Curiosity identifie la nature de l’hydratation du sol martien

Pendant les 100 premiers jours passés à la surface de Mars, l’instrument ChemCam à bord du rover Curiosity a pu analyser à distance un grand nombre d’échantillons du sol martien, avec une précision inédite. Ces premières analyses effectuées par des chercheurs de l’IRAP (OMP – Université Toulouse III – Paul Sabatier / CNRS) en collaboration avec les équipes franco-américaines de ChemCam ont révélé une grande diversité chimique des grains les plus fins du sol martien, mais surtout le fait que les grains les plus riches en fer et magnésium sont hydratés. Pour les auteurs, cette hydratation pourrait constituer une partie importante du réservoir d’eau présente à la surface de Mars et observée lors des missions précédentes. L’origine de ce réservoir est l’une des clés de la compréhension de l’évolution du climat martien. Ces travaux sont publiés dans la revue Science du 27 septembre 2013, dans une série de cinq articles dédiés aux premiers résultats de Curiosity.

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La composition chimique, la minéralogie et les propriétés physiques du sol martien sont des indicateurs des processus d’érosion, d’altération et de transport qui ont modifié la surface de la planète au cours des temps géologiques. L’analyse du sol martien permet donc d’étudier l’évolution de l’environnement et du climat de la planète, lui-même étroitement lié à l’évolution du cycle de l’eau dont dépendent les conditions d’habitabilité de la planète. De plus, le bombardement météoritique et l’érosion éolienne ayant également contribué à homogénéiser la composition de la surface, l’analyse des sols permet peut-être d’accéder à la composition moyenne de la croûte de la planète.

Images du sol martien avant et après les tirs lasers de ChemCam. 1 : image Mastcam 2 : images RMI ChemCam Crédits : NASA/JPL-Caltech/LANL/CNES/IRAP/IAS/CNRS

Le rover Curiosity, qui arpente le fond du cratère Gale depuis le 6 août 2012, possède à son bord des instruments inédits pour caractériser le sol martien, dont l’instrument ChemCam. Ce spectromètre de plasma induit par laser (Laser Induced Breakdown Spectrometer) couplé à une caméra (Remote Microscopic Imager) permet d’effectuer des analyses d’échelle submillimétrique de la composition chimique du sol martien, et ainsi de révéler de possibles mélanges entre pôles chimiques différents et de déterminer sa
genèse.

Au cours des 100 premiers jours de la mission, ChemCam a analysé à distance environ 140 échantillons de sol, le long d’une traverse de près de 400 mètres. Ces analyses révèlent une grande diversité chimique associée à des tailles de grains différentes. Les graviers les plus grossiers (quelques millimètres) sont riches en silicium, aluminium et en alcalins (composition felsiques). Cette première catégorie, à proximité du site d’atterrissage, semble résulter de l’érosion mécanique de conglomérats d’origine fluviatile, vraisemblablement charriés depuis les bords du cratère Gale par la rivière Peace River. Ce type de composition n’avait pas encore été rencontré par les missions précédentes.

Le deuxième pôle chimique analysé, plus riche en fer et magnésium (composition mafique), est quant à lui associé aux grains de sable les plus fins, que l’on retrouve incorporés dans tous les sols analysés, et particulièrement dans les formations éoliennes. Les instruments ChemCam et APXS (Alpha Particle X-ray Spectrometer) ont montré que sa composition chimique était proche de celle des sols analysés dans d’autres régions par les rovers Sojourner, Spirit et Opportunity, et proche de la composition de la poussière atmosphérique. Néanmoins, cette composition diffère de celle des roches alentours. Ces résultats suggèrent soit des processus de mélange à l’échelle globale ayant homogénéisé les grains les plus petits du sol martien, soit la prépondérance de régions de composition basaltique similaire.
Par ailleurs, les analyses effectuées par ChemCam ont révélé que cette fraction fine des sols et la poussière atmosphérique étaient hydratées. Curiosity s’est immobilisé plusieurs semaines pour analyser plus finement une petite dune de sable appelée Rocknest sand shadow. Cette étape a été l’occasion d’utiliser les capacités d’analyse des deux instruments CheMin (diffraction X) et SAM (Sample Analysis on Mars, mesure des composés volatiles organiques et inorganiques). Leurs analyses combinées indiquent que l’hydratation du sol fin est associée à une phase amorphe, et non pas à des phases cristallines hydratées. La similarité chimique entre ces échantillons et ceux analysés en d’autres endroits de la planète permet probablement d’extrapoler les résultats obtenus par Curiosity à une échelle plus globale. Ainsi, les variations de la teneur en hydrogène de la surface de Mars, mesurée depuis l’orbite pas la sonde Mars Odyssey, pourraient s’expliquer par des proportions différentes de ce type de sol et de cette phase hydratée. Enfin, les analyses réalisées par ChemCam suggèrent que les échanges diurnes de vapeur d’eau avec l’atmosphère sont limités.

Les mesures effectuées par ChemCam, couplées aux analyses des autres instruments de Curiosity, permettent donc de mieux comprendre la diversité chimique du sol martien, son hydratation, et sa relation avec le contexte géologique du cratère Gale et de Mars dans sa globalité.

L’instrument ChemCam de Mars Curiosity au travail pour analyser la composition du sol martien. Crédits : NASA/JPL-Caltech