La rareté des roches carbonatées sur Mars, un élément de plus confirmant sa spécificité et rehaussant le défi pour y vivre un jour.
Une étude de Rihanna D. Moore, publiée par le journal scientifique Nature le 16 juin (voir ci-dessous), donne une explication logique très séduisante sur l’évolution planétologique de Mars. Cette explication repose sur la présence de dépôts argileux, leur âge et leur localisation. Cela confirme que Mars a des particularités irréductibles par rapport à la Terre qu’il est impossible de sous-estimer. Il n’en reste pas moins possible pour l’homme de s’y installer en utilisant les technologies que nous maîtrisons plus ou moins (mais de mieux en mieux).
L’étude repose sur la constatation de la présence de dépôts importants d’argiles dans de nombreuses régions de Mars et la constatation que ces dépôts ne sont pas liés au parcours des fleuves. Ils remontent tous à une période où la planète était bien sûr humide (antérieurement à -3,7 milliards d’années) et ils résultent de l’érosion douce et de l’accumulation (‘weathering’) du produit de cette érosion dans des cuvettes d’eau stables (multiples opportunités en raison des cratères creusés par les impacts d’astéroïdes).
Nous sommes, lors de cette morphogénèse, au milieu du ‘Phyllosien’ (l’éon martien le plus ancien, contemporain de notre Hadéen). La croûte de la planète a durci depuis déjà quelques centaines de millions d’années ; la surface est encore chaude mais pas trop ; l’eau liquide est présente partout mais pas autant que sur Terre (Mars ne fut sans doute jamais une ‘planète océan’ comme probablement la Terre) ; entre le sol et l’atmosphère, il y a un cycle de l’eau très actif qui arrose, mouille, imprègne toute surface (roches primitives à dominance mafique ou ultramafique c’est à dire riches en fer et en magnésium), ravine et rassemble les matières ainsi transformées physiquement et chimiquement par l’eau (argiles) dans les creux du relief. Le volcanisme commence, sans atteindre l’ampleur et la violence qu’il connaîtra pendant l’éon suivant (Theiikien/Hespérien) puisque la croûte planétaire est plus mince. Mais, contrairement à ce qui s’est passé sur Terre, il n’y a pas, ou plus, de tectonique des plaques sur Mars (disparue très vite alors que la croûte était encore très mince) car la ductilité du magma est moins grande, la convexion moins puissante et parce qu’il n’y a pas de lune massive comme la nôtre pour faciliter les craquements et la formation de failles (et le renouvellement des roches de surface).
C’est à ce stade que se différencie vraiment Mars de la Terre. Selon Rihanna Moore (entretien avec Texas Geosciences, University of Texas, Austin) :
« Sur Terre, le déplacement des plaques tectoniques expose constamment de nouvelles roches susceptibles de réagir avec l’eau et le CO₂ de l’atmosphère, contribuant ainsi à la régulation du climat. Cependant, comme Mars est dépourvue d’activité tectonique, lorsque les volcans martiens ont libéré du CO₂ dans l’atmosphère, l’absence de source de nouvelles roches réactives aura entraîné la persistance du gaz à effet de serre, provoquant un réchauffement et une humidité accrus de la planète. Ces conditions pourraient avoir contribué à la formation des argiles ».
NB : les réactions chimiques conduisant à la formation d’argile à partir de roches mafiques et ultramafiques riches en silicates ferromagnésiens altérées par de l’eau chargée en CO2, sont les suivantes (plusieurs étapes) :
1. Dissolution du CO2 dans l’eau : CO2 + H2O → H2CO3 (acide carbonique) ; H2CO3 → H+ + HCO3– → 2H+ + CO32- (pour une meilleure compréhension -‘mc’-, HCO3– = bicarbonate et CO32- = carbonate).
