Elle apportera aussi la vie aux nouveaux Martiens.
Quand on évoque le sujet de l’eau sur Mars, il faut bien distinguer entre l’eau dans le passé et l’eau dans le présent. Dans le passé, on l’associe à la vie qui a pu trouver comme sur Terre un environnement favorable ; dans le présent, on l’associe aux besoins que les hommes qui se rendront sur la planète devront satisfaire.
Dans le passé, il est aujourd’hui incontestable que de l’eau liquide a coulé sur Mars, en abondance. Comme sur la Terre, elle manquait très probablement à l’origine puisse que la planète s’est formée en dessous de la « limite de glace » jusqu’à laquelle le jeune et violent soleil avait repoussé tous les éléments volatiles de son disque protoplanétaire. Mais le système en formation était par définition instable et le « Grand-Tack » de Jupiter et de Saturne (descente vers le Soleil de Jupiter puis rebroussement vers l’extérieur, de concert avec Saturne) fut très probablement apporteur de quantité considérable d’eau de la partie extérieure de la Ceinture d’astéroïdes (celle qui est située au-delà de la limite de glace) et aussi de la Ceinture de Kuiper (au-delà de Neptune) car Saturne retournant à sa place (en fait un peu plus loin), rejeta Neptune au-delà d’Uranus, dans cette Ceinture constituée d’objets riches en glace d’eau (et peut-être beaucoup plus loin, la « Planète 9 » qui aurait pu se trouver là où Saturne se trouve aujourd’hui elle-même…mais c’est une autre histoire !).
Toujours est-il que de l’eau liquide remplit probablement les Basses-terres-du-Nord et de grandes dépressions dans les Hautes-terres-du-Sud (Bassins d’Hellas et d’Argyre, Mer d’Eridania, de nombreux cratères). Un cycle de l’eau exista, avec évaporation sous une atmosphère primitive épaisse et générant un effet de serre puissant par sa très forte teneur en gaz carbonique. Il plut et il neigea, des fleuves coulèrent dans la zone intertropicale vers les points les plus bas ; le sol gorgé d’eau libéra des flux cataclysmiques à l’occasion de la constitution des socles volcaniques surtout celui de Tharsis qui par sa masse déclencha des failles gigantesques (Valles Marineris). Pendant quelques centaines de millions d’années, dans un environnement de sol chaud du fait de l’accrétion récente de la planète, l’eau imprégna les roches et les transformèrent. C’est à cette époque que la vie a pu commencer sur Mars mais rien n’est sûr. On peut dire que les « ingrédients » étaient là mais des différences subtiles d’environnement peuvent avoir « fait la différence ». Peut-être aussi que le temps n’a pas « laissé suffisamment de temps au temps ». En effet déjà vers -4 milliards, l’atmosphère non retenue par une gravité trop faible et non protégée par une magnétosphère suffisamment puissante, avait diminué considérablement (pression semblable à celle d’aujourd’hui). Mais la planète était jeune, la croûte peu épaisse et les émissions volcaniques de gaz et de poussière, importantes et fréquentes. Le second éon martien, l’Hespérien, nommé Theiikien, l’âge du soufre, par l’astrophysicien Jean-Pierre Bibring, prolongea les conditions favorables à l’eau liquide en surface jusque vers -3,5 milliards. Ensuite les épisodes volcaniques se firent de plus en plus rares même s’ils étaient violents (épaisseur de la croûte planétaire). Pour résumer la planète devint un désert aride à cette époque et ne retrouva des conditions « habitables » que par intermittence avec des phases actives de plus en plus espacées et de plus en plus courtes. La question lancinante que l’on se pose depuis que l’exploration de Mars a commencé est donc de savoir si la vie a pu commencer avant cette généralisation de l’aridité (la vie a commencé sur Terre entre -4 et -3,7 milliards d’annés).
