De nouveaux indices relevés dans un cratère à l'origine d'un immense tsunami suggèrent la présence d'un océan tardif sur Mars il y a trois milliards d'années seulement. L'impacteur a créé un cratère de 120 kilomètres de diamètre dans un océan peu profond localisé dans l'hémisphère nord de la Planète rouge.

Cela vous intéressera aussi [EN VIDÉO] Mais où est passée l’eau martienne ? De l’eau a coulé à la surface de Mars. Des traces de ruissellements et des analyses en témoignent. Mais comment cette eau a pu disparaître ? Comment cette planète est-elle devenue le monde désertique que nous connaissons actuellement ? Discovery Science nous propose une réponse en vidéo.

L'océan sur Mars a toujours fait débat au sein de la communauté scientifique. La recherche d'indices prouvant ou non la présence de cet océan dans son hémisphère nord est un véritable défi pour les astronomes. L'hypothèse que les plaines du nord furent un jour recouvertes par un océan est renforcée par l'identification du cratère à l'origine d'un méga-tsunami ayant recouvert les paléo-rivages de la région d'Arabia Terra.

Sur la Terre, les cratères marins présents dans les fonds océaniques sont liés à d'ancien mega-tsunamis, comme celui de Chicxulub à l'origine du cataclysme il y a 66 millions d'années, et dont on trouve encore aujourd'hui la trace grâce aux dépôts clairement identifiés le long des paléo-côtes du golfe du Mexique. Ces cratères marins terrestres sont connus pour présenter une morphologie bien particulière. Au moment de l'impact dans un océan peu profond, il se forme une cavité transitoire qui va subir des déformations importantes causées par le contexte marin avec des remparts de cratères larges et effondrés, des dépôts importants de sédiments dans le cratère lors du remplissage soudain du cratère par la mer.

C'est en utilisant ces mêmes indices que les géomorphologues François Costard, Antoine Séjourné, Anthony Lagain et Sylvain Bouley, du Laboratoire de géosciences Paris-Sud (Geops, CNRS, Université Paris-Saclay), Karim Kelfoun du Laboratoire magma et volcans (LMV, OPGC, Université Clermont-Auvergne, CNRS, IRD, CNRS, Université Jean Monnet) et Franck Lavigne du Laboratoire de géographie physique (LGP, CNRS, Université Panthéon Sorbonne, Université Paris-Est Créteil), ont pu retrouver le cratère Lomonosov (120 kilomètres de diamètre) qui serait à l'origine du gigantesque tsunami.

Le cratère Lomonosov de 120 kilomètres de diamètre. Données altitudinales de l’instrument Mola (Mars Orbiter Laser Altimeter). © Nasa, JPL, USGS

Un cratère pas comme les autres

C'est à partir d'une approche morphométrique couplant les images de la caméra HRSC de la sonde Mars Express de l'ESA et les données topographiques notamment qu'il a été possible de mettre en évidence le caractère unique du cratère Lomonosov. Celui-ci se différencie des autres cratères par une topographie bien particulière comme les nombreux effondrements dans son rempart, des ouvertures le long de ceux-ci, leur déficit en volume et le remplissage en sédiments dans le fond du cratère. Autant d'indices qui ne peuvent s'expliquer que par le contexte marin provoquant l'effondrement de la cavité transitoire au moment de l'impact dans un océan peu profond. Il se trouve que l'âge de ce cratère (par la technique du comptage de cratère) correspond à l'âge des dépôts de tsunamis précédemment identifiés dans la région d'Arabia Terra par cette équipe il y a un an.

On savait que Mars contenait un océan primitif mais la récente identification de ce cratère à l'origine des dépôts de tsunamis suggère qu'un océan était aussi présent bien plus récemment encore, il y a environ trois milliards d'années seulement. Cette conclusion de l'étude qui vient de paraître dans la revue JGR Planets relance le débat de l’existence de cet hypothétique océan et a de fortes implications sur les conditions climatiques qui devaient régner à cette époque.

Pour en savoir plus

Deux tsunamis géants trahissent l'existence d'un ancien océan

Article de Jean-Luc Goudet publié le 23 mai 2016

La planète Mars aurait bien eu un vaste océan dans l'hémisphère nord. Il aurait d'ailleurs perduré plus longtemps qu'on ne le pensait jusque-là. C'est ce que semble révéler une preuve originale : les traces de deux raz-de-marée géants dont les vagues de 120 m de hauteur auraient dévasté les côtes et emporté les rochers loin sur les hauteurs du sud.

