S’il est bien une planète qui fascine l’humanité toute entière, c’est Mars. Le patron de Space X Elon Musk ambitionne notamment d’y envoyer une mission habitée d’ici 2030. Mais aujourd’hui, que sait-on vraiment de Mars ? Pourquoi la planète rouge inspire-t-elle tant agences spatiales et cinéastes ? Voici une carte d’identité de notre planète voisine.

Vue comme si l'on était sur Mars, du cratère de Gale. En couleurs réalistes orangées.

Formation martienne dite “Kimberley” à la base du Mount Sharp. Image de la caméra du mât du rover Curiosity, 2017. Crédit: Nasa/JPL-Caltech/MSSS

Mars célèbre pour son eau

La quatrième planète la plus éloignée du Soleil est petite par la taille – environ une demi Terre – mais grande par son intérêt scientifique. Située à 228 millions de kilomètres du Soleil, Mars aurait autrefois possédé des mers chaudes, salées, avec des lacs d’eau douce, sans doute de la neige au sommet de ses monts, des nuages et un cycle de l’eau!

En 2015, la présence d’eau en saumure, un liquide proche de l’eau salée de nos océans et saturé en sels, aurait même été détectée par la sonde américaine Mars Reconnaissance Orbiter. Les sels, très absorbants, abaissent le point de congélation de l’eau, lui permettant ainsi de rester sous forme liquide et de s’écouler sous des températures inférieures à 0°C. En effet, la surface de la planète rouge oscille entre 20 et -143°C…

Bien qu’une équipe du laboratoire Géosciences Paris Sud suggère aujourd’hui que ces coulées ne seraient en réalité que de simples avalanches de sable, il reste à étudier les variations fines des coulées au cours du temps. Pour les astrophysiciens, le mystère reste entier, tout comme l’espoir d’un jour détecter le précieux liquide sur notre voisine.

Montagne sur lesquelles on observe des traînées noirâtres qui correspondent à un écoulement d'eau liquide en saumure sur Mars. Découverte en 2015 par la sonde Mars Reconnaissance Orbiter

Pentes du cratère martien de Hale. Les coulées noirâtres sont formées par des écoulements d’eau liquide en saumure, découverts en 2015 par la sonde américaine Mars Reconnaissance Orbiter. Crédit: Nasa/JPL/University of Arizona

Plus fou encore, la Nasa a fait l’annonce début juin 2018 de l’identification par le rover Curiosity d’un cycle du méthane sur la planète rouge et… de molécules organiques! Le rover américain, sur Mars depuis 2012, a permis grâce à l’instrument Sample Analysis at Mars (SAM), de repérer des chaînes d’atomes contenant du carbone et de l’hydrogène dans des roches âgées de plus de trois milliards d’années. Or, à cette époque, de l’eau liquide aurait coulé sur Mars! Ainsi, deux ingrédients nécessaires à l’apparition de la vie étaient vraisemblablement réunis au même moment à une époque sur la planète rouge…

Mars, la planète rouge

Mars est une planète tellurique, c’est-à-dire rocheuse, dix fois moins massive que la Terre. Vue de la Planète bleue, elle apparaît rougeâtre de part la poussière riche en oxyde de fer qui recouvre sa surface. Une fois hydraté, l’oxyde de fer devient rouille, d’où la couleur ocrée de notre planète voisine. C’est d’ailleurs ce qui fait qu’on l’associe à la guerre depuis l’Antiquité, d’où son nom faisant référence au dieu de la guerre dans la mythologie romaine.

Les pôles de Mars sont en permanence recouverts de calottes blanchâtres, très variables en fonction des saisons. Au début du printemps boréal par exemple, la glace du pôle nord, exposée au Soleil, se sublime. Autrement dit, elle passe directement de l’état solide à l’état gazeux. Cette sublimation crée ensuite des masses d’air à l’origine de vents qui soulèvent d’importantes quantités de poussières, et sont susceptibles de déclencher des tempêtes de poussière à l’échelle de la planète tout entière.

Vues de Mars par le télescope spatial Hubble, avant et après une tempête de poussière globale à l'été 2001. Avant (sur la gauche) on voit la surface de Mars et les calottes polaires très étendues. Après (à droite), les calottes polaires ont diminué car la glace s'est sublimée et l'atmosphère est emplie de poussière martienne.

Vues de Mars par le télescope spatial Hubble, avant et après une tempête de poussière globale à l’été 2001. Crédit: Nasa/Hubble

D’autre part, la planète Mars se caractérise par une opposition très nette entre l’hémisphère nord constitué de vastes plaines lisses, et l’hémisphère sud formé de plateaux riches en cratères d’impacts. L’hémisphère nord est entre 1 km et 3 km moins élevé que l’hémisphère sud, et l’épaisseur de la croûte y est de 32 km contre 58 km pour les plateaux du sud.

Cette “dichotomie” serait apparue il y a environ 4 milliards d’années. Le coeur des géophysiciens balance aujourd’hui entre deux théories pour expliquer cette coupure: l’une est liée à la dynamique interne de la planète (au niveau du manteau et tectonique des plaques), et l’autre à un ou plusieurs grands bombardements qui auraient entraîné la fusion des terrains de l’hémisphère nord.

