A lui tout seul, il représente Mars. Gigantesque balafre qui défigure la surface de la planète rouge, c'est le plus grand et le plus formidable canyon du système solaire. Entaille d'une échelle inhumaine dans la croûte martienne, découverte par Mariner 9 et nommé ainsi en son honneur (sur la proposition du Dr Pickering), Valles Marineris n'a pas fini de nous faire fantasmer.

Vue d'ensemble

Valles Marineris est en fait un vaste réseau de vallées fortement encaissées qui s'étendent d'est en ouest au niveau de l'équateur sur une distance de 4000 km. Large de 700 km, sa profondeur atteint par endroit 10 kilomètres. Il a été découpé arbitrairement en trois régions. On trouve d'abord la région de Noctis Labyrinthus à l'ouest. Noctis Labyrinthus est composé d'un ensemble de vallées très encaissées (Chasma), qui forment une sorte de mosaïque à la surface de Mars. Le canyon proprement dit est constitué de plusieurs vallées parallèles les unes aux autres et orientées selon la direction ouest-est (comme Ophir Chasma, Candor Chasma et Melas Chasma). Elles s'étirent sur une longueur de 300 à 1000 km de long, pour une largeur de 50 à 100 km et une profondeur moyenne de 6 km. On trouve enfin une vaste dépression à l'est, encombrée par l'accumulation de bloc rocheux provenant de l'érosion du canyon.

Formation

L'existence de Valles Marineris est étroitement liée à celle du dôme de Tharsis. Ce système de canyons est sans doute né lors du soulèvement de Tharsis, pour être ensuite remodelé par l'érosion.

Le dôme de Tharsis s'élève jusqu'à 11 km au-dessus de la surface de référence martienne. Cet énorme bombement, qui représente 30 millions de km2 s'est formé suite à une montée magmatique qui a soulevé puis fracturé la lithosphère. Les énormes volcans que l'on trouve à sa surface attestent de la présence d'une importante chambre magmatique dans le sous-sol. Le dôme est ceinturé par un vaste ensemble de failles qui mesurent de 1 à 5 kilomètres de large pour plusieurs centaines de kilomètres de long. Ces fractures de la croûte martienne sont apparues soit lors de la surrection du dôme, soit après, lorsque le dôme s'est affaissée sur lui-même, comme un gâteau que l'on sort du four.

Il faut se rendre compte que si le dôme de Tharsis est une boursouflure très importante à l'échelle de la planète, ses flancs seraient d'une platitude extrême pour un observateur au sol. Ses 10 km de haut sont bien peu de chose en comparaison de son étendue (4000 km). Si l'on pouvait descendre du sommet du dôme en direction de l'ouest, on suivrait une pente très faible (0,2 à 0,4°) qui mènerait tout droit à Noctis Labyrinthus, dont nous avons déjà parlé. Le réseau de fractures de cette région appartient au système radial de failles qui entourent Tharsis.

Après la fracturation causée par la surrection du dôme, le système de canyons de Valles Marineris a été retravaillé sous l'action de différents phénomènes : sapement, effondrement et subsidence. L'érosion a laissé des marques considérables et la largeur de certains canyons a triplé. Les versants de Valles Marineris offrent maintenant un spectacle grandiose. L'activité éolienne a également joué un rôle. On pense enfin qu'une partie du canyon a pu être occupé dans un lointain passé par de grands lacs, protégés sous une épaisse couche de glace.

Le rôle de l'eau

Lorsque l'on évoque l'eau, on pense immédiatement aux rivières et aux fleuves qui peuvent s'écouler à la surface d'une planète. Mais les phénomènes qui ont donné à Valles Marineris son visage actuel ont fait intervenir des réservoirs d'eau bien différents. L'eau peut aussi exister en grande quantité dans le sous-sol, ou elle occupe les pores entres les particules de sol et de roches. Sur Mars, cette eau souterraine était soit liquide, soit solide. Dans le dernier cas, elle a été mobilisée par des éruptions volcaniques. La glace a fondu et des régions entières se sont mises en mouvement avec des effets catastrophiques.

