, l’atmosphère de Mars était probablement similaire à celle de la Terre et permettait l’existence d’eau liquide en grandes quantités. Les sondes martiennes ont ainsi révélé des formations créées par des rivières, des deltas et des lacs il y a des milliards d’années, et peut-être même les traces d’un ancien océan.

L’origine de l’atmosphère des planètes telluriques est la libération, par l’intermédiaire des éruptions volcaniques, des gaz contenus dans les roches après la phase de formation. Il s’agit principalement du gaz carbonique (CO2), de l’azote (N2) et de la vapeur d’eau (H2O). Le gaz carbonique va par l’intermédiaire de l’effet de serre réchauffer la planète ce qui peut permettre à l’eau liquide d’exister, la température étant devenue compatible avec la formation d'eau sous forme liquide.

Mais un autre phénomène se produit qui peut tout remettre en cause : les chutes de pluie. Comme l’eau de pluie dissout facilement le gaz carbonique présent dans l’atmosphère, elle peut l’entraîner avec elle et rapidement le réinjecter dans le sol.

L’eau peut ainsi être à l’origine de sa propre perte. En effet, le niveau de gaz carbonique atmosphérique va alors baisser, ce qui entraîne une chute de la température car l’effet de serre perd en intensité, et l’atmosphère devient finalement trop froide pour permettre l’existence d’eau sous forme liquide.

Les planétologues pensent que la divergence entre Mars et la Terre est liée à la tectonique des plaques. Dans le cas de la Terre, la tectonique des plaques et le volcanisme actif réintroduisent en permanence le gaz carbonique dans l’atmosphère, assurant ainsi l’équilibre et la stabilité que nous connaissons.

Pour Mars, par contre, l’absence de tectonique des plaques empêche le recyclage du gaz carbonique. L’activité volcanique originelle a probablement produit une atmosphère qui subsista pendant quelques dizaines de millions d’année et permit à l’eau liquide de former rivières et vallées, mais l’absence de tectonique des plaques a limité la durée de cette période.

De nos jours, l’eau existe encore en grandes quantités sur Mars, mais pas sous forme liquide. Il existe d’abord dans le sous-sol martien une couche de glace d’eau solide appelée le permafrost. Les sondes nous ont par exemple envoyé des images de la surface montrant des résidus de glissements de terrain et les signes d’anciens flots liquides assez importants.

Ces formations ont dû apparaître lorsque cette glace a été réchauffée localement, soit par des volcans, soit par des impacts de météorites, puis a fondu et s’est précipitée vers la surface en entraînant l’effondrement des couches supérieures.

Il y a également de l’eau sous forme de glace dans les régions polaires. Ces dernières sont recouvertes par des calottes blanches dont la taille varie avec les saisons., En fait, ces calottes d’une épaisseur de l’ordre du mètre sont constituées de deux couches différentes : une calotte de glace d’eau et une calotte de glace de gaz carbonique (ou neige carbonique).

Même en été, la température de Mars est trop basse pour que l’eau fonde et il y a donc une première calotte permanente constituée de glace d’eau. A cela s’ajoute la deuxième calotte constituée de neige carbonique dont l’épaisseur varie avec les saisons.

En été, le gaz carbonique est sous forme gazeuse et ne participe pas à la couverture des pôles. En hiver, le gaz se solidifie et recouvre la première calotte. C’est là l’origine des variations que les astronomes observent depuis longtemps.

La détection d’une masse d’eau sous forme liquide a été annoncée en juillet 2018 après des observations de la sonde européenne Mars Express entre 2012 et 2015. Grâce à son radar MARSIS, la sonde a détecté la présence probable d’un lac souterrain sous une couche d’un kilomètre et demi de glaces et de poussières dans la région de Planum Australe près du pôle sud de Mars.

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L'eau liquide a existé à la surface de Mars 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 ?

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.

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.

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 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...

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...

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.