Si elle a commencé, elle a pu continuer sous une forme très primitive, dans le sous-sol où l’eau était forcément présente puisqu’on trouve aujourd’hui en abondance de la glace d’eau, sous très peu de régolithe en de nombreux endroits de la zone intertropicale.
Dans ce contexte on passe dans le présent et la possibilité qu’offre la planète du fait de cette glace d’eau, de subvenir aux besoins d’une population humaine. On pourra construire des bases à proximité de dépôts d’eau. L’eau martienne est un peu « lourde » (pourcentage de deutérium élevé, le double, par rapport à l’hydrogène) car les éléments les plus légers ont tendance à se perdre par sublimation dans l’atmosphère et celle-ci dans l’espace, mais elle restera consommable et utilisable pour toutes sortes de besoin (y compris produire du méthane à partir de son hydrogène, dans la réaction de Sabatier). Il ne faut quand même pas imaginer que l’homme puisse être sur Mars aussi insouciant du point de vue de sa consommation, qu’il l’a été sur Terre. Mars est une planète fragile dont les ressources sont limitées, plus que la Terre. Plus rapidement que sur Terre on ne pourra pas y faire « n’importe quoi ». On ne pourra laisser la démographie exploser et il faudra, dès le début de la présence humaine, recycler tout au maximum. On aura l’habitude car durant les premières missions où les équipements et les produits chimiques seront forcément très rares (il faudra importer presque tout produit transformé depuis la Terre et commencer à produire sur place, avec beaucoup de difficultés), les hommes se seront appliqués à ne rien gâcher. De ce point de vue Mars sera un laboratoire écologique et les Martiens un exemple pour les Terriens.
Une utilisation originale de l’eau pourrait être appliquée dans la construction. On pourra faire facilement du « duricrete » (ciment très dur) simplement en mouillant le régolithe mais surtout on peut concevoir que les dômes habitables soient revêtus de blocs de glace dans des enveloppes en plastique (pour éviter la sublimation lorsque la température monte. Cette enveloppe montée sur des sphères géodésiques en métal (martien) aurait pour avantage d’exercer une certaine contre-pression alégeant les efforts sur la structure et de bloquer les radiations solaires, riches en protons comme l’eau avec son hydrogène.
Vous voyez qu’on peut faire beaucoup de choses avec l’eau et par la force de la nécessité et de la rareté, que la créativité sera sans cesse stimulée sur Mars.
Mars n'est pas n'importe quel corps céleste, il est devenu un objet géologique et géographique.
En dehors de la Terre, Mars est maintenant la planète qui est le corps céleste le plus connu. C'est parce qu'il est le plus accessible et le plus semblable à la Terre.
Mars est semblable à la Terre en ce sens que c'est une planète rocheuse qui a été formée près de la Terre, en même temps, avec le même matériel et dans la zone habitable du Soleil (même si située à sa marge). La différence est principalement sa masse et cela a eu des conséquences très importantes. Après la brillante démonstration de l’astrophysicien Alessandro Morbidelli, la plupart des gens s'accordent sur son hypothèse selon laquelle la planète gazeuse géante Jupiter a commencé son accrétion au-delà de la ligne de glace (à environ 3,5 UA) avant que les planètes du système solaire interne commencent à agréger leur propre matière. Quand elle fut assez massive, elle commença à spiraler lentement vers le soleil dans le processus d'absorption de la matière dans sa sphère de Hill. Elle le fit en attirant Saturne dans son sillage (envoie de matière dans sa direction dans le cadre d’une résonance orbitale favorable) et c'est seulement lorsque les deux planètes entrèrent dans une autre résonance les stabilisant, que le couple repartit vers l'extérieur du système. À ce moment-là, Jupiter avait atteint une distance de 1,5 UA au Soleil, près de l'endroit où Mars évoluerait par la suite et une grande partie de la matière qui aurait pu être utilisée par Mars pour grandir avait été avalée par « le monstre ». Si Saturne n’avait pas en quelque sorte « retenu » Jupiter, il n’y aurait pas de planète rocheuse dans notre système solaire intérieur, seulement comme dans beaucoup de système stellaire, un Jupiter chaud orbitant très près de son étoile. Quand Mars se constitua, il ne put que prendre la matière qui restait à sa distance du Soleil. Le résultat est que la masse de Mars n'est qu'un dixième de celle de la Terre (ou de Vénus).
