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Phoenix, le bilan : des indices d'habitabilité

le 15-03-2009 à 18:55

Deuxième partie de notre bilan de la mission Phoenix. Après un aperçu du déroulement de la mission (article précédent), nous évoquons maintenant les premiers résultats scientifiques.

Un des objectifs de la mission Phoenix était de déterminer le potentiel d’habitabilité du site d’atterrissage ; autrement dit, le terrain analysé par les instruments de l’atterrisseur a-t-il pu réunir des conditions favorables à la vie ? Autant le dire tout de suite, les premiers résultats obtenus par les équipes des différents instruments d’analyse sont très encourageants en ce qui concerne l’habitabilité du sol martien rencontré par Phoenix !


Panorama du site d’atterrissage de Phoenix (crédit : NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/image Thomas Appéré)

Le contexte du site d’atterrissage de Phoenix

Phoenix a été le premier engin spatial à se poser, le 26 mai 2008, à une latitude aussi élevée du globe martien, dans la région de Vastitas Borealis près du pôle nord. Cette région, qui n’avait jusqu’alors reçu aucune visite d’explorateur terrestre, s’est révélée être encore différente des autres régions explorées par nos ambassadeurs robotiques ! Comme le site d’atterrissage du robot Opportunity, Meridiani Planum, qui ne ressemblait à aucun de ceux qui avaient été visités auparavant par son jumeau Spirit ou ses ancêtres Mars Pathfinder ou encore Vikings, le site d’atterrissage de Phoenix est lui aussi très différent. Il est particulièrement intéressant de constater que plus l’exploration de Mars avance dans le temps, plus l’image que nous avons de la planète se diversifie. En effet, Mars est une planète aux multiples visages, un monde aux diverses régions ayant chacune sa particularité, son histoire et sa part de secret à révéler sur la planète rouge !

Phoenix s’est donc posé sur la plaine boréale martienne, dans une région dont l’histoire est, entre autres, marquée par le volcanisme. Le volcan Alba Patera, situé à plus de 1000 kilomètres de là, a en effet pu recouvrir la région environnante de dépôts volcaniques (poussière, cendres, particules...) lors de ses éruptions. A une échelle plus locale, Phoenix s’est posé à proximité (environ 20 km) d’un cratère de 11 km de diamètre baptisé Heimdall et vieux de 500 millions d’années. L’atterrisseur repose donc sur la couronne d’éjecta de ce cratère, c’est à dire sur les matériaux de la croûte martienne qui ont été éjectés lors de l’impact qui a formé le cratère, ce qui fait du site d’atterrissage de Phoenix le plus récent de tous les sites visités jusqu’à maintenant par les sondes.


Le cratère Heimdall vu par la sonde Mars Reconnaissance Orbiter lors de l’atterrissage de Phoenix. (crédit : NASA/JPL-Caltech)

Vu par la caméra panoramique de Phoenix, le site d’atterrissage est une plaine déserte, pour ne pas dire désolée ! Le sol est parsemé de structures polygonales, typiques des régions polaires terrestres qui témoignent de la présence d’une couche de glace à quelques centimètres sous le sol. De petits rochers érodés par le vent martien saupoudrent ces polygones et, en guise d’unique relief, quelques lointaines collines sont visibles à l’horizon. Oui, Phoenix devait se sentir bien seul dans cette plaine désertique balayée par les vents !...


Un sol à la texture collante et compacte

Phoenix aura creusé au total 12 tranchées dans le sol martien à l’aide de son bras robotique, muni d’une pelle mécanique. Ce sol de couleur brun-orangé, recouvrant les polygones de glace sur une épaisseur de quelques centimètres à quelques dizaines de centimètres, aura valu de nombreux ennuis à Phoenix ! En effet, il s’est avéré être d’une texture très particulière : collant et compact. Les ingénieurs auront ainsi eu beaucoup de mal à faire rentrer ce sol à travers les tamis de 1mm des fours de l’instrument TEGA (pour Thermal and Evolved-Gas Analyser), et des techniques particulières de saupoudrage du sol contenu dans la pelle, au dessus des instruments d’analyse auront été nécessaires pour mener à bien la livraison des échantillons.


