Un étrange gaz détecté sur Mars pourrait trahir une activité volcanique

Le système solaire interne déborde d’activité volcanique : la Terre compte environ quarante volcans actifs, et les scientifiques s’accordent généralement à dire que l’épaisse couverture nuageuse de Vénus cache plusieurs montagnes cracheuses de feu. En revanche, si Mars fut un temps recouverte de cratères actifs, elle est à présent bien calme. Aucun signe évident d’activité volcanique n’y a jamais été observé.

Cela ne signifie pas pour autant que ses volcans soient éteints : de nouveaux indices encourageants suggèrent que la planète rouge n'est peut-être pas totalement inactive.

Ces dernières années, la sonde ExoMars Trace Gas Orbiter envoyée par l’Agence spatiale européenne a pu détecter des émissions de chlorure d’hydrogène, un gaz particulièrement nauséabond évoquant du vinaigre mêlé à du détergeant, dans l’atmosphère martienne. Bien qu’il puisse provenir d’autres sources, ce gaz est lié à l’activité volcanique de la Terre. Sur Mars, il semble également s’échapper d’une série de fissures sur les pentes d’un gigantesque volcan, laissant penser que ces vapeurs proviennent de roches en fusion qui bouillonnent sous la surface.

Cette découverte, révélée dans un article publié dans le journal Science Advances, n’est pas une preuve indiscutable. Mais Daniel Mège, planétologue à l’Académie polonaise des sciences de Wrocław et co-auteur de cette nouvelle étude, indique que « tous ces signes convergent vers une origine volcanique. »

La découverte relance l’éternel débat sur la manière dont une petite planète telle que Mars parvient à produire la chaleur nécessaire à une activité volcanique, chaleur qui pourrait potentiellement entretenir une vie microbienne.

Si aujourd’hui la surface de Mars est froide et aride, elle était autrefois recouverte de lave et de débris issus de cendres et de pierres ponces crachées par des volcans colossaux tels qu’Olympus Mons. Leurs éruptions furent causées par la chaleur dégagée lors de la formation de Mars, ainsi que par la désintégration d’éléments radioactifs. Pourtant, la petite masse de la planète rouge, représentant seulement un dixième de celle de la Terre, n’était pas suffisante pour entretenir cette chaleur interne, qui s’évanouit rapidement dans l’espace. Les quantités limitées d’éléments radioactifs ne suffirent pas. Le noyau de la planète refroidit, et son abondante activité volcanique s’essouffla il y a quelques milliards d’années.

Néanmoins, la lave ne disparut pas complètement : d’après des images satellites, quelques coulées n’auraient qu’un ou deux millions d’années, voire moins. D’autres indices suggèrent que les volcans martiens ne seraient pas éteints, mais simplement endormis.

Le changement de cap s’est opéré en 2018, quand la sonde InSight pilotée par la NASA a atterri dans la zone Elysium Planitia. Là-bas, son sismomètre a détecté une série d’étranges séismes martiens suggérant qu'un fluide pourrait se déplacer sous la surface. « Il y a des gens qui disent que c’est du magma, d’autres que c’est de l’eau, raconte Tracy Gregg, volcanologue à l’Université d’État de New York à Buffalo non concernée par la nouvelle étude. Moi, je pense qu’il pourrait s’agir des deux. »

À ce jour, aucune activité volcanique actuelle sur Mars n'a encore été démontrée avec certitude. La sonde ExoMars Trace Gas Orbiter vient d’ajouter un nouvel indice passionnant à l’enquête.

En 2021, l’ESA a révélé que l’orbiteur avait détecté de petites quantités de chlorure d’hydrogène (ou HCl) dans l’atmosphère martienne. Ce gaz incolore, corrosif et terriblement nauséabond est émis sur Terre lorsque le magma souterrain remonte et se décompresse. Toutefois, la majorité du gaz martien ne serait pas liée à l’activité volcanique, mais aux étonnants phénomènes météorologiques de la planète.

Pendant les chauds printemps et étés martiens, le HCl se répand dans le ciel de tout l’hémisphère sud. Il pourrait en partie provenir de l'évaporation des zones de glace, qui le relâchent dans l’atmosphère. Lorsqu’arrive l’automne dans l’hémisphère sud, des particules de glace se forment, emprisonnant le chlorure d’hydrogène près de la surface de Mars.