Un océan martien, empli d'eau salée, a sans doute un jour recouvert une partie de l'hémisphère nord de Mars, où les altitudes sont très basses. Toutefois, son étendue et sa durée d'existence restent hypothétiques. © Nasa, GSFC

Il y a seulement 3,4 milliards d'années, Mars abritait sans doute un océan. Son existence était suspectée mais aucune preuve ne venait étayer cette hypothèse. La présence d'eau liquide, elle, est attestée puisque, notamment, Curiosity a visité le lit d'une ancienne rivière. Cependant, la géologie martienne ne montre aucune ligne de rivage qui pourrait témoigner d'un océan martien. Si elle est invisible, c'est parce que la côte a été entièrement détruite par un (et même deux) raz-de-marée, explique une équipe menée par Alexis Rodriguez, du Planetary Science Institute (PSI, Tucson, Arizona, États-Unis). Générées par la chute d'astéroïdes, des vagues géantes de 120 m de hauteur auraient complètement détruit les reliefs côtiers.

L'équipe s'appuie sur des images de plusieurs orbiteurs (Mars Odyssey, Mars Global Surveyor et Mars Reconnaissance Orbiter) au niveau d'une région particulière, qui marque la frontière entre les vastes plaines de l'hémisphère nord, dont l'altitude est basse, et les hauts plateaux de l'hémisphère sud. Dans la région Chryse Planitia, les chercheurs y ont repéré de vastes chenaux chargés de dépôts, de plusieurs centaines de kilomètres de long, et le sens d'écoulement va... du bas vers le haut, comme si d'énormes masses de liquide avaient remonté les pentes et déposé de lourds matériaux. Les zones ainsi inondées représenteraient entre 800.000 et un million de km2, avancent les chercheurs dans l'article disponible dans la revue Scientific Reports.

Les rivages (shoreline) de l'océan martien d'il y a 3,4 milliards d'années, à gauche, dans la région Chryse Planitia, avant le premier raz-de-marée (en bleu clair) et avant le second (en bleu foncé). À droite, en marron, les zones inondées par les deux raz-de-marée, le premier en haut et le second en bas. (Cliquez sur l'image pour l'agrandir.) © Alexis Rodriguez

Du temps en plus pour une vie martienne

Selon eux, l'étude montre les traces de deux raz-de-marée géants, survenus à environ trois millions d'années d'écart. Les impacteurs ont dû former des cratères d'environ 30 km de diamètre. Ce genre de collision, à l'époque (la période appelée Hespérien), devait survenir tous les 2,7 millions d'années en moyenne, ce qui incite les auteurs à estimer que d'autres impacts ont dû conduire à des raz-de-marée semblables ou moins gigantesques. Les traces laissées par ces deux évènements sont différentes. Durant le premier, c'est de l'eau liquide qui aurait déferlé vers les hauts plateaux. Le climat de Mars, ensuite, a dû changer et se refroidir car le second raz-de-marée aurait envahi les terres émergées avec un mélange d'eau et de glace. C'est donc un océan couvert d'une banquise qui recouvrait alors une partie de l'hémisphère nord.

La datation de ces raz-de-marée, en elle-même, surprend, et pose problème. Jusque-là, la présence d'eau liquide à la surface de Mars, formant de larges étendues dans l'hémisphère nord, semblait possible pour une période plus ancienne, s'achevant plutôt vers -3,8 milliards d'années. Si un océan a existé jusqu'à -3,4 milliards d'années, il faut désormais expliquer comment l'atmosphère a pu le maintenir.

Par ailleurs, cette durée plus longue aurait laissé 400 millions d'années de plus à une chimie prébiotique ou à l'évolution d'êtres vivants sur Mars. Sur Terre, à cette époque, des bactéries avaient commencé à former les stromatolithes et la photosynthèse n'allait pas tarder à démarrer, ou l'avait déjà fait. Cette découverte pourrait donc donner des idées pour le choix de sites d'atterrissage de futures missions. Les auteurs, eux, promettent (dans le communiqué du PSI) de partir au Tibet explorer des anciens lacs qui semblent avoir été façonnés par des évènements ressemblant à des raz-de-marée...