Dichotomie de Mars: planisphère avec l'hémisphère nord en bleu riche en plaines lisses et l'hémisphère sud en orange, truffé de cratères d'impacts anciens. On y voit aussi volcans et canyons.

Dichotomie entre les hémisphères nord et sud de Mars. Crédits: John L. Smellie, University of Leicester/Benjamin R. Edwards, Dickinson College, Pennsylvania

À noter que les terrains de l’hémisphère nord sont plus jeunes que ceux de l’hémisphère sud, ainsi que  marqués par une ancienne présence d’eau liquide abondante et acide.

Des volcans monumentaux

Au contact de la limite géologique matérialisant la dichotomie, les régions du dôme et Tharsis et d’Elysium Planitia regroupent une forte concentration de volcans. C’est d’ailleurs sur le renflement de Tharsis que se trouve le plus grand volcan du Système solaire, l’Olympus Mons, qui culmine à plus de 21 000 mètres d’altitude!

Image en noir et blanc qui représente l'Olympus Mons en 3D.

Vue en 3D du plus grand volcan du Système solaire, l’Olympus Mons sur Mars. Crédit: Nasa

En outre, contrairement à la Terre, Mars ne possède pas de tectonique des plaques. D’où la taille colossale de ses volcans. Sur notre planète, la croûte se déplace par rapport au point chaud situé dans le manteau qui éjecte de la lave en surface, ce qui forme une succession de petits volcans. Sur Mars, la lave s’accumule en un seul et même point donnant naissance à des volcans gigantesques. Aujourd’hui, la planète rouge a perdu la quasi-totalité de son activité géologique interne. Seuls quelques glissements de terrain, geysers de CO2 aux pôles, séismes et petites coulées de laves se produisent encore.

Cratères et vallées

De son côté, l’hémisphère sud de Mars est parsemé de cratères d’impacts. Argyre Planitia et Hellas Planitia sont les deux plus remarquables. Le second d’environ 2 200 km de diamètre et 9 500 m de profondeur est la plus grande structure d’impact observable sur la planète.

Hellas Planitia, le plus grand cratère d'impact de Mars, représenté sur la planète vue dans son ensemble.

Hellas Planitia, le plus grand cratère d’impact de Mars. Crédit: Université de Nantes

Contrairement aux cratères lunaires dont l’aspect ne change pas avec le temps, les cratères martiens sont soumis à une érosion d’origine atmosphérique qui altère leur forme, arrondit leurs bords et recouvre leur intérieur d’une épaisse couche de poussières. Ils restent cependant bien visibles.

Par ailleurs, la surface de la planète rouge est dotée du plus grand canyon du Système solaire. Les gorges du Valles Marineris atteignent 8 000 m de profondeur et s’étendent d’ouest en est sur plus de 3000 km. En comparaison, le Grand canyon en Arizona (États-Unis) est profond d’au maximum 1,8 km pour 800 km de long…

La planète Mars et en son centre, horizontal, le plus grand canyon du Système solaire: Valles Marineris

Valles Marineris: le plus grand canyon du Système solaire fend la surface de Mars. Crédit: Nasa

Dans le voisinage de Valles Marineris, une multitude de petites vallées évoquent des lits de rivière asséchés. Un indice qui oriente les scientifiques vers une histoire de Mars durant laquelle l’eau liquide coulait à flots.

Enfin, la gravité de surface sur Mars est seulement de 38 % celle de la Terre (3,71 contre 9,80 m/s2). La microgravité est connue pour causer des problèmes de santé tels qu’une perte musculaire et de la déminéralisation, mais ce n’est pas pour décourager les projets de colonisation de la planète rouge.

Structure interne de Mars

À ce jour, la structure interne de la planète rouge n’a pas pu être déterminée directement. En effet, les sismomètres des sondes du programme Viking de la Nasa lancées dans les années 1970 n’ont pu effectuer aucune mesure fiable à cause de leur sensibilité au vent… Pour l’heure, on suppose donc que Mars possède un intérieur standard, constituée d’une croûte d’environ 50 km d’épaisseur, d’un manteau d’environ 1650 km d’épaisseur et d’un noyau approximativement de 1 700 km de rayon, essentiellement, voire entièrement, liquide.

Schéma en coupe de la structure interne de Mars: on y voit le noyau, le manteau et une croute, le tout dessiné dans les tons marron et rouge.

Structure supposée de Mars: la composition interne de la planète rouge reste à ce jour une énigme. Crédit: Cnes

Pour en savoir plus, il faudra attendre que le sismomètre SEIS (Seismic Experiment for Interior Structures) de la mission InSight qui a décollé début mai 2018 arrive à destination le 26 novembre 2018.