Pourtant, cette nouvelle étude « indique plusieurs détections inhabituelles » de chlorure d’hydrogène dans l’hémisphère nord, décrit Alexander Trokhimovskiy, chercheur à l’Institut de recherche spatiale de l’Académie des sciences de Russie et co-auteur de l’étude.

Ce même pic saisonnier de HCl ne devrait pas se produire dans l’hémisphère nord, où les températures restent relativement basses même en été. En effet, contrairement à la Terre, l’orbite de Mars n’est pas circulaire : la planète rouge s’approche et s’éloigne régulièrement du Soleil. La saison estivale de son hémisphère sud correspond au moment où elle s’approche de l’étoile, tandis que l’hiver de l’hémisphère nord se déclenche lorsqu’elle s’en éloigne. Ainsi, le nord ne connaît pas un cycle d’évaporation puis de solidification de sa glace aussi intense qu’au sud.

Étonnamment, les émissions de HCl dans l’hémisphère nord suivent un schéma précis et régulier. « Ce qui est étrange, c’est que ces observations se font toutes au même endroit : le versant nord d’Alba Mons, explique Kevin Olsen, météorologue à l’Université d’Oxford et co-auteur de la nouvelle étude. »

La distance qui sépare les côtes est et ouest des États-Unis équivaut à peu près à celle du cratère d’Alba Mons, ce qui en fait sans conteste le volcan le plus étendu de Mars. Ses pentes sont couvertes de récentes coulées de lave, preuve de l’activité du volcan dans des temps géologiques proches.

Des images satellites supplémentaires ont permis d’examiner de plus près le versant nord du volcan. Elles ont révélé une série d’étranges fissures, chacune d’environ 100 mètres de long. « Elles pourraient être associées à des nappes verticales de lave, précise Mège. » L’équipe scientifique suppose que du magma pourrait circuler sous la surface, dégageant du chlorure d’hydrogène. Le gaz n’est détecté que pendant l’été, car la couche de glace l’empêche de s’échapper durant l’hiver.

L’équipe reconnaît qu’il ne s’agit pas là d’une preuve irréfutable d’activité volcanique. Il est impossible d’affirmer que le HCl provient de ces fissures en particulier. De plus, « la nature de la source nous est inconnue, ajoute Olsen. Est-ce que ce sont juste des poches de gaz souterraines, ou s’agit-il vraiment de magma actif ? »

En outre, le HCl peut être issu d’autres réactions chimiques : de l’eau chaude rencontrant du chlorure métallique, par exemple. Des chlorures ont déjà été détectés sur Mars par le passé, et la surface, plus chaude, est susceptible de présenter çà et là quelques sources hydrothermales.

Enfin, la sonde InSight n’a jamais détecté de signaux sismiques magmatiques probants autour d’Alba Mons, ni du dôme de Tharsis, l’immense plateau volcanique qui supporte le cratère. Cela ne signifie pas pour autant que la région est définitivement éteinte, d'un point de vue volcanologique. « Le dôme de Tharsis recouvre la plus grande et la plus persistante chambre magmatique de la planète, qui devrait mettre beaucoup de temps à refroidir complètement, se dégazer puis se solidifier, indique Gregg. »

Des rivières de magma gazeux circulent peut-être encore quelque part sous la surface, une théorie que la nouvelle étude corrobore. Dans ce cas, cela signifierait que Mars est encore capable de produire des éruptions, même très sporadiques. Cela pourrait également confirmer l’idée que l’activité magmatique souterraine soit capable de créer un environnement favorable à la vie microbienne, en alimentant un flot d’eau chaude et d’autres éléments chimiques.

Malgré tout, si le chlorure d’hydrogène provient bien de magma souterrain, une éruption martienne n’est pas à prévoir dans l’immédiat. Néanmoins, rien ne dit que Mars ne verra plus sa surface changer. « Les planètes sont de gros corps astraux complexes, il peut toujours arriver des choses imprévisibles, reconnaît Gregg. En volcanologie, on sait qu’il ne faut jamais dire jamais. »