Aujourd’hui, la planète Mars est un désert glacé, où la température oscille entre 0 et –90°C. À sa surface, l’eau ne peut pas subsister à l’état liquide. Mais il n’en a pas toujours été ainsi. Il y a 3,5 à 4 milliards d’années, par épisodes, elle était probablement constellée de lacs, de rivières et de petites mers. La preuve : la planète rouge est creusée de nombreux vestiges d’anciens lacs et méandres de rivières dans l’environnement desquels plusieurs sondes martiennes ont détecté des indices d’un passé aquatique : des minéraux, telles des argiles, portant les stigmates d’une longue érosion par l’eau liquide.

96 paléolacs passés au crible

Mars était donc jadis un peu plus bleue que rouge. Mais à quoi ressemblaient ses précipitations ? À quel point a-t-il plu et/ou neigé et pendant combien de temps ? Depuis plusieurs années, les astronomes peinent à élaborer un modèle climatique capable d’expliquer toutes les cicatrices que Mars arbore en surface. Une équipe américaine vient de faire un pas en avant.

Gaia Stucky de Quay (université du Texas) et ses collègues ont analysé d’anciens lacs martiens datant de la fin du Noachien, il y a environ 3,7 milliards d’années. Ils ont utilisé pour cela des images et des données topographiques obtenues par diverses sondes spatiales, notamment par l’instrument MOLA de Mars Gobal Surveyor (orbiteur aujourd’hui inactif).

« Sur tous les paléolacs qui existent sur Mars, nous avons choisi d’analyser uniquement ceux présentant un vaste réseau de vallées en amont, soit 96 en tout, explique Gaia Stucky de Quay. En effet, nous savons que lorsqu’ils sont particulièrement “vascularisés”, ces bassins ne peuvent avoir été formés que par l’eau de surface. Au contraire, les lacs plus isolés peuvent être remplis par infiltration d’eau souterraine. Or ce qui nous intéresse, ce sont les précipitations ! »

4 à 159 m de précipitations

En mesurant précisément le volume de ces 96 anciens lacs martiens, les planétologues sont parvenus à calculer la quantité d’eau qui a été nécessaire à les remplir et à les maintenir à flot. Cela, en tenant compte d’un taux d’évaporation, qui n’a pu être qu’estimé. Résultat : à la fin du Noachien, entre 4 et 159 m d’eau se sont déversés à la surface de la planète. Ces 159 m sur Mars représenteraient environ deux siècles de précipitations en France. Mais sur quel intervalle de temps ces précipitations se sont étalées, cela reste à déterminer.

« Nos données montrent par ailleurs que la quantité de précipitations varie grandement d’une région à l’autre, poursuit la chercheuse. Ce qui suggère que, tout comme sur Terre, la jeune Mars était dotée de différentes zones climatiques. »

« C’est la première fois qu’un tel échantillon d’anciens lacs est toisé, commente Nicolas Mangold, spécialiste de la planète rouge au Laboratoire de planétologie et géodynamique de Nantes. Grâce à ce travail, on possède pour la première fois des chiffres de précipitations sur Mars. Ceci dit, les marges d’erreur sont vraiment très grandes, ce que les auteurs reconnaissent d’ailleurs. On ne peut pas dire avec précision quelle quantité d’eau a reçu la planète. Par ailleurs, ces chiffres ne valent que pour la fin du Noachien, vers -3,7 milliards d’années. Les auteurs de l’étude n’ont pas de données sur la période précédente au cours de laquelle l’eau a sans doute coulé encore davantage, car le climat était alors encore plus chaud », note le géologue.

Pluies ou averses de neige ?

Enfin, on ne sait toujours pas à quoi ressemblaient les précipitations ici mesurées. S’agissait-il de tempêtes rares mais violentes, ou au contraire de petits épisodes pluvieux plus fréquents ? « Nous sommes quasi certains que cette eau n’est pas tombée en une seule fois, mais en de très nombreux épisodes. Reste désormais à savoir si ces épisodes duraient chacun quelques jours ou plusieurs milliers d’années. C’est l’objet de notre prochain travail », assure Gaia Stucky de Quay.

Son étude publiée dans la revue Geology ne permet pas non plus de déterminer si cette eau est réellement tombée sous forme de pluie. « Il est en effet tout à fait possible que des averses de neige aient creusé ces bassins, poursuit Nicolas Mangold. Une chose est sûre : il y avait bien, à cette époque, un cycle de l’eau sur la planète rouge. Impossible en effet d’expliquer tous ces anciens lacs et lits de rivières par le seul travail de glaciers. »

13 m de pluie dans le cratère Jezero

C’est d’ailleurs à la faveur de ces épisodes aquatiques que s’est rempli d’eau le cratère Jezero, au fond duquel le rover Perseverance doit se poser en février 2021. « Nos données sont locales, propres à chaque paléolac. Ainsi, nous estimons qu’au minimum 13 m d’eau se seraient déversés dans Jezero à la fin du Noachien », révèle Gaia Stucky de Quay.

« Cet été, nous avons publié un travail reconstituant l’histoire du cratère dans la revue Astrobiology, embraye Nicolas Mangold. Comme il s’agit d’un bassin fermé, il ne possède pas de réseaux de vallées en amont, mais nous avons reconstitué son histoire en auscultant son delta. Nos analyses suggèrent que Jezero s’est rempli en quelques centaines à quelques milliers d’années. En analysant les argiles et les carbonates [deux roches formées en présence d’eau liquide, NDLR] autour de Jezero avec Perseverance, nous obtiendrons des indices supplémentaires sur le cycle de l’eau de la jeune Mars. » Et, peut-être aussi des vestiges d’une forme de vie, développée à la faveur de ces pluies.