Les figures de sapement ou d'effondrement s'observent surtout au niveau des régions anciennes de Valles Marineris, et sont absentes des régions plus jeunes. La transformation de Valles Marineris a donc du prendre place assez tôt dans l'histoire de Mars, à une époque ou l'eau liquide pouvait exister. L'eau a pu apparaître sur Mars pendant sa formation et arriver en surface avec les montées de magma (sur Terre, 99 % du gaz émis par les volcans est constitué de vapeur d'eau), mais elle a pu aussi provenir des comètes qui ne manquaient pas de rentrer en collision avec la jeune planète.

L'effondrement a joué un rôle significatif dans l'élargissement de certains canyons de Valles Marineris. Lorsque l'eau commence à imbiber les roches et les matériaux sous-jacents, la cohésion interne diminue. L'eau peut également jouer le rôle de lubrifiant. A un moment donné, des pans entiers de falaises s'écroulent et forment des empilements énormes de débris, qui peuvent s'étendre jusqu'à 50 km de leur point d'origine. Les glissements de terrains profitent souvent de faiblesses géologiques comme des failles ou surviennent pendant des secousses sismiques.

Le sapement forme lui aussi des structures caractéristiques. Il se produit lorsque le retrait d'une grande quantité d'eau souterraine entraîne le collapsus du sol, qui s'écroule sur lui-même. L'eau suit souvent des failles géologiques, ce qui explique que les vallées de sapement apparaissent souvent le long de fractures.

Enfin, il nous faut parler du phénomène de subsidence. Suite au retrait physique, à la dissolution ou à la contraction du matériel sous-jacent, des régions plates peuvent s'affaisser. Sur Terre, les gouffres ou les dolines des paysages karstiques s'expliquent par la dissolution du calcaire par l'eau de pluie chargée de CO2. Sur Mars, on trouve deux types de subsidence : les dépressions circulaires et les zones chaotiques.

Les dépressions (Catena) s'observent très bien dans Valles Marineris, en particulier au sud de Tithonium Chasma, à l'est de Candor Chasma et au sud de Coprates Chasma. Elles mesurent entre 1 et 10 km de large pour 1 à 2 km de profondeur. Contrairement aux cratères d'impact, elles ne présentent pas d'anneaux, ni de remparts d'éjecta. Les murs descendent en pente douce vers un fond plat qui est souvent recouvert de débris provenant des talus. Les dépressions peuvent être isolées, coalescentes (plusieurs petites dépressions fusionnent ensemble pour former une dépression plus large) ou disposées en chaîne (dans ce cas, les dépressions suivent souvent les failles). La formation de ces dépressions peut s'expliquer par le retrait du magma ou de la glace, la dissolution de carbonates ou l'apparition de fractures dans le sous-sol à la suite d'une tension de la croûte martienne.

Les terrains chaotiques (Chaos) illustrent un autre type de subsidence à grande échelle. Ils se forment lorsque des régions entières de la croûte martienne s'affaissent brusquement. Le sol s'écroule alors sous son propre poids et laisse des terrains très irréguliers, couverts de fragments de croûte de différentes tailles et formes. L'ensemble ressemble un peu à un puzzle géant. A l'est de Valles Marineris, après Coprates Chasma, on trouve un très bon exemple de terrain chaotique, celui ci constituant la plus grande partie d'Eos et de Capri Chasma. Des vallées de débacle quittent la région chaotique pour s'écouler vers le nord, ce qui semble confirmer que cette région s'est écroulée suite au départ d'un fluide du sous-sol (magma, glace, eau, rupture d'un aquifère).

Des lacs dans les canyons

Le système de canyons de Valles Marineris a peut être hébergé à une époque reculée des lacs gigantesques. Cette hypothèse a vu le jour lorsque l'on s'est aperçu de la présence d'épais dépôts stratifiés dans les vastes dépressions qui composent Valles Marineris, comme Ophir Chasma, Candor Chasma, Melas Chasma et Hebes Chasma. Hebes Chasma est particulièrement intéressant. Cette dépression, complètement fermée, possède en son centre un empilement rocheux de 8 kilomètres de haut, isolé des murs du canyon. La stratification de ce dépôt massif est évidente : on peut distinguer des couches plus ou moins sombres sur les clichés des sondes Viking et Mars Global Surveyor. De plus, des terrasses sont visibles par endroits sur les parois du dépôt. L'accumulation est considérable : il y a la quelques 600 000 km3 de matériau !

