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Phoenix, le bilan : l'eau dans tous ses états ?

le 21-04-2009 à 22:22

Troisième partie de notre bilan de la mission Phoenix. Après un aperçu du déroulement de la mission et des indices d'habitabilité découverts, nous abordons maintenant la question de l'eau sur le site d'atterrissage de Phoenix.

L’un des résultats majeurs de la sonde Phoenix est la confirmation de la présence de glace d’eau à quelques centimètres sous la surface de Mars. Ce n’est pas une découverte car dès 2002, la sonde Mars Odyssey avait détecté grâce à l’instrument GRS cette glace d’eau souterraine. Mais c’est bel et bien la première fois qu’un appareil envoyé par l’homme touche la glace martienne. De la glace, Phoenix en a également observé dans les nuages qui ont surplombé sa zone d’atterrissage. Et un résultat récent semble indiquer que la sonde a également photographié de l’eau liquide.


Phoenix sur Mars, le bilan de la mission (crédit : NASA/JPL)

De la glace souterraine

Les premières photos envoyées par Phoenix de son site d’atterrissage ont dévoilé des plaines formées d’une multitude de polygones (voir photo ci-dessous). On retrouve ce type de formations sur Terre, dans les zones arctiques où le sol contient une grande quantité de glace. Le sol, appelé alors pergélisol, subit des cycles de gel/dégel qui le contracte, le déforme pour créer ces polygones. Le terrain sur lequel s’est posé Phoenix présente donc toutes les caractéristiques d’un sol riche en glace. Par ailleurs, quelques années plus tôt, la sonde américaine Mars Odyssey avait détecté la présence de glace dans le premier mètre du sol martien à l’endroit où Phoenix a atterri. La tâche de Phoenix revenait donc à déterminer à quelle profondeur se situait ce plancher de glace.


Les premières photos envoyées par Phoenix de son site d’atterrissage ont dévoilé des plaines formées d’une multitude de polygones (crédit : NASA/JPL/UA)

Après avoir déployé son bras robotique, Phoenix se met au travaille et excave quelques pelletées de « terre » martienne. Un matériau blanc et brillant apparaît alors au fond de la tranchée. De la glace ? Pour l’instant on ne le sait pas encore, ce pourrait être des sels minéraux comme ceux révélés par l’une des roues du rover Spirit, dans le cratère Gusev (voir cette image dans la Galerie). Ce même matériau blanc est observé directement sous le lander, en effet en freinant Phoenix lors de son atterrissage, ses rétrofusées ont balayé quelques centimètres de terre martienne (voir photo ci-dessous).


Vue de la plaque de glace affleurante sous la plate-forme de l’atterrisseur Phoenix

S’agit-il de glace ? La réponse arrive quelques « sols » plus tard (un sol est un jour martien, soit 24h37). En effet, au fond de la tranchée se trouvait des petits morceaux de matière blanche. 4 sols plus tard, ils ont disparu ! (voir photo ci-dessous). Du sel ne peut pas disparaître ainsi.
L’explication la plus probable est que ce matériau est constitué de glace d’eau qui s’est sublimée en l’espace de 4 sols. La réponse définitive est obtenue lors de l’analyse par spectrométrie de masse. Phoenix a bel et bien touché, gratté, « goûté » de la glace d’eau martienne.


De la glace d’eau sur Mars : la preuve par la sublimation ! (crédit : NASA/JPL/UA/Thomas Appéré)

Les tranchées successives effectuées par la pelle mécanique de Phoenix ont montré que ce plancher de glace n’est pas situé partout à la même profondeur. Au centre des polygones, la glace se trouve à 2 cm de profondeur environ. Quand on se rapproche du bord des polygones, il faut creuser 16 cm avant de rencontrer la glace.

Au fil des jours martiens, la glace au fond de la tranchée Dodo/Goldilocks disparaît peu à peu. Sous une couche de terre martienne, la glace est protégée des conditions de faible pression martienne. Mais exposée à l’air libre, elle n’est plus stable et se sublime progressivement (voir photo ci-dessous).


