Depuis que la dichotomie crustale martienne a été observée, les Terriens que nous sommes rêvent d’une planète semblable à la nôtre, avec un océan comme les nôtres qui, en l’occurrence, aurait occupé tout le Nord de la planète (« Oceanus Borealis »). Cela est tentant puisque l’on sait qu’il y a eu de l’eau liquide sur Mars, puisque le fond de l’océan présumé est beaucoup plus lisse et d’altitude beaucoup plus basse que les Hautes terres du Sud qui le bordent et puisque l’on observe des traces d’écoulements puissants dans la zone intertropicale, aboutissant aux Basses terres du Nord.
Il est avéré cependant que la surface de ces Terres du Nord est beaucoup plus pauvre en roches hydratées que les Terres du Sud (notamment en argile ou autres phyllosilicates). Par ailleurs les lignes de rivage apparentes sont moins nettes quand on s’en approche et elles varient considérablement en altitude selon de longues ondulations longitudinales (on dit qu’elles ne suivent pas une « surface équipotentielle »). La première impression, de nature géographique, a donc été reléguée pendant un temps dans la catégorie des fausses impressions intuitives mais depuis quelques temps, l’hypothèse de l’Océan global martien « refait surface ».
En effet, on a d’abord observé que la diélectricité était très faible (comparée à celle typique des matériaux volcaniques) dans tout le sous-sol de la région ce qui indique un sol occupé par de l’eau (glace) ou poreux (suite à la disparition par sublimation de la glace). On a ensuite considéré que les différences d’altitude dans la ligne de rivage diffuse pouvaient être dues à des mouvements internes de la planète ayant eu une influence sur son volume en surface (renforcement du socle volcanique de Tharsis, formation de la déchirure de Valles Marineris, volcans divers à la limite de la dichotomie crustale). On a encore jugé que la température de l’eau avait pu être trop froide, la profondeur trop faible et la permanence d’eau liquide trop courte pour que la transformation des roches par l’eau se soit produite, comme sur Terre. On a enfin observé dans des météorites martiennes que la composition isotopique de l’eau, plus précisément son rapport hydrogène / deutérium, était constante dans tous le bassin de l’océan présumé et que cette composition était différente de celle de l’eau atmosphérique et de l’eau du sous-sol profond, semblant indiquer qu’il y avait eu homogénéité d’un très large volume d’eau liquide en surface (autant qu’aujourd’hui dans l’Océan Arctique terrestre) occupant plus ou moins le volume du bassin de l’hémisphère Nord délimité par la dichotomie crustale.
Avec deux autres études dont l’une date de 2016 et l’autre toute récente (19 mars 2018), on a de nouvelles explications, logiques et fortes, sur le caractère diffus, en certains endroits, des lignes de rivage et les fortes variations en altitude de ces mêmes lignes.
Avant de les considérer, il faut au préalable remarquer que :
(1) la ligne de rivage a forcément changé tout au long des quelques 800 millions d’années où l’océan a été possible, même par intermittence. D’ailleurs deux des trois lignes étudiées par les auteurs et qui correspondent à un océan à deux époques successives de l’Hespérien (entre – 3,7 et – 3,4 milliards), sont en retrait par rapport à la rupture de pente principale de la dichotomie crustale à la hauteur de laquelle se situe la première ligne ((« Arabia »), parce que sans doute le volume d’eau disponible sur la planète était déjà réduit par rapport au volume présent à l’origine (au Noachien tardif, de -4,2 à -3,7 milliards).
(2) pour qu’il y ait ligne de rivage, il suffit qu’il y ait fluide. C’est-à-dire que l’océan peut avoir été de la glace plus ou moins fondue, recouvrant éventuellement de l’eau vraiment liquide, mais aussi contenant, mêlés à l’eau, des quantités plus ou moins importantes de matières solides, boue et roches, compte tenu de la violence de l’environnement (volcanisme, astéroïdes et flux cataclysmiques).
D’après les auteurs des deux nouvelles études, ce serait précisément cet environnement violent qui expliquerait l’imprécision des lignes. Ils remarquent en effet (a) des vestiges de flux lobés orientés vers le Sud et sur des distances plus ou moins importantes selon la pente du terrain (de quelques dizaines à plus de cent kilomètres) et (b) des lignes de reflux rapides encombrées de gros rochers. Ils font le rapprochement entre ces reliefs et les impacts d’astéroïdes, remarquant à l’époque (fin de l’Hespérien, vers -3,4 milliards), la fréquence des cratères d’une trentaine de km de diamètres (espacés de 2 à 3 millions d’années en moyenne), coïncidant avec du volcanisme (épaississement de l’atmosphère et donc possibilité d’eau liquide). Ces traits de reliefs (on pourrait dire de grosses « éclaboussures ») correspondraient selon eux à des « tsunamis », résultant de ces impacts intervenus sur une planète disposant d’une atmosphère non négligeable et dans un milieu aqueux.
