La désertification de la planète Mars L histoire de «l habitabilité» de la planète rouge

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Claire Labbé
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1 Colloque «Originalités de la vie II» Habitabilité de la Terre et des autres mondes 16 octobre 2012 La désertification de la planète Mars L histoire de «l habitabilité» de la planète rouge S. Rodriguez, AIM, Université Paris Diderot

2 Comparaison Terre-Mars 16 octobre 2012 Terre Mars Composition atmosphérique 78% N 2 21% O 2 1% H 2 O 95% CO 2 3% N 2 0,03% H 2 O Pression atmosphérique 1015 hpa 6 hpa Température à la surface 15 C -60 C Mars : un désert aride, froid et à l atmosphère raréfiée

3 Comparaison Terre-Mars 16 octobre 2012 Paradoxe : bien que non «habitable» en surface, Mars se situe à l intérieur de la limite externe de la Zone Habitable (de surface) du système solaire! Pourquoi Mars n est pas habitable aujourd hui? Mars a-t-elle pu être habitable à une certaine période de son histoire? Pendant combien de temps?

4 La Terre Planète au climat stable, en partie couverte d eau liquide durant presque toute son existence. Planète propice à la vie et à son évolution

5 La vie??? Plusieurs définitions possibles Selon notre expérience : chimie du carbone en solution dans l eau liquide [énergie, C, H 2 0 liquide] VIE eau liquide

6 liquide Pour avoir de l eau liquide : 1) Pression > 6 mbar 2) T > 0 C 3) T < 374 C

7 La Zone Habitable (ZH) «de surface» (Classe I-II) d un système planétaire? Définition romantique : La ZH est une région de l espace où les conditions de surface sont favorables à l apparition de la vie. La ZH autour d une étoile a été définie par Hart (1979) comme la région dans laquelle de l eau peut exister à l état liquide à la surface d une planète. (autrement dit, région circumstellaire où une surface planétaire peut avoir une température moyenne supérieure à 0ºC)

8 Où se situe la ZH Classe I-II théorique du système solaire, aujourd hui? Limite interne : Evaporation «galopante» Effet de serre «galopant» Nuages Limite externe : Glaciation «galopante» Effet de serre + nuages (CO 2 ) Tectonique des plaques Forget and Pierrehumbert, Science (1997) Anglada-Escudé (ApJL, 2012), inspiré de Selsis et al. (A&A, 2007)

9 Evolution de la distance de la ZH théorique

10 Modèle «standard» (Bibring et al., Science, 2006; 2007) Topographie, géomorphologie, minéralogie : un livre ouvert sur l histoire de la planète

11 Argyre Planitia Hellas Planitia -4,5 à -3,7 milliards d années : bombardement météoritique intense Hellas Planitia : bassin d impact de 9 km de profondeur Hémisphère sud : terrains les plus anciens

12 Dichotomie Argyre Planitia Hellas Planitia -4,5 milliards d années : un impact géant arrache la croûte de l hémisphère nord

13 Dichotomie Argyre Planitia Hellas Planitia -4,5 milliards d années : un impact géant arrache la croûte de l hémisphère nord

14 -4,5 à -3,7 milliards d années : formation de vallées ramifiées et deltas Climat chaud et humide?

15 -4,5 à -3,7 milliards d années : formation de vallées ramifiées et deltas Climat chaud et humide?

16 Mawrth Vallis 100 km 200 m Terrains les plus anciens : détection de phyllosilicates = argiles, formés en présence d eau liquide stable faiblement basique Conditions favorables à l apparition de la vie?