La présence d'un dépôt aussi massif peut s'expliquer de plusieurs manières : dépôts éoliens, accumulation de débris provenant des murs du canyon, cendres émises par un volcanisme explosif ou sédiments déposés en présence d'eau. D'après l'épaisseur, le volume du dépôt, l'horizontalité et la continuité des couches, les scientifiques privilégient la dernière hypothèse. La formation sédimentaire qui obstrue Hebes Chasma serait donc un dépôt lacustre, vestige d'un lac immense aujourd'hui asséché.

Quel est le mécanisme qui a abouti au remplissage de Valles Marineris ? Lorsque l'on examine les dernières données topographiques fournies par Mars Global Surveyor, on se rend compte que le fond des canyons de la partie est de Valles Marineris se trouve un bon kilomètre en dessous des chenaux d'inondations. Lors des écoulements entre le nord et le sud, l'eau pouvait donc parfaitement s'arrêter en chemin et stagner dans ces zones basses.

De nombreux scientifiques pensent que la majeure partie de l'eau martienne est stockée dans le sous-sol, sous forme de glace, puis à plus grande profondeur, sous forme de poches d'eau liquide. Or les parois de Valles Marineris entaillent la croûte martienne sur plusieurs kilomètres et le permafrost affleure au niveau des parois. L'eau devait donc probablement suinter le long des escarpements rocheux ou jaillir des sources souterraines mises à nu pour aller s'accumuler au fond des dépressions.

Seule une sédimentation sur une très longue période a pu aboutir à des dépôts aussi épais que celui d'Hebes Chasma. Les lacs de Valles Marineris ne devaient donc pas être éphémères. Pourtant, les conditions qui règnent actuellement à la surface de Mars ne permettent pas à l'eau de rester liquide. Si ces conditions n'ont pas varié depuis des milliards d'années, comme des lacs ont-ils pu se maintenir dans Valles Marineris ?

Une partie de la réponse se trouve en Antarctique. La température sur ce continent glacé dépasse rarement les 0° C, mais l'eau peut cependant rester liquide et former des lacs. Ceux ci sont recouverts d'une couche de glace de quelques mètres d'épaisseur qui joue le rôle d'un couvercle protecteur et isolant. Il devait en être de même sur Mars. Les lacs de Valles Marineris ont pu survivre un certain temps, malgré la détérioration des conditions climatiques, grâce à la formation d'une couche de glace en surface, l'eau située en dessous pouvant alors rester liquide. L'ablation continuelle de la glace de surface par sublimation (passage direct de l'état solide à l'état gazeux) était contrebalancée par un apport d'eau de la part des sources souterraines qui affleuraient au niveau des parois du canyon. Ainsi le lac était toujours tenu à niveau.

Si les sources d'eau venaient à se tarir, le lac était condamné à disparaître par évaporation. Mais tous les lacs n'ont cependant pas connu cette longue agonie et certains ont été frappés d'une mort bien plus violente et brutale : la vidange ! L'apparition d'une faille, la fragilisation d'une paroi, l'ouverture d'une brèche et voila que l'étendue d'eau, auparavant calme, se transforme en une véritable furie. Dans un déchaînement cataclysmique, des torrents d'eau et de boues se déversent à la surface, dévastant tout sur leur passage. Certains scientifiques pensent que l'une des plus belles vallées de débâcle, Kasei Vallis, s'est formée suite à la vidange du lac qui occupait le canyon d'Echus Chasma.