La glace blanchâtre affleurante au fond de la tranchée se sublime progressivement. (crédit : NASA/JPL/UA/Thomas Appéré)

Phoenix a donc confirmé la présence à quelques centimètres sous la surface de Mars d’un important réservoir de glace d’eau. Cette glace d’eau fut autrefois eau liquide, s’étendant en lacs, mers voire océan à travers les plaines du Nord. Savoir que de la glace se trouve si près du sol est également très intéressant pour l'exploration humaine de Mars. En effet, pas besoin d'embarquer avec soi de grandes quantités d'eau sur Mars. Il est juste nécessaire d'en emmener pour le voyage aller. Sur place, si on se pose aux hautes latitudes Nord, il suffit de creuser quelques centimètres pour trouver de la glace en abondance. Plus près de l'équateur, il faudra creuser plus profondément. Mais l'eau est bien là, sur place !


Un givre saisonnier

Phoenix a également détecté cette glace d'eau sous forme de givre se condensant lorsque la température du sol martien est suffisamment basse. La première observation de ce givre s'est faite au sol 80, puis jour après jour les observations de givre se sont répétées. Phoenix en a photographié sur son petit pendule, instrument donnant la direction et la force du vent.
Le givre s'est déposé préférentiellement au fond des tranchées, leurs parois faisant de l'ombre et abaissant de ce fait la température.


Du givre sur le site d’atterrissage de Phoenix (crédit : NASA/JPL/UA/Thomas Appéré)

Cette condensation de givre à la surface de Mars est un phénomène saisonnier, comme sur Terre. Mais le givre saisonnier martien est bien différent du givre terrestre. En effet, l'atmosphère martienne est principalement composée de gaz carbonique. Durant l'hiver martien, la température descend sous le point de solidification du CO2, qui se condense alors au sol. Phoenix n'a pas observé la formation de ce givre carbonique car il n'a pas survécu assez longtemps. Mais les sondes en orbite martienne ont acquis de grandes quantités de données sur ce givre, d'abord givre d'eau puis mélange de givre d'eau et de givre carbonique. Le terme "givre" n'est alors plus très approprié puisqu'il peut atteindre une épaisseur de plus d'un mètre ! Un phénomène sans analogue sur Terre. Au cours de l'hiver martien, lorsque le site d'atterrissage de Phoenix sera plongé dans la nuit polaire, le lander sera piégé dans une gangue de glace carbonique. Cette glace se sublimera progressivement au fur et à mesure que le printemps arrivera. Pour en savoir plus, nous vous proposons de lire notre précédent article entièrement consacré au givre saisonnier sur Mars.


Des nuages

Une autre manifestation de la glace d'eau sur Mars est la présence de nuages. Phoenix a observé ces nuages de glace d'eau se déplacer dans le ciel martien (voir animation ci-dessous). Le lander était doté d'un LIDAR, un laser pointé vers le ciel qui a permis de déterminer l'altitude de ces nuages. En effet, lorsque le faisceau laser vient "percuter" une particule de glace d'eau du nuage, il se réfléchit et retourne vers le sol. En déterminant le temps mis par le faisceau laser pour faire l'aller-retour, on peut remonter à l'altitude du nuage. Au solstice d'été, les nuages étaient situés à des altitudes supérieures à 10 km. Plus tard, une brume se formait près de la surface vers minuit et des nuages apparaissaient dans le ciel vers 1 heure du matin, de 3 à 6 km d'altitude. Plus l'été touchait à sa fin, plus la couverture nuageuse augmentait et persistait, bien qu'elle n'ait jamais été observée l'après-midi ou le soir.


Phoenix a observé des nuages de glace d'eau se déplacer dans le ciel martien. (crédit : NASA/JPL/UA)

Le LIDAR a permis également de faire une découverte surprenante : il a neigé au-dessus de Phoenix ! (voir photo ci-dessous) Ces précipitations de neige, issues de nuages à 4 km d'altitude, n'ont pas pu atteindre la surface mais si Phoenix avait pu survivre plus longtemps, il aurait observé la neige se déposer sur ses panneaux solaires et tout autour de lui.