2. Altération des minéraux mafiques, en milieu humide : Prenons l’exemple de l’olivine (Mg2SiO4), très abondante dans les roches mafiques martiennes :
Mg2SiO4 + 4H2CO3 → 2Mg2+ + 4HCO3- + H4SiO4 (acide orthosilicique)
Ou, pour les pyroxènes comme l’enstatite (MgSiO3) : MgSiO3 + 2H2CO3 → Mg2+ + 2HCO3- + H2SiO3 (acide métasilicique)
3. Précipitation des carbonates : Les ions magnésium et calcium libérés réagissent avec les ions carbonate pour former des minéraux carbonatés :
Mg2+ + CO32- → MgCO3 (magnésite) Ca2+ + CO32- → CaCO3 (calcite).
Reprise (suite) de la citation sus-mentionnée :
« L’absence de nouvelles roches à la surface (absence de tectonique des plaques) pourrait avoir entravé les réactions chimiques nécessaires à la formation de roches carbonatées, lesquelles se formeraient normalement à partir de roches volcaniques sous-jacentes à la majeure partie de la géologie martienne, compte tenu du CO₂, de l’eau et du temps. La formation continue d’argile pourrait avoir contribué à la pénurie de carbonates en absorbant l’eau et en séquestrant des sous-produits chimiques dans l’argile, au lieu de les laisser s’infiltrer dans l’environnement, où ils pourraient réagir avec la géologie environnante ».
« C’est probablement l’un des facteurs qui contribuent à cette étrange absence de carbonates sur Mars ».
Fin de citation.
Mentionnons aussi que l’éon Theiikien a été l’époque des grands épanchements volcaniques dans les Basses terres du Nord dont l’Océan primitif était en train de s’assécher. Normalement la lave aurait pu elle-même être superficiellement transformée en argiles. Or, comme on le voit dans la carte ci-dessous, les bassins argileux sont quasiment absents dans cette région.
Carte de l’étude montrant l’emplacement des dépôts d’argile sur Mars, ainsi que d’autres caractéristiques géologiques examinées par les chercheurs. Crédit : Moore et al.
Une explication peut cependant être donnée pour que, au contraire, ce nappage des roches primitives par les laves, ait pu accentuer la difficulté pour l’environnement martien de générer des carbonates. Voici ce qui aurait pu se passer :
Chronologie : Le volcanisme martien ne s’est pas arrêté au Theiikien. Après l’évaporation de l’Océan primitif (fin de l’éon Phyllosien/Noachien), les plaines du Nord montrent une activité volcanique très importantes, qui s’est prolongée, au travers du Theiikien, loin dans le Sidérikien/Amazonien.
Nature des laves : Ces laves très fluides (faible viscosité), purent s’étaler sur de vastes distances et recouvrir uniformément les dépôts antérieurs, y compris les argiles.
Métamorphisme thermique : Le passage de ces coulées de lave très chaudes sur des dépôts argileux a pu les ‘cuire’ et les transformer, détruisant leurs signatures minéralogiques originelles.
Après cela on est entré dans une période de plus en plus sèche avec une action de l’eau rare et intermittente dans un contexte de températures généralement froides. Le temps de la diagenèse des roches primitives en argile était passé.
Conséquences :
Compte tenu de l’importance des roches carbonatées pour la vie en général (cycle du carbone) la vie humaine sur Mars sera beaucoup moins facile que sur Terre. Cependant l’élément Carbone existe sur Mars (ainsi que tous les autres éléments chimiques présents sur Terre), ne serait-ce que dans l’atmosphère et l’on pourra toujours l’en extraire. C’est d’ailleurs le projet lancé par la Mars Society (réaction de Sabatier sur le CO2 atmosphérique, après nettoyage des poussières et compression, et avec apport d’un peu d’hydrogène qui proviendra de la glace d’eau).
