Chroniques martiennes

Les dépôts stratifiés décryptés

Jeudi 10 octobre 2002
Les dépôts stratifiés sont la mémoire d'un passé récent marqué par de formidables variations des paramètres orbitaux de la planète rouge

Deux chercheurs français, Jacques Laskar et Benjamin Levrard (Institut de Mécanique Céleste de l'Observatoire de Paris), en collaboration avec un chercheur américain (Brown University), viennent de montrer que les étranges dépôts stratifiés de la calotte polaire nord martienne sont dus à des balancements incontrôlés de la planète rouge. Les résultats de cette étude ont été publiés dans le numéro du 26 septembre de la prestigieuse revue Nature. Jacques Laskar est l'un des chercheurs les plus influents en mécanique céleste, et ses travaux sont reconnus au niveau mondial.

Parmi les paysages exotiques qui caractérisent les régions polaires martiennes, les dépôts stratifiés sont clairement les plus intrigants. Découvert par la sonde Mariner 9 et affleurant sur les parois des crevasses qui entaillent la calotte polaire, ces terrains sont constitués par l'alternance d'une multitude de couches claires et de couches sombres. Les couches claires seraient surtout constituées de glace, tandis que les couches sombres seraient salies par de la poussière. Ces formidables empilements, dont la structure ressemble à s'y méprendre à celle d'un millefeuille géant, ne sont pas homogènes, l'épaisseur et la nature des couches variant avec la profondeur.

En analysant les images collectées par les orbiteurs Viking, les astronomes avaient supposé que ces dépôts pouvaient être dus à des changements climatiques induits par des modifications des paramètres orbitaux, en particulier l'obliquité (inclinaison de l'axe de rotation de Mars sur l'équateur) et l'excentricité (qui définit le caractère plus ou moins circulaire de l'orbite martienne). L'insolation des terrains polaires, c'est à dire l'énergie reçue par la surface de Mars, dépend fortement de ces deux paramètres.

Sur Terre, l'étude des carottes de glace prélevées en arctique et en antarctique a effectivement permis de relier les changements climatiques les plus récents (jusqu'à 400 000 ans) à des variations des paramètres orbitaux (théorie des cycles de Milankovitch), elles-mêmes induites par les perturbations gravitationnelles générées par les autres planètes du système solaire. Les dépôts stratifiés semblent montrer que le même phénomène a eu lieu sur Mars, avec cependant une ampleur bien plus considérable.

A cause de l'influence stabilisatrice de la Lune, les variations de l'inclinaison de l'axe de rotation terrestre sont très limitées et ne peuvent pas dépasser 1°. Mars n'a malheureusement pas la chance d'être protégé d'un balancement excessif par un satellite massif, et son axe de rotation peut subir des variations d'inclinaison d'une grande amplitude. Des modèles mathématiques complexent montrent effectivement que l'obliquité varierait entre 15° et 40° ! Dans le premier cas, l'axe est proche de la verticale, et les rayons du soleil n'atteignent que difficilement les pôles. A l'inverse, pour des valeurs d'obliquités élevées, les pôles sont orientés vers le Soleil. Sous l'effet de l'insolation, les glaces polaires fondent de manière dramatique, ce qui provoque un bouleversement climatique a l'échelle planétaire.

Les images Viking n'offraient cependant pas une précision suffisante pour pouvoir établir une véritable corrélation entre les dépôts stratifiés et la variation du flux radiatif produit par des changements des paramètres astronomiques. La part de spéculation restait donc importante.

Pour tirer les choses au clair, les chercheurs ont profité des formidables capacités de la sonde Mars Global Surveyor. En utilisant des images haute résolution de la calotte polaire nord acquises par la caméra à angle étroit et les données de l'altimètre laser, les chercheurs ont montré qu'il existe une excellente corrélation entre les empilements sédimentaires et la fluctuation du flux solaire (calculé grâce à des modèles théoriques) reçu par les pôles au cours des 10 derniers millions d'années. Les chercheurs ont également pu réduire l'incertitude qui pesait sur le taux de formation des couches, qui atteignait plusieurs ordres de grandeur. Les 250 premiers mètres des dépôts de la calotte polaire nord se seraient accumulés en 500 000 ans, ce qui correspond à une déposition moyenne de 0,05 centimètres par an.

L'étude approfondie des dépôts stratifiés ne fait cependant que commencer. La calotte polaire nord n'a pas l'exclusivité des dépôts stratifiés, et ces derniers existent également au niveau de la région polaire australe. La comparaison des deux dépôts risque d'être particulièrement instructive. Si les dépôts stratifiés sont véritablement les dépositaires de l'histoire climatique de Mars, ils devraient avoir enregistré la même chose, et il ne devrait donc pas y avoir de différences entre la région polaire nord et la région polaire sud. Pourtant, la sonde Mars Global Surveyor a déjà montré que les feuillets de la calotte polaire australe présentent des différences de structure par rapport aux dépôts nordiques. Etant donné que la calotte polaire sud semble plus âgée que la calotte polaire nord, il est par exemple possible que les strates les plus récentes aient été érodées au sud. Dans ce cas, on pourrait parfaitement imaginer que les enregistrements sédimentaires soient complémentaires, les dépôts récents étant visibles au nord, alors que des dépôts plus anciens sont accessibles au sud.

Même si les dépôts lamellaires de glace et de poussière sont loin d'avoir livrés tous leurs secrets, il semble de plus en plus évident que ces derniers constituent un véritable trésor pour les climatologues qui tentent de comprendre l'histoire climatique récente de la planète rouge. Sur Terre, les climats passés (paléoclimats) ne se sont dévoilés qu'après de multiples forages réalisés dans les glaces de l'antarctique ou de l'arctique. On ne peut donc être qu'admiratif devant le tour de force des astronomes français qui se sont lancés dans le décryptage des dépôts stratifiés, avec pour seul instrument des modèles numériques et les images d'une caméra évoluant à 400 kilomètres d'altitude ...

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