Echantillon de sol dans la pelle de Phoenix au sol 15 et au sol 16 : après une nuit martienne, des particules de sol semblent s’être effondrées, dispersées en plus fin fragments. Est-ce dû à un phénomène de dessiccation ou au vent faisant trembler le bras robotique ? (crédit : NASA/JPL-Caltech/UA/Keller et al. LPSC 2009)

Par ailleurs, il a été remarqué que, une fois prélevés depuis le sol martien par la pelle, les échantillons perdaient de leur cohérence, comme si une substance qui cimentait les grains auparavant s’était volatilisée en quelques heures,... comme si l’échantillon de sol s’était desséché. Ces observations de changement de texture du sol, faites à de multiples reprises, indiquent bien qu’un agent volatile liait préalablement les particules de sol. Uwe Keller, un des scientifiques de l’équipe, pense qu’il s’agit d’un phénomène de dessiccation, c’est à dire de l’évaporation de molécules d’eau préalablement adsorbées à la surface des particules de sol.
Dans le sol, entre la glace et l’atmosphère, cette eau serait donc maintenue sous forme de très fins films de molécules autour des particules, lui donnant sa texture compacte si particulière. Mais une fois isolées du sol, ces molécules d’eau, hors de leur état d’équilibre, quitteraient la surface des particules pour rejoindre l’air ambiant, rendant l’échantillon de sol moins compact, plus fluide. Notons qu’on ne peut pas vraiment parler ici d’eau sous forme liquide ou solide, l’eau adsorbée évoque un état intermédiaire où les molécules d’eau sont en interaction avec la surface de particules minérales. Mais nous y reviendrons en détails dans un prochain article consacré à « l’eau sous toutes ses formes » sur le site d’atterrissage de Phoenix.


Un sol martien vu de près, comme jamais !

L’instrument MECA (pour Microscopy, Electrochemistry and Conductivity Analyser) de Phoenix était équipé d’un microscope optique d’une précision jamais encore envoyée sur Mars. Il a fourni des détails précieux sur les couleurs et les formes des différentes particules de sol.

L’étude des clichés a permis de déterminer que le sol martien sur le site d’atterrissage de Phoenix est composé principalement de trois différents types de particules :

  • (1) une poussière orange, très fine (de l’ordre du micromètre) constituant la majeure partie du sol,
  • (2) des particules noires de 50 à 80 micromètres de diamètre,
  • (3) et enfin des particules de couleur variable, de translucides à brunâtres, et de taille similaire aux particules noires.


  • Images obtenues grâce au microscope optique de l’instrument MECA sur Phoenix. Des particules multicolores de 50 à 80 micromètres de diamètre, dans un fin matériau orangé. (crédit : NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/Imperial College London)

    Des comparaisons avec les images prises par les microscopes des robots Spirit et Opportunity ont montré que les particules de type (1) et (2) semblent être communes aux trois sites d’atterrissages : cratère Gusev, plaine de Meridiani et Vastitas Borealis pour Phoenix. En revanche, les particules de type (3) seraient spécifiques au site d’atterrissage de Phoenix et pourraient être des projections de matériaux d’origine volcanique, formées suite à l’impact qui a créé le cratère Heimdall et/ou suite à l’activité du volcan Alba Patera (cf introduction).

    Par ailleurs, Phoenix était également équipé d’un microscope à force atomique (AFM), capable de faire apparaître des détails de l’ordre du nanomètre. Cet instrument a notamment permis la détection d’argile, témoin d’une longue période d’écoulement d’eau liquide.



    A gauche : image obtenue grâce au microscope à force atomique de l’instrument MECA sur Phoenix. A droite : image obtenue sur Terre par un instrument similaire sur un échantillon d’argile (largeur de l’image : 23 micromètres). (crédits : NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/University of Neuchatel/Imperial College London et Photo courtesy of Michael Velbel, Michigan State University, and William Barker, University of Wisconsin-Madison)



    La composition chimique du sol martien : détection de perchlorates et de carbonates

    Les quatre mini-laboratoires de chimie (parts de l’instrument MECA) que transportaient Phoenix ont bien fonctionné et ont révélé avec succès la composition chimique du sol martien, une fois prélevé et dissous dans 25 mL d’eau liquide.

    D’après les premiers résultats des analyses, la composition ionique du sol, en pourcentage massique (c’est à dire pour 100g de sol), est de 0,03% d’ions potassium (K+), 0,04% d’ion chlorure (Cl-), 0,1% d’ion sodium (Na+), 0,15% de magnésium (Mg2+) et 0,75% d’ions perchlorate (ClO4-).

    La détection d’ions perchlorate a été une découverte capitale de la mission. Sur Terre, on trouve des perchlorates d’origine naturelle dans les endroits désertiques, comme par exemple dans le désert d’Atacama, mais en concentration plus faible que celle observée dans le sol martien analysé par Phoenix. Ces perchlorates sont formés par réactions photochimiques dans l’atmosphère. Ce pourrait être également leur voie de formation sur Mars.

    Le perchlorate étant un fort oxydant, on a d’abord pensé qu’il pourrait causer l’oxydation de toute matière organique potentiellement présente dans le sol... En fait, dans les conditions martiennes normales, les ions perchlorates sont stables et ne détruiraient donc pas les molécules organiques. En revanche, en chauffant le sol pour détecter ces molécules, l’augmentation de température peut en effet faire craindre une oxydation des potentielles molécules organiques par ces ions perchlorates. Peut-être est-ce pour cela que les atterrisseurs Vikings n’ont pas détecté de molécules organiques dans le sol martien dans les années 70 ?