Les conséquences sont nombreuses:
Premièrement, la quantité de matières radioactives en désintégration à l'intérieur de la planète (thorium, potassium et uranium) est moins importante qu'elle aurait dû l'être et la chaleur produite par cette désintégration a été moins élevée; en conséquence, la planète s'est refroidie plus vite que la Terre et sa croûte s'est épaissie plus rapidement; deuxièmement, l'attraction gravitationnelle générée par la masse a été plus faible; par conséquent, la planète a perdu la majeure partie de son atmosphère rapidement. Elle était déjà à peu près la même qu'aujourd'hui il y a environ 4 milliards d'années. De nombreux épisodes volcaniques subséquents ont restitué périodiquement une atmosphère relativement importante, mais lorsque le volcanisme s'est calmé (relativement plus rapidement que sur Terre en raison de la croûte épaisse), il y a environ 3,5 milliards d'années, le volume et le niveau de pression atmosphériques sont restés faibles la plupart du temps. Une basse pression signifie une possibilité très limitée d'eau liquide et des radiations abondantes atteignant le sol. La faible gravité eu une autre conséquence négative: elle a attiré probablement moins d'astéroïdes et de comètes chargées de glace ; il en est résulté moins d'eau au sol. Cela signifie que la teneur en eau (non recyclée par la tectonique des plaques) de la planète était peut-être moins importante que celle de la Terre, ce qui a induit moins de ductilité de la croûte et une très courte période de tectonique de plaques flottant sur le magma du manteau.
Sans tectonique des plaques, les roches ne purent être malaxées, enrichies et renouvelées en permanence, et le volcanisme dut être plus catastrophique que permanent et plus stable géographiquement (Tharsis) que sur Terre puisqu’il était très difficile à la lave de trouver un chemin jusqu’à la surface.
L'avantage pour nous est que, après une période relativement courte (quelques centaines de millions d'années) pendant laquelle Mars a été recouverte d'eau liquide sous une atmosphère assez épaisse, elle est devenue aride, sauf pour des réveils de plus en plus exceptionnels, et qu’elle maintient l'image d’une terre ancienne très peu modifiée par l'érosion (en dehors d’un volcanisme intermittent et d’une érosion éolienne constante).
Aujourd'hui, Mars présente deux régions assez différentes en raison d'une spectaculaire "dichotomie crustale" (peut-être l’accrétion d’un dernier planétoïde géant non complétement répandu à sa surface). En gros, la surface de l'hémisphère Nord est lisse et se trouve à plusieurs kilomètres (jusqu'à plus de 4 km) sous le niveau d'altitude moyen, le « datum » («niveau de référence»). Il est le plus souvent couvert de lave (il y a d'énormes volcans à la périphérie du datum) et de débris provenant d'inondations catastrophiques venus par de gigantesques failles et fleuves ayant leur sources dans les Southern Highlands. La surface de l'hémisphère Sud est beaucoup plus élevée que le datum et elle est très cratérisée et beaucoup plus ancienne. C'est donc dans l'hémisphère Sud que l'on peut trouver la plus grande partie de la plus ancienne surface de Mars (plus de 3,5 milliards d’années), celle qui reste un témoignage de l'époque où il y avait de l'eau liquide sur la planète pendant de très longues périodes de temps. Il existe même des zones où des champs magnétiques fossiles peuvent encore être observés. Malheureusement les hautes-terres sont plus difficiles d'accès (à partir de l’espace) que les basses-terres parce que le terrain est couvert d'obstacles (cratères) et étant plus élevées, elles sont recouvertes d'une atmosphère plus mince, offrant moins de capacité de portance aux vaisseaux qui viennent de la Terre.