Chutes de neige en altitude observées par le LIDAR de Phoenix (crédit : NASA/JPL/UA)


Phénomène similaire observé sur Terre (crédit : Arabica Ltd 2005)

Des molécules d'eau adsorbées

Grâce à l'instrument TECP (Thermal and Electrical Conductivity Probe), Phoenix a pu mesurer la température et l'humidité relative au-dessus et sous la surface martienne. En effet, cet instrument comportait des petites aiguilles pouvant être enfoncées dans le sol. Les données acquises par l'instrument ont révélées que le sol martien est humide. Il a un peu la consistance d'un sable mouillé, mais la comparaison s'arrête là. En effet, dans un sable mouillé l'eau est présent à l'état liquide et en quantité importante. Le sol martien est imprégné de très faible quantité d'eau, simplement des molécules d'eau "collées" (le terme technique est "adsorbées") à la surface des grains de poussière et de sable. Ces molécules d'eau expliqueraient la cohésion du sol martien (voir photo ci-dessous). Les perchlorates et carbonates détectés dans le sol martien sont peut-être eux aussi responsables de cette cohésion.


Particules du sol martien vues de près dans la pelle mécanique de Phoenix grâce à la caméra située sur le bras robotique. (crédit : NASA/JPL/UA/MPS)

Cette adsorption de molécules d'eau à la surface des grains de sable martien ne se limite pas à la zone d'atterrissage de Phoenix. Partout sur Mars, on détecte cette adsorption d'eau à la surface des grains. Comment la détecte-t-on ? Grâce au spectro-imageur OMEGA sur l'orbiteur Mars Express.
Cet instrument acquière des images de la surface martienne, chaque pixel de l'image contenant un spectre. Ces spectres contiennent tous la bande d'absorption de la molécule d'eau à 3 µm. Une analyse comparée de la texture des sols observées par les landers Viking, Spirit et Opportunity, et Phoenix, permettra peut-être de savoir si c'est bien l'eau adsorbée qui est le facteur majeur de la cohésion du sol martien.


De l'eau liquide ?

A partir de certaines photos acquises par Phoenix, des scientifiques défendent la thèse selon laquelle le lander aurait observé de l'eau liquide. Ces photos montrent des globules blanchâtres présents sur l'un des pieds de Phoenix (voir photo ci-dessous). Au fur et à mesure que le temps passe, deux de ces globules fusionnent. De la glace d'eau ne pourrait pas se mouvoir ainsi, mais de l'eau liquide si. Seulement l'eau liquide n'est pas stable aux conditions de pression et de température martienne. Elle gèle quasiment instantanément avant de se sublimer. Par contre, mettez du sel dans cette eau et elle ne gèlera pas. C'est pour cette raison qu'on sale les routes lorsqu'il y a du verglas : la glace devient liquide et ne pose plus de problème aux automobilistes. De l'eau chargée de 30 à 50% de sel pourrait rester stable à la surface de Mars. On appelle ce genre de solution une saumure. Vincent Chevrier et son équipe de l’Université d’Arkansas ont proposé que ce type de solution salée ait creusé les gullies, ravines très récentes observées sur les flancs de certaines cratères martiens.
De l'eau liquide sur Mars ? Affaire à suivre ...


Des gouttes d’eau liquide très salée sur un des pieds de Phoenix ? Voir une animation réalisée par Emily Lakdawalla de la Planetary Society : cliquer ici. (crédit : NASA/JPL/UA/MPS)

Conclusion

Phoenix a donc apporté aux scientifiques une moisson très riche de données qui nous permettront de mieux comprendre le cycle de l'eau actuel et passé sur Mars. Plus on étudie Mars et plus on s'aperçoit que l'eau est là, en grande quantité, affleurante au niveau des calottes, sous la surface dans les plaines de l'hémisphère Nord, plus profondément à l'équateur. Dans l'atmosphère sous forme de vapeur et de nuages, à la surface sous forme de matériaux hydratés (argiles, phyllosilicates, ...) et de molécules d'eau adsorbées. La glace souterraine permettra aux futurs astronautes martiens de s'approvisionner sur place. Mais cette eau est-elle restée suffisamment longtemps sous forme liquide pour permettre à la vie d'apparaître ? Grande question à laquelle nous n'avons pas encore la réponse.


Par Thomas Appéré

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

Orbit-Mars vous propose de poursuivre la lecture du bilan de la mission Phoenix en découvrant l'article suivant : Phoenix, le bilan : toujours pas de matière organique sur Mars ?

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

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