Il y a des milliards d'années, lorsque la planète Mars s'est refroidie, lorsque l'atmosphère s'est raréfiée, lorsque l'eau s'est mise à geler, une vie martienne a peut être trouvé refuge dans les lacs de Valles Marinenis, dans l'attente de jours meilleurs qui ne sont jamais arrivés. Les dépôts sédimentaires qui encombrent encore aujourd'hui les canyons sont d'une importance considérable pour la recherche de la vie sur Mars. Malheureusement, le secteur de Valles Marineris est aussi l'un des plus accidentés de la planète rouge. Pour pouvoir l'explorer et déterrer les merveilles qui sommeillent sous des tonnes de sédiments, il faudra concevoir des atterrisseurs spécifiques, capable de s'affranchir des reliefs les plus dangereux, des parois les plus pentues. Une tache qui risque d'être difficile, voire impossible, même pour un robot ultra perfectionné. Il faudra sûrement donc attendre que les premiers alpinistes s'élancent du haut des crêtes de Coprates Chasma ou gravissent les éboulis d'Hebes Chasma pour que Valles Marineris, véritable fenêtre sur l'histoire géologique et biologique de Mars, commence à livrer ses fabuleux secrets.

Pour en savoir plus :

Go ! Nomenclature martienne : Chasma, Labes et Labyrinthus.
Go ! Micromissions : un planeur au-dessus de Valles Marineris.
Go ! Valles Marineris sous l'œil de Mars Global Surveyor.

Cette magnifique carte en couleur produite par l'altimètre laser de Mars Global Surveyor permet de présenter les principales caractéristiques du système de canyons Valles Marineris, baptisé ainsi en l'honneur de la sonde Mariner 9. Valles Marineris entaille le flanc ouest du dôme de Tharsis (1), un énorme bombement de la croûte martienne qui soutient plusieurs volcans géants alignés (de bas en haut, Arsia Mons, Pavonis Mons et Ascraeus Mons). Le système de canyons commence par le réseau arquée de fractures de Noctis Labyrinthus (2), puis continue sous la forme de plusieurs vallées encaissées parallèles les unes aux autres (4). L'ensemble se termine à l'est par une zone chaotique (4), source de nombreux écoulements catastrophiques dont la violence peut encore se deviner dans les traces qu'ils ont laissé en surface : Ares Vallis (5), site d'atterrissage de la petite sonde Pathfinder, Tiu Vallis (6), Simud Vallis (7) et Shalbatana Vallis (8). Toutes ces vallées de débâcle se jettent dans le vaste bassin de drainage que constitue la plaine de Chryse. Le formidable chenal de Kasei Vallis (9) semble quant à lui connecté avec le canyon Echus Chasma (10), situé à droite d'Hebes Chasma (11), la seule dépression fermée de Valles Marineris (on aperçoit à l'intérieur une énorme accumulation de sédiments). Echus Chasma contenait peut être un lac qui s'est brutalement vidangé, peut être en quelques jours seulement. Des torrents d'eau se sont alors ruées vers le nord, creusant dans le socle rocheux le chenal de Kasei. De nombreuses régions au sein de Valles Marineris sont situées un bon kilomètre en dessous des vallées de débâcle. L'eau a donc pu facilement stagner dans ces zones. L'hémisphère sud de la planète Mars surplombe de plusieurs kilomètres l'hémisphère nord, et la pente ainsi crée conditionne tous les écoulements d'eau (Crédit photo : MOLA Team).

Valles marineris

Valles Marineris, un canyon de 4000 km de long à la surface de Mars. La linéarité de Valles Marineris témoigne de son origine tectonique, contrairement au Grand Canyon sur Terre, qui résulte du travail d'érosion de la rivière Colorado (Crédit photo : NASA).

Ophir Chasma

Après l'ouverture du canyon, certaines vallées ont été agrandies par l'effondrement ou le sapement de leurs versants. On voit ici la vaste dépression d'Ophir Chasma (Crédit photo : NASA).

Ophir Chasma

Effondrement des versants et glissement de terrains. Le mur d'Ophir Chasma montre clairement une forme festonnée, avec des éperons et des ravins profonds. En bas et à droite de l'image, on remarque qu'une portion du canyon semble prête à s'effondrer. Ce sont des effondrements de ce type qui expliquent l'aspect de la paroi et les importants dépôts qui se sont accumulés en bas des ravins. A titre indicatif, la paroi du canyon mesure 5 kilomètres de haut (Crédit photo : Atlas PDS/Nasa/JPL).