Avec moins de pression intérieure, probablement pas de noyau solide (seulement liquide, à confirmer par la mission InSight) la planète n’a pu générer un champ magnétique global très longtemps. Les conséquences sont que les radiations solaires ont un accès plus facile à la surface que sur Terre et la stérilise depuis des milliards d'années (sauf par intermittence).
Pour les futurs astronautes, une caractéristique positive est la présence de glace permanente recouverte d'une fine couche de régolite dans de nombreuses régions de la planète, même dans la zone intertropicale. Ceci est dû au fait que la planète n'est pas stabilisée comme la Terre par une Lune importante et qu'elle change souvent d'obliquité, probablement tous les 120.000 à 140.000 ans environ. Il n'y aura pas besoin d'aller aux pôles pour trouver de la glace!
Il est tout à fait improbable que la vie martienne, si elle a existé, ait pu évoluer au-delà des êtres monocellulaires les plus simples, équivalents de nos procaryotes terrestres (bactéries ou archées). L’exploration de Mars à la recherche de traces de l’émergence de la vie n’en reste pas moins, un objectif passionnant et qui mérite que les hommes y consacrent des ressources non négligeables.
Si la vie monocellulaire de type bactérien a dû commencer sur Terre dès la solidification de la croûte terrestre, juste après l’Hadéen, il y a quelques 4 milliards d’années (premiers indices de « mix » d’éléments chimiques et de composition isotopique légère vers 3,8 milliards), la vie métazoaire (vie pluricellulaire organisée) n’a, elle, commencé qu’il n'y a seulement quelques 600 millions d’années (faune d’Ediacara –« vendobiontes », avant l’explosion cambrienne) et le processus qui a conduit jusque-là a été « semé d’embuches », et d’accidents. Il a fallu notamment que l’oxygène moléculaire produit en rejet métabolique par les premières formes de vie en surface de la planète (cyanobactéries) ait, il y a plus de 2 milliards d’années, à l’occasion du « Great Oxydation Event » puis du premier épisode « Snowball Earth », commencé à s’accumuler suffisamment dans l’atmosphère pour que les eucaryotes monocellulaires (improbables chimères entre bactérie et archée) puissent l’utiliser pour proliférer malgré les dangers que cet oxydant très puissant leur faisait courir (mais incités à le faire par son très grand avantage énergétique). Il a fallu ensuite, beaucoup plus tard, il y a 700 à 600 millions d’années, à l’occasion d’un nouveau déséquilibre planétaire (une nouvelle série d’épisodes Snowball Earth) que les niveaux nouvellement atteints par l’oxygène (encore en dessous mais proches des nôtres) permettent à la population de ces eucaryotes de se structurer en êtres pluricellulaires avec spécialisation par organes constitués chacun de nombreux individus identiques (métazoaires).
Mais l’oxygène moléculaire, indispensable élixir mortel, n’a pu être produit par les cyanobactéries que par photosynthèse à la surface des océans. Sur Mars, la disparition de l’eau liquide en surface, sauf épisodes cataclysmiques par la suite, s’est produite beaucoup trop tôt (vers -3,6 milliards d’années, époque correspondant à celle de nos premiers fossiles de type procaryotique ne pratiquant pas la photosynthèse). Et la surface martienne, mal protégée par une atmosphère insuffisamment épaisse et ne contenant pas d’ozone, a été dès cette époque probablement trop hostile à la vie. Ne comptons donc pas sur une vie martienne évoluée au-delà de l’équivalent des bactéries terriennes anoxiques les plus simples ; mais espérons tout de même. Il n’est en effet pas impossible que des molécules organiques présentes dans une région de l’espace proche de la nôtre, n’ait évolué dans le « bioréacteur » planétaire martien jusqu’à aboutir à une forme primitive de vie monocellulaire utilisant les matières et les sources d’énergies puisées dans un environnement aussi riche que le nôtre à l’origine. NB : tous les éléments chimiques dont nous sommes faits sont présents sur Mars (Carbone, Hydrogène, Oxygène, Azote + Phosphore, Calcium + Soufre, Sodium, Potassium, Manganèse, Fer & Chlore).