Atmosphère

L’atmosphère martienne se compose de 96% de dioxyde de carbone (CO2), 2% d’argon (Ar), 1,9% d’azote (N2 et NO), et de traces d’oxygène, de monoxyde de carbone, de vapeur d’eau – en quantité suffisante pour donner naissance à des nuages de glace ou du brouillard – et d’autres gaz. Les images prises depuis la surface de la planète montrent que le ciel apparaît orange, ce qui est vraisemblablement dû à de fines particules de poussière d’oxyde de fer, la même qu’au sol, en suspension.

Mars possède une atmosphère orange et ténue. Crédit: Cnes

Très ténue, l’atmosphère de Mars se caractérise par une pression inférieure à 1% de la valeur terrestre. Les futurs explorateurs auront donc nécessairement besoin de combinaisons spatiales pressurisées. Cependant, Mars n’a pas de magnétosphère, cette bulle magnétique de protection contre les particules du vent solaire. Tandis que les radiations au niveau de l’orbite martienne sont 2,5 fois plus fortes que celles qui atteignent la Station spatiale internationale! Une problématique à prendre en compte lors des futures missions habitées…

Deux lunes: Phobos et Déimos

Enfin, la planète rouge ne possède pas d’anneaux mais deux petits satellites naturels: Phobos et Déimos. Le premier de 27 x 22 x 18 km est de forme irrégulière. C’est le plus proche de sa planète, orbitant à environ 9000 km de Mars. Il “tombe” vers Mars de 18 cm chaque année, à cause de l’attraction gravitationnelle de la planète. À ce rythme, dans 11 millions d’années, Phobos sera si proche de la surface martienne que la gravitation le fera se désagréger, à environ 4 000 km d’altitude.

Vue de la partie inférieure, en couleur marron orangé, de Phobos, le satellite naturel le plus proche de Mars.

Phobos vu par la sonde Mars Reconnaissance Orbiter en 2008. Crédits: Nasa/JPL-Caltech/University of Arizona

Déimos, pour sa part, est plus petit et plus éloigné. De taille 15 × 12 × 10 km, il orbite à environ 23 000 km d’altitude. Comme son homologue, il est de forme irrégulière et parsemé de cratères.

Déimos vu par la sonde Mars Reconnaissance Orbiter en 2009. Crédits: HiRISE/MRO/LPL/University of Arizona/Nasa

D’après les dernières publications scientifiques, ces deux lunes, nommées après les jumeaux des dieux Mars et Vénus dans la mythologie romaine, seraient le résidu d’un impact entre la planète rouge et un astéroïde. Les débris de cette collision auraient alors formé un anneau dans lequel se seraient accrétés une douzaine de satellites. Seuls les deux plus éloignés auraient survécus, Phobos et Déimos, l’attraction gravitationnelle de Mars désintégrant les autres.

Futures missions d’exploration

Ce sont toutes les spécificités de Mars passées en revue dans ce dossier qui font de la planète rouge un astre unique; notamment la présence passée d’eau, précieux indice dans la recherche de vie extraterrestre. En effet, la vie “carbonée” telle qu’elle existe sur Terre, utilise principalement les éléments chimiques carbone, hydrogène, oxygène, azote, phosphore et soufre. Or, ces éléments doivent exister dans de l’eau liquide, car c’est dans ce milieu que se produit la chimie du vivant telle que nous la connaissons. Les réactions dans d’autres solvants seraient limitées.

De plus, l’eau existe massivement dans l’Univers, sous forme de vapeur et de glace. Mais il faut des conditions très particulières pour la trouver liquide. Mars est à l’heure actuelle la meilleure candidate à pouvoir abriter cette eau liquide, tout en restant accessible aux sondes spatiales et rovers d’exploration.

Vue d'artiste d'un hélicoptère de la Nasa posé sur le sol rouge de Mars dans le cadre de la mission Mars 2020.

Mars 2020: la mission de la Nasa devrait comporter un hélicoptère autonome. Crédit: Nasa/JPL-Caltech

Ainsi, malgré les restrictions de budget des agences spatiales internationales, les missions martiennes se multiplient. L’eau a coulé sous les ponts depuis le premier survol de Mars par la sonde américaine Mariner 4 en 1965… On a cité précédemment l’atterrisseur InSight parti début mai 2018. La sonde américaine Maven qui étudie la disparition de l’atmosphère martienne et l’indienne Mars Orbiter Mission gravitent autour de la planète rouge depuis 2014. La mission européenne ExoMars Trace Gas Orbiter cherche elle à déterminer si le méthane de l’atmosphère de Mars est d’origine biologique.

Enfin, l’Esa doit lancer son rover ExoMars en juillet 2020. Il sera suivi par celui de la Nasa, Mars 2020, chargé de préparer des échantillons qui seront rapportés sur Terre ultérieurement. Et n’oublions pas Elon Musk et sa mission habitée vers la planète rouge prévue pour 2030… C’est certain, Mars n’a pas fini de faire parler d’elle.

Dans notre prochain dossier, les futures missions d’exploration de Mars, robotisées ou habitées, seront à l’honneur.

Observez Mars !

L’année 2018 est une année martienne, la planète rouge sera très bien visible pendant tout l’été ; alors profitez-en pour l’observer, à l’œil nu ou au télescope !


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