Sappement dans Valles Marineris

Sapement. Le mur sud d'Ius Chasma est disséqué par des vallées de sapement. L'eau s'écoulait du Sud (en bas) vers le Nord (en haut). Au fur et à mesure de l'écroulement du sol sur lui-même, chaque vallée progresse vers le sud. Les vallées de sapement possèdent un ensemble de caractéristiques aisément identifiables. Elles sont courtes et droites et se rejoignent presque à angle droit. On n'observe pas d'affluents ou de structures dendritiques. Elles ont une largueur à peu près identique. Ici, la profondeur est de 1 kilomètre, ce qui coïncide avec la profondeur du permafrost dans cette zone (Crédit photo : Atlas PDS/Nasa/JPL).

Ganges Catena

Un premier type de subsidence dans Valles Marineris. Des dépressions isolées, coalescentes ou en chaînes dans Ganges Catena (Crédit photo : Atlas PDS/Nasa/JPL).

Chaos

Une zone chaotique à l'est de Valles Marineris. Le terme chaotique est bien adapté à ce type de terrain. Vu d'en haut, c'est effectivement un beau bazar ! (Crédit photo : Atlas PDS/Nasa/JPL).

Hebes Chasma

Hebes Chasma constitue le seul canyon complètement fermé du système de Valles Marineris. Le centre de la dépression est obstrué par une imposante accumulation de matériaux. Une stratification horizontale est clairement visible sur les parois de l'empilement. Il s'agit probablement de dépôts sédimentaires laissés par un ancien lac qui remplissait jadis la totalité du canyon. Protégée par une carapace de glace de plusieurs centaines de mètres d'épaisseur, l'eau pouvait se maintenir à l'état liquide dans les canyons de Valles Marineris malgré des conditions climatiques défavorables (Crédit photo : Atlas PDS/Nasa/JPL).

Depots dans Candor Chasma

Vue de la partie centrale de Valles Marineris avec Candor Chasma (en bas à droite), Ophir Chasma (en bas à gauche) et Hebes Chasma (en haut à droite). Les dépôts complexes et massifs qui encombrent les canyons ont vraisemblablement été déposés par d'anciens lacs. La teinte rose/violette de Candor Chasma est attribuée à une altération hydrothermale des roches avec production d'oxydes de fer (Crédit photo : NASA/JPL).

Coprates Chasma

L'une des vues les plus spectaculaires jamais obtenues de Valles Marineris (la colorisation de l'image est artificielle). Cette photographie haute résolution, prise par la sonde Mars Global Surveyor, dévoile le sommet d'une crête montagneuse dans Coprates Chasma. On distingue parfaitement les parois rocheuses, les tabliers d'éboulis et la présence de nombreuses couches géologiques. Chaque couche mesure quelques mètres à quelques dizaines de mètres d'épaisseur. Ces dépôts sont soit d'origine sédimentaire, soit d'origine volcanique. Ils prouvent que Mars a possédé une histoire géologique très complexe, et illustre l'importance de Valles Marineris pour sa compréhension (Crédit photo : Malin Space Science Systems/NASA).

 

Glissement de terrains.

Glissement de terrain dans Ganges Chasma. Le mur mesure 5 kilomètres de haut. Même si le canyon a une origine tectonique, il a été modifié par d'autres phénomènes, comme des glissements de terrains. Notez l'ampleur du glissement et la bordure du cratère partiellement détruite. Les matériaux issus du glissement de terrain se sont étalés sur 25 km !  (Crédit photo : NASA).

Coprate Catena

Les dépressions en chaîne (en bas) de Coprates Catena. Le canyon rectiligne qui court dans la partie supérieure de l'image n'est autre que Coprates Chasma (Crédit photo : Atlas PDS/Nasa/JPL).

Chaos

La région chaotique à l'est de Valles Marineris (Eos Chasma) débouche sur des énormes chenaux d'inondation qui se perdent vers le Nord. Les petits points qui parsèment le bas de l'image sont des rochers laissés sur place après l'effondrement de la zone (Crédit photo : Atlas PDS/Nasa/JPL).

 

atlas_valles.jpg (43115 octets)

Mosaïque de la région de Valles Marineris (réalisée par l'auteur à partir d'images individuelles de l'atlas PDS).

 

Labrot © 1997-2017. Dernière mise à jour : 24 mai 2000. Des commentaires, corrections ou remarques ? N'hésitez pas, écrivez moi!

précédent suivant index