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Mars : un lac d'eau liquide découvert sous sa surface !

Tout indique qu'il existe un lac d'eau liquide d'environ 20 kilomètres de long sous la surface de Mars, près du pôle sud. Après des années d'enquête et de sondages du sol avec le radar de la sonde européenne Mars Express, les chercheurs en sont presque convaincus. Y en-a-t-il d'autres ? Combien sont-ils ? Y a-t-il de la vie dans cette poche d'eau souterraine ?

Une grande nouvelle, et pour le moins rafraîchissante, nous vient de Mars. Une équipe de chercheurs pense avoir découvert un grand réservoir d'eau liquide et salée dans le sous-sol martien non loin de la calotte polaire australe. Il mesurerait environ 20 kilomètres de large et représente le plus grand volume d'eau liquide découvert à ce jour sur Mars. « Cette découverte passionnante est un point culminant pour la science planétaire et contribuera à notre compréhension de l'évolution de Mars, de l'histoire de l'eau sur notre planète voisine et son habitabilité », a déclaré Dmitri Titov, qui travaille pour la mission Mars Express.

Justement, c'est cette mission de l'ESA qui a fait la découverte. En orbite autour de la Planète rouge depuis plus de 15 ans, la sonde spatiale et son instrument Marsis (Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionospheric Sounding) ont en effet mis en évidence la possibilité d'un lac stable d'eau liquide logé sous une couche de glace et de poussière d'environ 1,5 kilomètre d'épaisseur. Depuis des années, le radar sonde le sous-sol de Mars pour en deviner la composition et aussi à la recherche d'éventuels indices de présence d'eau, de cavités, etc. C'est donc dans une portion de quelque 200 kilomètres de long, près du pôle sud, que l'équipe a fait cette découverte. Et pour que Marsis repère cette masse d'eau, il faut qu'elle soit profonde d'au moins plusieurs dizaines de centimètres.

Deux indices appuyant l’existence du lac d’eau liquide sur Mars

En réalité, des indices de son existence avaient déjà été pointés depuis plusieurs années, des signaux brillants qui pouvaient être plus que des roches et de la glace. Mais les chercheurs voulaient en avoir le cœur net car les données de Marsis n'étaient pas toujours les mêmes à chaque survol. L'équipe de l'instrument dirigée par Roberto Orosei, qui est aussi l'auteur principal de l'étude, s'est ensuite aperçue que l'ordinateur de bord de la sonde lissait d'éventuelles anomalies afin de compresser les données transmises à la Terre. Rectifications faites, les passages suivants au-dessus de la zone, entre 2012 et 2015, ont confirmé la présence de ces taches brillantes interprétées comme de l'eau liquide. C'était sous leurs yeux depuis plusieurs années. « Cette anomalie souterraine sur Mars a des propriétés radar qui correspondent à l'eau ou à des sédiments riches en eau », a précisé l'auteur principal de l'article scientifique paru dans Science.

Les chercheurs ont trouvé aussi un autre indice tangible : la permittivité diélectrique, plus grande pour de l'eau liquide que pour de la glace, et qui dans cette affaire apparaît plus importante dans cette zone qu'ailleurs sur le reste du globe martien. Cela invite donc à y croire mais les scientifiques préfèrent la pondération et en parlent encore au conditionnel. Car, comment de l'eau pourrait demeurer durablement liquide dans le sous-sol de Mars, une planète très froide aujourd'hui ? La réponse vient peut-être des perchlorates présents à la surface de Mars. Ces sels pourraient en effet abaisser le point de fusion.

Y a-t-il de la vie dans le lac martien ?