Sur Terre, il est de plus en plus probable que la vie ait commencé, avant que les cyanobactéries ne prolifèrent à la surface de l’océan, au sein des cheminées géothermales formées au fond d’un océan acide, aux limites des plaques tectoniques, par des flux d’eau basique chargée d’effluents minéraux, chauffée, mais pas trop (aux environs de 60°C) par le magma (fumeurs gris de type « Lost-City » sur des failles parallèles aux résurgences magmatiques mid-océaniques). Sur Mars, quelques endroits (fond de la mer d’Eridania) ont pu connaître les mêmes conditions et le même phénomène a pu se produire. Mais il n’est pas impossible que les mêmes conditions favorables aient existé également dans des environnements de type Yellowstone (eau chaude, percolant par des failles d’un sol riche en minéraux alcalins à la rencontre de fluides acides descendant de la surface et riches en soufre et en gaz carbonique, avec un différentiel de pH important). C’est donc à ce niveau très primitif, avant photosynthèse, qu’il faut considérer la possibilité de vie sur Mars.
Le processus aurait pu ensuite se développer et se prolonger dans l’environnement du sous-sol, stable, chaud (après les couches des premiers mètres constituées de pergélisol) et protégé des radiations, mais modérément et lentement compte tenu des conditions environnementales (notamment absence d’oxygène et aussi difficulté des contacts entre individus ou populations). C’est la thèse développée par l’astrophysicien Joseph Michalski dans un document scientifique publié en janvier 2018 (voir ci-dessous). Cerise sur le gâteau, le domaine habitable en sous-sol de Mars est beaucoup plus important que sur Terre en raison de la faible masse de la planète (1/10ème de celle de la Terre), donc de la gravité plus faible, ce qui induit une zone de porosité potentielle des roches beaucoup plus profonde (plus du double que sur Terre, jusqu’à 10 km). En fait la limite d’habitabilité est plutôt imposée avant cette profondeur, par la montée de la température au fur et à mesure que l’on s’éloigne du sol, 120°C étant considéré comme un maximum supportable (3 km sur Terre, 6 km sur Mars).
Mais, comme le souligne Joseph Michalski, l’intérêt de Mars n’est pas seulement d’offrir la possibilité d’observer une forme de vie ailleurs que sur Terre, elle est aussi d’offrir la possibilité d’observer le cheminement de l’évolution pré-biotique jusqu’à la vie. Sur Terre, seulement 0,001 % de la surface est suffisamment ancienne pour porter des traces de l'époque où il a dû se dérouler car le reste est totalement inaccessible sous des sédiments ou, surtout, profondément transformé par la tectonique des plaques dont le rouleau compresseur fonctionne depuis plus de 2 milliards d’années. Sur Mars, les surfaces non transformées plus anciennes que 3,5 milliards d’années représentent plus de la moitié de la totalité et le sous-sol immédiat non transformé par les épanchements de lave de l’Hespérien et de l’Amazonien, est encore plus important.
Vous voyez l’enjeu ? Aller sur Mars n’est pas seulement « aller se balader » dans un endroit exotique, c’est aussi chercher les sources de la vie, que l’on ne peut espérer trouver, dans un futur proche, nulle part ailleurs. Quel homme resterait insensible à cet argument qui nous interpelle sous diverses formes depuis que nous sommes conscients ?!
Référence : “The Martian subsurface as a potential window into the origin of Life” par Joseph Michalski et al. in Nature Geoscience, janvier 2018; doi.org/10.1038/s41561-017-0015-2.