    Le sol martien dans la pelle de Phoenix, vu de très près par la caméra du bras robotique. La largeur de l’image fait environ 1cm. (crédit : NASA/JPL-Caltech/UA/MPS Lindau)

    Quoiqu’il en soit, même si de prime abord une image de destructeurs de molécules organiques, et donc de vie, peut être associée aux perchlorates, il pourrait en être tout autrement !
    En effet, la présence de ces perchlorates, associée à une source d’eau liquide, pourrait être un environnement idéal pour le développement de certains microorganismes ! On trouve de tels microorganismes sur Terre, qui utilisent les perchlorates comme source d’énergie, alors pourquoi pas sur Mars ?! Dans les conditions qui règnent actuellement sur Mars, peut-être pas... (pas d’eau liquide détectée au niveau du sol martien, rayonnement UV destructeur à la surface) mais dans un lointain passé, qui sait ?
    Par ailleurs, les perchlorates ont un important « effet antigel » , c’est à dire qu’il peuvent abaisser la température de gel de l’eau, lui permettant de se maintenir à l’état liquide jusqu’à –70°C ! Nous y reviendrons dans notre prochain article.

    Au final, la détection de perchlorate pourrait donc constituer un signe positif d’habitabilité. Reste à savoir s’ils sont communs sur Mars ou bien si leur présence est restreinte au seul site d’atterrissage de Phoenix...


    Les perchlorates, une découverte majeure de Phoenix, cachés au fond des tranchées creusées par la sonde ! (crédit : NASA/JPL-Caltech/UA/Thomas Appéré/Wikipedia)


    Les carbonates : une fenêtre sur le passé humide de Mars ?

    Pour la première fois, le pH du sol a pu être mesuré directement dans les mini-laboratoire de chimie du MECA. Verdict : le sol a un pH basique de 8,3 (± 0,5), étonnamment semblable au pH des sols et des océans terrestres ! Par ailleurs, l’ajout automatique de pastilles d’acide dans les mini-laboratoires lors des analyses n’a pas changé le pH de la solution de sol. En chimie, cela signifie qu’une substance contenue dans le sol maintient le pH à une valeur constante que l’on ajoute un peu d’une base ou d’un acide à cette solution : il s’agit d’un effet tampon.
    Les carbonates ayant un rôle de tampon très important dans le sol et l’océan sur Terre, et l’instrument TEGA ayant par ailleurs détecté la signature de carbonates, le recoupement était sans ambiguïté : Phoenix a bien détecté des carbonates (CaCO3) dans le sol martien, à une concentration de 3 à 5 % en masse !

    La recherche de carbonates sur Mars est une longue histoire, et Phoenix y a brillamment apporté de nouvelles données. Pour plus d’information sur cette découverte, nous vous conseillons la lecture de notre précédent article du 4 octobre 2008, « Phoenix détecte enfin les carbonates martiens ».


    Tranchées creusées par Phoenix dans le sol martien (crédit : NASA/JPL-Caltech/UA)

    L’habitabilité du site d’atterrissage de Phoenix

    Faisons maintenant un bref bilan : détection d’argile et de carbonates témoignant d’un passé aqueux, composition minéralogique du sol trahissant une importante interaction passée avec l’eau liquide et présence de nutriments nécessaires à la vie (potassium, sodium etc...), possibilité de films d’eau sur les particules de sol (films d’eau liquide envisageables lorsque l’humidité augmente ? - cf notre prochain article), pH du sol de 8,3 idéal pour l’épanouissement de la vie telle qu’on la connaît sur Terre, perchlorates pouvant servir de source d’énergie pour d’éventuels microorganismes !...

    Eh oui, derrière un aspect peu hospitalier -plaine nordique désertique, au paysage désolé- le site d’atterrissage de Phoenix semble être celui qui réunit le plus d’indices d’un important potentiel d’habitabilité dans le passé, et peut-être dans un passé pas si lointain que cela...

    Fin de ce deuxième article faisant le bilan de la mission Phoenix.
    Troisième article : "Phoenix, le bilan : l'eau dans tous ses états ?"

    Par Olivier Poch

    Sources : cet article a été réalisé à partir des résumés des conférences qui seront données du 23 au 27 Mars à Woodlands au Texas pour la 40ème session de la Lunar and Planetary Science Conference (LPSC 2009).

  • Pour revivre la mission de Phoenix, rendez-vous sur la page « Missions en direct ! » d’Orbit-Mars et dans la Galerie d’images !

  • Plus d'informations sur la sonde dans notre dossier : cliquez ici !


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