Alors, évidemment, si cette découverte se confirme, la première question qui vient à l'esprit est : peut-il y avoir de la vie dans le lac ? Impossible d'y répondre pour l'instant. Cela dépend de la température et du taux de sel. Une vie terrestre n'y résisterait pas, estime Roberto Orosei. Mais des formes de vie apparues sur Mars pourraient y avoir trouvé refuge. Rappelons qu'avant un changement climatique majeur qui a progressivement refroidi et asséché la planète il y a quelque 3,5 milliards d'années, Mars était couverte de lacs, de rivières et de mers. Il faisait bien plus chaud et humide qu'aujourd'hui, comme l'a montré le rover Curiosity qui explore un ancien lac. Il y avait de l'eau liquide en surface. Et probablement qu'il y en a encore aujourd'hui un peu partout sous la surface. « Il y a d'autres domaines qui semblent être similaires, a déclaré Elena Pettinelli, de l'université Roma Tre, qui a cosigné ces recherches. Il n'y a aucune raison de dire que c'est le seul endroit ». Pour le savoir, il n'y a donc plus qu'à y aller. D'autres missions et, qui sait ?, peut-être bientôt des expéditions humaines. En tout cas, de l'eau sur Mars il y en a toujours, ce qui peut être intéressant pour les futures missions humaines. Et on est bien curieux de savoir quel goût elle a.

Un ancien lac repéré sur Mars !

Article de Jean-Luc Goudet publié le 18 juin 2009

Détecté grâce à l'orbiteur MRO, un canyon montre les restes d'un lac de 200 kilomètres carrés. D'après ses découvreurs, il était encore empli d'eau liquide à une époque où l'on pensait jusque-là que Mars était devenue froide et sèche.

Sur Mars, les traces d'écoulements importants d'eau liquide dans un lointain passé ne manquent pas. Les engins en orbite et les robots roulants ont amplement démontré la présence de glace d'eau et de restes d'érosion due à des écoulements liquides, parfois importants. Aujourd'hui, les planétologues s'accordent pour décrire une période chaude et humide de l'histoire martienne, durant l'époque dite du Noachien, entre 4,1 et 3,7 milliards d'années avant le présent. Ainsi, dans le passé mouvementé de la planète Mars et pendant un temps assez long, peut-être des millions d'années, de l'eau aurait coulé et recouvert de vastes surfaces.

Une équipe d'une université américaine (University of Colorado at Boulder) vient de confirmer cette hypothèse de manière spectaculaire en repérant un ancien lac dans Shalbatana Vallis, près de l'équateur (par 7° 50 N et 42° 05 W), l'une des vallées qui se jettent dans le bassin Chryse Planitia. A l'intérieur, un long canyon de 48 kilomètres de longueur a été détecté grâce à l'instrument HiRise (High Resolution Imaging Science Experiment) de la sonde MRO (Mars Reconnaissance Orbiter), offrant une résolution de un mètre. Les scientifiques ont pu mettre en évidence la trace du rivage et même localiser d'anciennes plages.

Un site d'atterrissage potentiel ?

Il a ainsi été possible d'estimer les dimensions du volume d'eau emprisonné là. Le lac Shalbatana, puisque c'est désormais son nom, s'étendait sur une surface de plus de deux cents kilomètres carrés (à peu près celle du lac de Neuchâtel, en Suisse), pour une profondeur maximale de près de cinq cents mètres.

La datation de ce lac a apporté elle aussi une surprise. D'après les auteurs, Gaetano Di Achille, Brian Hynek et Mindi Searls (Laboratory for Atmospheric and Space Physics), qui publient leurs résultats dans la revue Geophysical Research Letters, ce lac s'est formé il y a environ 3,4 milliards d'années seulement, durant la période appelée Hespérien. Or, les planétologues pensaient jusque-là que Mars était alors froide et asséchée depuis déjà trois cents millions d'années.

Les scientifiques attirent l'attention sur les traces de deltas qui bordent ce lac fossile. « Sur Terre, les deltas et les lacs enregistrent très bien les signes d'une vie disparue » explique Gaetano Di Achille. Cette région pourrait bien constituer une cible de choix pour de futures missions martiennes.

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