Il y a d’autres problèmes à surmonter pour s’installer de façon pérenne sur Mars. Ils sont bien connus, notamment, l’aridité (qui n’exclut pas les dépôts de glace accessibles un peu partout en surface), la ténuité de l’atmosphère, la faible protection contre les radiations résultant de cette atmosphère et de l’absence de coque antiradiations protectrice (champ magnétique global) puisque la planète n’a pas de dynamo interne qui la génère.
Cela est aussi une raison pour ne pas envisager d’établissements humains trop nombreux avec, surtout, une population trop importante. Malgré les rêves de certains, il n’y aura pas de terraformation de Mars car la planète n’a pas les ressources suffisantes pour le permettre (outre une gravité insuffisante pour conserver très longtemps l’atmosphère artificiellement créée). Et en faire quelque chose qui ressemblerait à une véritable ‘Nouvelle Terre’ serait beaucoup trop long, au moins de l’ordre du millier d’années et donc sans rentabilité dans un délai raisonnable (il faut toujours penser ‘retour sur investissement’ surtout quand l’investissement est très cher, et il le serait). Il faut donc voir la Mars habitée comme une collection de bulles viabilisées, segmentées (pour limiter la généralisation donc l’ampleur des risques catastrophiques) disposées en basse altitude (épaisseur de l’atmosphère), à proximité de dépôts de glaces d’eau et dans la région équatoriale (ensoleillement maximum et donc besoin d’énergie minimum). Les hommes sortiront peu de ces bulles (radiations) et agiront à l’extérieur principalement via des robots, humanoïdes ou non, commandés en direct (sans décalage de temps) depuis l’intérieur des bulles. Tout ce qui pourra être recyclé devra l’être.
Ce n’est pas une raison pour ne pas y aller !
Illustration de titre : Une mesa riche en argile dans le bassin Hellas de Mars. La couleur bleue près du bord correspond aux argiles aluminifères. La couleur rouge-orange en dessous correspond aux argiles ferrugineuses et magnésiennes. L’image représente une zone d’un kilomètre de diamètre. Crédit : NASA/JPL-Caltech/UArizona.
https://www.nature.com/articles/s41550-025-02584-w
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12 réponses
Tres bonne evaluation de l environnement martien ; Les bulles habitables : oui ce sera ainsi mais faut vvoir en quelle matiere , solide type constructions geodesiques en verre ou autre , ou souples en matieres plastique maintenues sous pression…On pourra peut etre y inclure de petits lacs ou etangs pourquoi pas? SI ces bulles sont assez hautes elles contiendront une atmosphere constamment entretenue….cela peut conduire a un habitat agreable.
Bonjour Pierre Brisson
on parvient a comprendre l absence de roches carbonatees sur MARS bien que cala soit etonnant: encore plus etonnante est la quantite d or presente sur la terre et probablement dans tout le systeme solaire (age de environ 5 milliards d annees ) en rapport avec l age de la voie Lactee(agee de environ 13 milliards d annees): cela fait un differentiel d environ 8 milliards d annees pendant lesquelles un bon nombre d etoiles meme tres massives ont pu nous preceder. Toutefois l or n est pas synthetise par les etoiles :il doit provenir de collisions d etoiles a neutrons peut etre mais cela signifie que pendant 8 millards d annees la voie lactee a ete un vrai feu d artifices ! en accelere cela n arrete pas d exploser de toute part!
Bonjour Robert Niogret.
Votre observation sur les explosions continues est intéressante. A petite échelle, elles sont rares mais aux échelles cosmologiques et déjà au niveau de notre galaxie, ‘elles n’arrêtent pas’. L’univers est fait de rencontres, d’explosions, de diffusions, de concentrations, de transformations dues simplement au passage du Temps en raison de toutes les forces fondamentales en présence et en action.
Et cette vie dure depuis 13,8 milliards d’années!
Pour ce qui est de l’or et des roches carbonatées, je distinguerais ce qui est éléments chimiques d’une part et leurs composés moléculaires d’autre part. Pour simplifier on pourrait dire que les premiers (par exemple l’or) sont créés par les étoiles et les seconds (par exemple les roches carbonatées) par les planètes. Tout est question de milieu physico-chimique, de gravité et de temps.