Par ailleurs on suppose maintenant de plus en plus que la constitution de la masse du bouclier volcanique de Tharsis a provoqué un « True Polar Wander » (« TPW » ou « dérive des pôles vraie ») c’est-à-dire un basculement en un seul bloc des couches supérieures de la planète par rapport à son axe de rotation. Le volcanisme spectaculaire de Tharsis (trois volcans géants sur un socle gigantesque de 5000 km de diamètre) apparaît en effet comme résultant d’une énorme et exceptionnelle fuite magmatique au travers de la croûte de Mars jusqu’à la surface, provoquée par une longue accumulation de chaleur à l’intérieur et une très grande difficulté à s’échapper du fait de l’épaisseur de la croûte. Tharsis par sa masse, a déséquilibré cette enveloppe extérieure de la planète qui a glissé sur le manteau visqueux (ou les deux sur le noyau liquide) jusqu’à se rééquilibrer après avoir atteint l’équateur. Le déplacement aurait été de l’ordre d’un angle de 20°. Ce déplacement a déformé la croûte d’autant qu’elle était déjà légèrement renflée à l’équateur du fait de la rotation de la planète et que ce renflement a dû se reformer autour du nouvel équateur. Ces déformations conjuguées à celle induite par l’intrusion d’une masse énorme de matière volcanique en surface, a pu provoquer l’ondulation en altitude de la ligne de rivage antérieure que l’on constate aujourd’hui. Par le même coup on peut dater l’Océan martien, d’environ – 4 milliards (avant Tharsis puisque la ligne de rivage la plus ancienne a dû être déformée par Tharsis aux environs de – 3,6 milliards), jusqu’à – 3,4 milliards (après que l’essentiel des flux cataclysmiques provoqués par Tharsis se soient épuisés). Cela sous-entend que, après que l’atmosphère primitive ait disparue (vers – 4 milliards), de nouveaux épisodes d’atmosphère relativement dense se soient reproduits, toujours par volcanisme, ce qui permit à nouveau à l’eau de couler sans se sublimer trop rapidement (marge de liquidité de quelques petites dizaines de degrés et températures fraîches) et donc de remplir à nouveau les Basses Terres du Nord par une vaste étendue liquide ou au moins fluide. Cela sous-entend aussi que ces épisodes de renforcements de densité atmosphérique étroitement liés au volcanisme devinrent exceptionnels à la fin de l’Hespérien / début de l’Amazonien (nettement avant – 3 milliards), mettant ainsi fin aux réapparitions de l’Océan martien.
Petit à petit se dessine ainsi une histoire, assez peu terrienne, qui explique la spécificité de Mars : un climat toujours froid et le plus souvent sec, une atmosphère rapidement dissipée, vers – 4 milliards d’années, et périodiquement faiblement reconstituée par le volcanisme, une eau liquide par intermittence, un océan mais peu d’hydratation de roches. On est bien à la limite de l’habitabilité de surface et peut-être que ces conditions n’ont pas été suffisantes pour l’émergence de la vie, ou juste suffisantes pour quelques tentatives sans lendemain. Dans cette direction, on peut encore avoir des surprises, par exemple découverte de quantités importantes de carbonates résultant du piégeage du CO2 par l’eau de l’Océan primitif (avant Tharsis), dans le fond de cet océan (c’est-à-dire sous le nappage volcanique et les alluvions qui l’encombrent sur plusieurs centaines de mètres) qui signifieraient plus de chaleur et de plus longues périodes d’atmosphère dense. Quoi qu’il en soit, même si Mars n’a jamais été une seconde Terre, elle lui a quand même ressemblé plus que toutes autres planètes que nous connaissons.
Image à la Une : carte de Mars (en projection de Mercator) de l’Astrogeology Science Center (USGS), établie selon les données recueillies par l’instrument Mars Orbiter Laser Altimeter ( MOLA) embarqué par la sonde Mars Global Surveyor (MGS); Crédits: NASA.
NB: La couleur bleue n’indique pas l’eau mais les surfaces situées en dessous du Datum. Les couleurs bleue ou ocre sont plus ou moins intenses selon la profondeur ou l’altitude. Le bloc ocre foncé à l’Ouest est le socle de Tharsis avec ses trois volcans géants. Olympus Mons est juste à gauche de l’ensemble. La tache bleu foncé au Sud Est est le bassin d’Hellas, la région la plus basse de la planète (-8 km par rapport au Datum).
Références :
(a) Mouginot et al.2012. Dielectric map of the Martian northern hemisphere and the nature of plain filling materials.Geophys. Res. Lett. 39, L02202.
(b) Tomohiro Usui et al. Meteoritic evidence for a previously unrecognized hydrogen reservoir on Mars. Earth and Planetary Science Letters 410 (2015) 140-151; Elsevier doi:10.1016/j.epsl.2014.11.022.
(c) Rodriguez, J. A. P. et al. Tsunami waves extensively resurfaced the shorelines of an early Martian ocean. Sci. Rep. 6, 25106; doi: 10.1038/srep25106 (2016).
(d) Robert Citron et al. Timing of oceans on Mars shoreline deformation. Nature, doi:10.1038/nature26144; publié le 19 mars 2018.