Oxygène dans l’atmosphère de Mars : les planétologues face à un nouveau mystère

CENTRAL BUTTE PHOTOGRAPHIÉE PAR CURIOSITY AU 2575E JOUR MARTIEN DE SA MISSION. © THOMAS APPÉRÉ/NASA
Sur Mars, les récentes mesures d’oxygène livrées par Curiosity surprennent les scientifiques. Une intrigue qui s’ajoute à celle du méthane martien détecté par le rover américain, mais une fois de plus invisible pour les sondes qui orbitent autour la planète rouge.
François Forget

L’atmosphère de la planète Mars a beau être fine, ses mystères s’épaississent de jour en jour. Après l’énigme du méthane, voici maintenant celle de l’oxygène. Les récentes mesures livrées par le rover Curiosity laissent les planétologues pantois. Dans une atmosphère dominée à 95% par le gaz carbonique (CO2), le taux de dioxygène (en moyenne 0,16% de O2) fluctue plus que de raison au long d’une année martienne. Et cela, personne ne l’avait anticipé ni ne sait l’expliquer. « C’est vraiment un résultat surprenant », réagit à chaud François Forget, spécialiste de Mars à l’Institut Pierre-Simon Laplace.

Pourtant, les deux autres éléments majoritaires, l’azote (2,6%) et l’argon (1,9%), se comportent sagement. Ils respectent les modèles de météo martienne. Chaque hiver, le gaz carbonique gèle et se condense dans les calottes polaires. Dans les airs, la concentration des autres gaz augmente alors. Puis, au terme d’un court séjour sur place au cœur d’un vortex polaire, cet air martien est transporté jusqu’aux zones équatoriales. Et plus particulièrement jusqu’au cratère Gale, à 5° de latitude nord, où séjourne Curiosity. Son spectromètre enregistre alors la hausse de concentration des gaz.

Un ballet savamment orchestré et confirmé par Curiosity, pendant trois années martiennes (soit près de six ans sur Terre). Mais dans le même temps, l’oxygène, lui, s’est montré moins coopératif. Au beau milieu de cette lente alternance saisonnière qu’il ne respecte que vaguement puisque ses hausses et ses baisses en concentration sont excessives, son taux a subi de rapides variations. De sorte qu’il semble exister un mécanisme supplémentaire qui le produit, puis l’évacue.

Comment cet oxygène apparaît puis disparaît ?

« Quelques hypothèses sont évoquées, mais ces pistes sont toutes très spéculatives », livre François Forget. Et malgré un taux moyen de 0,16 %, ce sont des tonnes et des tonnes de dioxygène qui apparaissent et disparaissent à l’échelle de la planète. Il faut alors imaginer un phénomène global, d’ampleur suffisante. Biologique ? Géologique ? Il est encore trop tôt pour le dire. « On imagine des échanges avec le sol martien via des mécanismes appelés adsorption et désorption [fixation et libération d’atomes sur une surface, NDLR]. Ou bien un rôle joué par le peroxyde d’hydrogène (H2O2) que l’on sait présent sur Mars et qui serait capable de libérer de l’oxygène », développe le spécialiste du climat martien.

Vue d’artiste de la sonde européenne Trace Gas Orbiter (TGO) autour de Mars. © ESA

Un air de ressemblance

Pour l’instant donc, rien de concret qui puisse expliquer ces variations qui ne sont pas sans rappeler celles du méthane martien. En 2018, la Nasa rapportait en effet une hausse de méthane de 60 % pendant l’été, mesurée cette fois-ci par la diode laser de Curiosity. Mais en plus de cela, son cycle est fait de soubresauts : des bouffées de méthane semblent surgir de temps à autre. Comme si, dans le cratère Gale, le sol crachait ce gaz qui fait tant battre le cœur des astrobiologistes puisqu’il rime, dans certains cas, avec vie microbienne.

Des espoirs qui auraient véritablement lieu d’être si le méthane détecté par Curiosity l’était également depuis l’orbite martienne, où séjournent deux sondes européennes. Or ce n’est pas le cas. Hormis une fois en 2013, ni Mars Express ni Trace Gas Orbiter (TGO), pourtant capable de flairer d’infimes traces gazeuses, ne décèlent ne serait-ce qu’une once de méthane. Dernier désaccord en date, le 19 juin 2019. Tandis que Curiosity a relevé la plus haute éjection de méthane jamais enregistrée, les sondes européennes n’ont rien vu, comme vient de l’annoncer l’Agence spatiale européenne.

« Le méthane, on n’y comprend strictement rien », résume François Forget. D’ailleurs, l’intrigue ne réside finalement pas tant dans la façon dont il est produit. Nul besoin d’invoquer la vie sur Mars, de nombreuses explications géologiques peuvent suffire. Mais plutôt la façon dont il disparaît. Car en temps normal, une fois créé, le méthane survit 300 ans avant d’être dégradé dans les hautes couches de l’atmosphère martienne. C’est plus qu’il n’en faut pour que, bouffée après bouffée, il s’accumule et soit enfin reniflé par l’orbiteur TGO. « Le mystère n’est pas tellement la source du méthane ; on peut en imaginer de nombreuses formes. Mais trouver un “puits”, c’est-à-dire  quel mécanisme le fait disparaître si rapidement, c’est une autre histoire », explique François Forget.

Les travaux de John Moores (université de York, Toronto) parus cet été tentaient pourtant de réconcilier les mesures divergentes de Curiosity et de TGO. Mais son modèle de cycle journalier du méthane est loin de faire foi au sein de la communauté scientifique. « Sans que ce soit dit, cela suppose que le seul endroit sur Mars d’où provient le méthane serait le cratère Gale », commente le spécialiste. Or, par quel heureux hasard aurait-on posé le rover Curiosity pile à cet endroit ?

Des mystères qui durent

Le débat du méthane martien est donc loin d’être clôt, lui qui a déjà plus de dix ans. En 2003, le télescope infrarouge IRTF basé à Hawaï en détectait un vaste panache depuis la Terre, sans que cette détection ne soit jamais reproduite ensuite. Elle divisait alors déjà les scientifiques autour d’une première grande question : la mesure était-elle erronée ou était-ce un événement atmosphérique unique ? Sur la planète rouge, les mystères durent donc. Puis s’accumulent aujourd’hui avec la molécule O2 pour laquelle trouver une explication, peut-être commune selon la Nasa, serait une véritable bouffée d’oxygène...

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