Oui mais l or ne peut pas en principe etre synthetise dans les etoiles qui vont au max jusqu au fer?
Que ce soit le choc de deux étoiles ou la nucléosynthèse, le principe est le même, une densité extrêmement forte (obtenue d’une façon ou d’une autre) qui réorganise les atomes à numéro atomique élevé au sein d’un plasma. Ce qui est important c’est la différence entre ce processus et une réaction chimique moléculaire qui ne touche pas à l’atome mais le réassocie à d’autres éléments.
lors de la nucleogenese ce qui est interressant c est le » contenant » et le » contenu »:sur ce dernier on explique bien la chose mais sur le contenant ….ce n est pas argumente ! c est surement l espace -temps mais comment?
Voulez-vous parler de la nucléosynthèse primordiale, ou de la nucléosynthèse qui se produit dans les étoiles?
ah oui pardon je causais de la nucleosynthese primordiale
Stephen Hawking a beaucoup réfléchi au sujet. Mais on ne sait rien sur le contenant…et c’est bien le problème. On retombe toujours sur la question « pourquoi quelque chose plutôt que rien? ».
Bonjour Pierre Brisson
alors oui ! peut etre le contenu et le contenant sont ils relies par une dimension particuliere peut etre de nature quantique ???
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dans ce cas il n y aurait ni contenant ni contenu mais une seule entite :le contenant contient le contenu et inversement …tres bizarre
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alors le contenu est constitue par les atomes: plus l on descend profondemment dans les atomes plus l on approche( a des energies enormes ) le mur de Planck infranchissable qui semble border une sorte d ocean quantique qui pourrait bien constituer ce contenant que nous cherchons.
Et alors la nous prenons conscience que les atomes (l univers) beignent interieurement et exterieurement dans cet ocean: en d autres termes si un probleme survient au niveau de cet ocean et bien l univers entier peut etre detruit instantanement dans une enorme gabegie d energie…autrement dit un nouveau big bang …
Pierre Brisson quel effet cela vous fait il d etre beigne interieurement et exterieurement dans un ocean quantique ?
On n’arrive pas à imaginer ce qui a pu exister avant l’Univers. Mais il y avait forcément « quelque chose plutôt que rien ». C’est le premier « Pourquoi ».
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Le souffle du Big Bang vient bien de quelque chose (ou certains diront de « Quelqu’un »). Si le potentiel qui existait alors s’est révélé, c’est qu’il y a eu une anomalie. Sans doute un phénomène quantique, comme vous dites (comme l’évaporation d’un trou noir), à l’occasion duquel, quelque chose est devenu réel qui aurait pu rester virtuel. C’est le second « Pourquoi ».
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Au début, d’après Hawking, il n’y a même pas de matière mais simplement de l’énergie, donc ce Souffle d’une puissance presque infinie.
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Ensuite une détente, un refroidissement et une matérialisation.
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Mais selon Hawking, rien n’était écrit. A tout stade plusieurs possibilités dans la limite des contraintes de l’instant étaient possibles. Et celles qui furent choisies (ou plutôt qui se concrétisèrent) imposèrent de nouvelles contraintes à celles qui suivirent emportées par le Souffle.
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Avec l’expansion nous sommes entrainés dans un espace-temps qui a eu un début (le Big Bang, dans la chaleur extrême) et qui aura une fin (la dilution complète, dans le froid extrême) mais qui est sans limite dans le sens où l’on ne pourra jamais aller enjamber le bord de l’Univers.
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Je trouve cette immensité, cette évolution, cette fragilité (relative) et la possibilité que nous avons de les penser pour simplement y réfléchir, absolument magnifiques.
il nous faut comprendre ce qu est exactement le monde quantique et l energie quantique: c est la que ca bloque!
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il s agit peu etre du veritable univers sous -jacent