Les ravines observées sur la surface martienne ont longtemps constitué une énigme majeure pour les planétologues. Leur ressemblance frappante avec celles formées par l’eau sur Terre contrastait avec l’absence avérée d’eau liquide stable à la surface de la planète rouge. Une nouvelle étude dirigée par Apolline Leclef de l’Institut d’Astrophysique Spatiale de l’Université Paris-Saclay propose une explication : ces formations actives seraient sculptées par le dioxyde de carbone fluide.
L’énigme des ravines martiennes persistantes
Depuis la réception des premières images détaillées de la surface martienne, les scientifiques ont identifié des milliers de ravines, principalement situées sur les pentes des cratères et des mesas, ainsi que sur les parois des vallées. Ces structures, mesurant généralement de quelques mètres à plusieurs centaines de mètres de long, présentent une morphologie similaire aux ravines terrestres formées par l’écoulement de l’eau. La perplexité s’est accrue lorsque des observations répétées ont révélé que certaines de ces ravines montrent des signes d’activité et de modification saisonnière, suggérant un processus de formation continu.
Cependant, les conditions actuelles sur Mars – des températures moyennes de -63°C et une atmosphère extrêmement ténue – excluent la présence d’eau liquide stable en surface. Toute eau présente gèlerait instantanément ou se sublimerait. Cette dichotomie entre l’apparence des ravines et l’environnement martien a alimenté des décennies de débats scientifiques, éliminant progressivement l’eau comme principal agent érosif pour les processus actuels.
Le rôle inattendu du dioxyde de carbone
Une nouvelle recherche, menée par Apolline Leclef et son équipe de l’Institut d’Astrophysique Spatiale de l’Université Paris-Saclay, propose un mécanisme alternatif et convaincant. Publiée en pré-publication sur arXiv, cette étude suggère que le dioxyde de carbone (CO2) sous forme de givre joue un rôle prépondérant dans la sculpture de ces ravines actives. Plutôt que de l’eau, ce serait le CO2, abondant dans les calottes polaires martiennes et déposé sous forme de givre durant l’hiver, qui serait à l’œuvre.
Le processus débute avec l’accumulation de givre de CO2 sur les surfaces en pente durant les mois les plus froids. Lorsque le printemps martien approche et que les températures augmentent, ce givre ne fond pas en un liquide, mais se sublime directement en gaz. Cependant, sous certaines conditions de pression et de température, et piégé sous une couche de régolithe ou de givre plus épais, le CO2 peut transitoirement se comporter comme un fluide dense, exerçant une pression et érodant la surface.
Modélisation et observations convergentes
L’équipe d’Apolline Leclef a utilisé des modélisations numériques complexes pour simuler le comportement du givre de CO2 dans l’atmosphère martienne et son interaction avec le sol. Leurs simulations montrent qu’à l’approche du printemps austral, le givre de CO2 piégé sous des couches de glace ou de sol peut s’accumuler en dessous de la surface. À mesure que le soleil réchauffe le sol, le CO2 emprisonné se sublime rapidement, créant des poches de gaz sous pression. Cette pression peut provoquer des ruptures locales du sol, libérant le gaz qui emporte avec lui des sédiments, sculptant ainsi des canaux.
Ce mécanisme est cohérent avec les observations saisonnières des ravines. Les changements morphologiques sont en effet plus fréquents durant le printemps et le début de l’été martien, des périodes où la sublimation du CO2 est la plus intense. De plus, les simulations reproduisent les caractéristiques morphologiques observées dans les ravines martiennes, telles que la présence de canaux ramifiés, de levées et de dépôts en éventail, qui étaient auparavant difficiles à expliquer sans l’action de l’eau liquide.
Implications pour la géologie martienne
La confirmation du rôle du CO2 fluide dans la formation des ravines redéfinit notre compréhension des processus géologiques actifs sur Mars. Elle souligne que même dans des environnements considérés comme arides et froids, des agents autres que l’eau peuvent remodeler significativement les paysages planétaires. Cette découverte renforce l’idée que Mars est une planète dynamiquement active, où les variations saisonnières des composés volatils comme le CO2 sont des forces géomorphologiques puissantes.
Ces travaux invitent également à une réévaluation des marqueurs géologiques pour la recherche de l’eau liquide passée ou présente. Si des formes apparemment « aquatiques » peuvent être créées par le CO2, une prudence accrue est nécessaire pour interpréter les preuves morphologiques de l’eau. Cela ouvre de nouvelles perspectives pour l’étude des climats passés et des cycles des composés volatils sur Mars, essentiels pour comprendre son évolution.
Perspectives futures de recherche
Cette étude est une avancée significative, mais elle ouvre la voie à de nouvelles questions. Des missions futures, comme le rover Perseverance et les futures missions d’échantillonnage de retour, pourraient fournir des données in situ pour valider davantage ces modèles. La caractérisation précise des propriétés du régolithe martien, sa porosité et sa composition, sera essentielle pour affiner les simulations. L’exploration de régions encore peu étudiées, notamment les zones polaires riches en givre de CO2, offrira des opportunités uniques d’observer ces processus en action et d’en mesurer l’étendue. Comprendre pleinement le cycle du carbone sur Mars est fondamental pour percer les secrets de son histoire climatique et de son potentiel d’habitabilité.