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Le grand basculement : Mars s’offre un nouveau visage

Le grand basculement : Mars s'offre un nouveau visage

Comme la revue Nature l’annonce dans son numéro du 17 mars (online le 2 mars), la planète Mars a basculé de 20 à 25 degrés voici 3 à 3,5 milliards d’années. Et c’est un vaste édifice volcanique, le plus grand du Système solaire, qui en est la cause. Par sa masse hors du commun, le dôme volcanique de Tharsis a entraîné la rotation de la croûte et du manteau de Mars par rapport à son noyau. L’article qui décrit les preuves de ce grand basculement renouvelle de façon profonde les liens entre dynamique interne, champ magnétique, activité volcanique, tectonique et évolution climatique. Il donne un nouveau visage à la planète Mars durant le premier milliard d’années de son histoire, à un moment où la vie aurait pu apparaitre.

Le nouveau visage de la planète Mars primitive. © Didier Florentz

L’existence de ce grand basculement offre une unique réponse à trois mystères. On comprend enfin pourquoi les rivières se sont formées à l’endroit où on les observe aujourd’hui, pourquoi certains réservoirs souterrains de glaces d’eau, qualifiées jusqu’ici d’anomalie, se situent loin des pôles de Mars, et pourquoi le dôme de Tharsis est aujourd’hui centré sur l’équateur. Le grand basculement entraîne aussi des conséquences : contrairement à ce qui était admis, rivières et volcans actifs ont coexisté sur une longue période jusqu’à -3.5 milliards d’années dans une atmosphère froide mais plus dense que celle d’aujourd’hui. Telles sont les conclusions d’une équipe de planétologues français et américain menée par Sylvain Bouley (GEOPS/Université Paris Sud/CNRS ; GET/Université de Toulouse & Institut de Recherche pour le Développement ; LPL/University of Arizona ; LMD/UMPC).

Ce grand basculement de la planète Mars est mis en évidence par le travail conjoint de géomorphologues, géophysiciens et climatologues. Ce n’est pas l’axe de rotation de Mars qui a bougé (phénomène que l’on appelle variation de l’obliquité) mais les parties externes (manteau, croûte) qui ont tourné par rapport au noyau interne. C’est comme si Paris se retrouvait au Pôle Nord ou que l’on faisait tourner la chair d’un abricot autour de son noyau ! L’origine de ce basculement ? Le gigantesque dôme volcanique de Tharsis. Sa formation a débuté durant la période Noachienne (soit il y a plus de 3.7 milliards d’années). A l’époque, ce volcanisme était localisé dans l’hémisphère nord à environ 20° de latitude. L’activité volcanique de Tharsis s’est poursuivie pendant toute la période Hespérienne (3.7 à 3.2 milliards d’années) jusqu’à devenir un plateau de plus de 5000 km de diamètre et de 12 km d’épaisseur en moyenne. La masse de ce plateau volcanique titanesque, d’environ 1 milliard de milliards de tonnes, soit 1/70ème de la Lune, est telle qu’elle a fait pivoter la croûte et la manteau de Mars. Le dôme de Tharsis s’est alors retrouvé sur l’équateur, ce qui correspond à une nouvelle position d’équilibre.

Avant ce basculement, les pôles de Mars étaient donc différents. Cette différente orientation a été démontrée à la fois par des observations de surface et un modèle géophysique. En 2010, Isamu Matsuyama (LPL/University of Arizona) démontre de son coté que, si on retire le dôme de Tharsis de la planète, celle-ci s’oriente différemment par rapport à son axe. Dans cette nouvelle étude, Sylvain Bouley (Université Paris-Sud/GEOPS) et David Baratoux (Université de Toulouse/IRD/IFAN) montrent pour la première fois que les rivières étaient réparties sur une bande tropicale sud d’une planète Mars tournant autour de pôles décalés d’une vingtaine de degrés par rapport aux pôles actuels. Ces pôles sont cohérents avec ceux calculés de manière indépendante par Isamu Matsuyama. Cette corrélation remarquable est confortée par des observations d’autres équipes scientifiques qui avaient déjà observée dans la région de ces anciens pôles des traces de fonte et de retrait de glacier et des preuves de glace souterraine. Un tel basculement n’est pas anodin sur la physionomie de la planète. En effet, la forme de Mars avant le basculement était différente de celle d’aujourd’hui. Le géoïde et la topographie de Mars dans cette configuration ont été recalculés par Isamu Matsuyama afin d’examiner les conséquences de ce nouveau visage de Mars primitif.

Une nouvelle chronologie pour Mars.

Cette étude modifie profondément le scénario généralement accepté qui avance que le dôme de Tharsis s’est majoritairement formé avant -3.7 milliards d’années et préexisterait aux rivières puisque c’est lui qui leur imprimerait leur sens d’écoulement. En utilisant la topographie avant le basculement, Sylvain Bouley, Antoine Séjourné et François Costard (Université Paris-Sud/GEOPS) ont démontré que malgré un relief différent, avec ou sans Tharsis, les rivières coulent majoritairement dans les deux cas des hauts terrains cratérisés de l’hémisphère sud aux plaines basses de l’hémisphère nord. Cette observation permet alors de montrer que les rivières peuvent tout à fait être contemporaine à la formation du dôme de Tharsis.

Le géoïde et la topographie de Mars avant le basculement permettent également d’étudier le climat primitif de la planète. En utilisant les modèles climatiques du Laboratoire de Météorologie Dynamique, François Forget et Martin Turbet (LMD/UMPC) mettent en évidence, en présence d’un climat froid et d’une atmosphère plus dense que celle d’aujourd’hui, une accumulation de glaces autour de -25° Sud, dans les régions qui correspondent aux sources des vallées de rivières aujourd’hui asséchées.

Cette étude bouleverse notre représentation de la surface de Mars telle qu’elle a du être il y a 4 milliards d’années, et modifie aussi profondément la chronologie des évènements. Selon ce nouveau scénario, la période de stabilité de l’eau liquide permettant la formation des vallées fluviale est contemporaine, et sans doute une conséquence, de l’activité volcanique du dôme de Tharsis. Le grand basculement que Tharsis a déclenché a eu lieu après la fin de l’activité fluviale (-3.5 milliards d’années) et a ainsi donné à Mars le visage qu’on lui connaît aujourd’hui. Désormais, quand on s’intéressera à l’époque primitive de Mars, il faudra apprendre à penser avec cette nouvelle géographie.

Late Tharsis formation and implications for early Mars, Sylvain Bouley, David Baratoux, Isamu Matsuyama, Francois Forget, Antoine Séjourné, Martin Turbet & Francois Costard. Nature, 2 mars 2016.
http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature17171.html