17 Argiles Climat chaud et humide Eau liquide stable Formation d argiles

18 Changement climatique brutal Hespérien Argiles Climat chaud et humide Eau liquide stable Formation d argiles Mars est trop peu massive : flux d énergie interne trop faible pour maintenir son intérieur «fluide», un volcanisme intense et une tectonique des plaques Vers -3,7 milliards d années : arrêt du champ magnétique après seulement 800 millions d années, érosion massive de l atmosphère et renouvellement en CO 2 atm. quasi-inexistant Changement climatique Climat froid et sec

19 Argiles Hespérien -4 à -3 milliards d années : volcanisme actif Olympus Mons : volcan de 25 km de haut et 600 km de large Encore actif il y a 2 millions d années

20 Argiles Hespérien -4 à -3 milliards d années : volcanisme actif Olympus Mons : volcan de 25 km de haut et 600 km de large Encore actif il y a 2 millions d années

21 Argiles Hespérien -3,5 milliards d années : formation de Valles Marineris Rift de 4800 km de long, 200 km de large et 7 km de profondeur

22 Argiles Hespérien -3,7 à 3 milliards d années : formation de vallées de débacle Ares Vallis, 25 km de large, 1 km de profondeur Eau liquide de façon épisodique

23 Argiles Hespérien Au fond de Valles Marineris Des couches de sulfates : minéral formé dans une eau acide

24 Changement climatique brutal Hespérien Amazonien Argiles Climat chaud et humide Eau liquide stable Formation d argiles Sulfates Climat froid et sec Volcanisme actif Episodes d eau liquide acide Formation de sulfates

25 Hespérien Argiles Sulfates Oxyde de fer anhydre Calotte permanente nord Olympus Mons Elysium Mons Valles Marineris Argyre Planitia Calotte permanente sud Hellas Planitia -3 milliards d années à aujourd hui : formation d oxyde de fer anhydre Couleur rouge de Mars

26 Hespérien Argiles Sulfates Oxyde de fer anhydre Il y a 2 milliards d années à aujourd hui : formation des calottes permanentes de glace d eau aux pôles Environ 3 km d épaisseur et 1500 km de diamètre

27 Argiles Sulfates Hespérien Oxyde de fer anhydre Aujourd hui : apparition de ravines et de traînées sombres Ecoulement présent d eau liquide salée (saumure)?

28 Froid et aride Chaud et humide Review de Carr & Head (EPSL, 2009)

29 Froid et aride Pendant 800 millions d années : Habitable en surface? Conditions favorables à l apparition de la vie? Ensuite : désertification et glaciation «galopantes» Ce que nous apprend Mars : Pour rester propice à la vie en surface, il faut aussi conserver son atmosphère Gravité, champ magnétique, tectonique des plaques masse suffisante Définition de la ZH de surface très limitée : en sous-sol? Chaud et humide Review de Carr & Head (EPSL, 2009)

30 Froid et aride Pendant 800 millions d années : Habitable en surface? Conditions favorables à l apparition de la vie? Ensuite : désertification et glaciation «galopantes» Ce que nous apprend Mars : Pour rester propice à la vie en surface, il faut aussi conserver son atmosphère Gravité, champ magnétique, tectonique des plaques masse suffisante Définition de la ZH de surface très limitée : en sous-sol? Chaud et humide Review de Carr & Head (EPSL, 2009)

De l eau liquide en surface reste toutefois possible, mais en de rares circonstances, de manière très localisée, et

31 Mars jeune : scénario climatique moins optimiste Du point de vue purement climatique, le verdict semble sans appel : il est impossible pour Mars d avoir été le théâtre d un climat «chaud et humide» de façon durable, y compris au cours du. De l eau liquide en surface reste toutefois possible, mais en de rares circonstances, de manière très localisée, et pendant des périodes de temps très courtes (suivant la saison et l ensoleillement, impacts, volcanisme). Accepted to Icarus

32 Curiosity

33 2 septembre 2012

34 Mars : planète habitable devenue non-habitable (en qqs 100taines de millions d années) Existe-t-il une planète/un corps planétaire qui, de non-habitable, pourra potentiellement devenir habitable? Satellites de glace planètes océans? Et si l on rajoute de la matière organique? Phase géante rouge pour notre étoile Durée estimée à 2 milliards d années Saturne et Titan

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