A la recherche des carbonates perdus… 1ère partie

Voilà maintenant plus de 4 mois que la sonde Phoenix est posée dans la région boréale de Mars et qu'elle tente péniblement d'étudier sous quelques coutures, certains paramètres physico-chimiques de son sol et de sa sub-surface.

Tandis que les analyses se font ou ne se font pas en fonction des difficultés techniques rencontrées, la NASA vient de communiquer la découverte par deux des instruments du bord, de la présence de carbonates.

Cette annonce, passée inaperçue, est pourtant si la découverte est confirmée, absolument fondamentale dans l'étude de l'histoire géologique passée de Mars et pourrait être déterminante dans la suite à donner à son exploration future, robotique et humaine !

Revenons donc d'abord sur les carbonates tels qu'on les rencontre sur Terre.

Définition générale du carbonate, adaptée d'après l'encyclopédie Wikipédia :
En chimie, carbonate désigne un ion formé d'un atome de carbone et de trois atomes d'oxygène portant une double charge négative (CO32-), ainsi qu'un composé chimique comprenant cet anion. Ainsi, on peut rencontrer dans la nature divers types de carbonates, dont notamment du carbonate de calcium (CaCO3), du carbonate d'argent (Ag2CO3), du carbonate de manganèse (MnCO3), du carbonate de baryum (BaCO3), du carbonate de magnésium, de lithium, de fer, de cuivre, de sodium, de plomb etc, etc.

Dans l'ion carbonate (CO32-), chaque atome de carbone se trouve au centre d'un triangle équilatéral dont chaque sommet est occupé par un atome d'oxygène. Aucun ion oxygène n'est commun à deux groupements triangulaires carbone-oxygènes. Ces groupements doivent être considérés comme des unités distinctes dans la structure des minéraux carbonatés et ils sont en grande partie responsables des propriétés particulières de ce groupe. La liaison entre le carbone central et les atomes d'oxygène est moins forte que dans le dioxyde de carbone par exemple. Ainsi, en présence de l'ion hydrogène, le radical carbonate devient instable et se brise. C'est cette instabilité qui est à l'origine lors des tests à l'acide, de la mise en évidence des carbonates dans un composé organique ou inorganique et qui permet de faire la différence entre une calcite et un quartz par exemple. Au contact d'une solution d'acide chlorhydrique HCl, les ions CO32-, forment du dioxyde de carbone CO2 dont le dégagement gazeux est observable sous forme d'effervescence.

Sur Terre, les carbonates sont des minéraux que l'on trouve en abondance. Le carbonate de calcium est le constituant principal des coquilles de nombreux organismes vivants, marins ou terrestres. Mais, on trouve surtout du carbonate de calcium dans la lithosphère sous forme de roches dites calcaires. Les roches calcaires sont de loin, les roches les plus abondantes parmi les roches sédimentaires (dans lesquelles on retrouve les roches siliceuses, argileuses, salines, phosphatées, ferrifères, carbonées et carbonatées). Ce stock considérable de carbone est alimenté par le métabolisme des êtres vivants sous forme de gaz carbonique, lequel donne notamment, en se combinant avec les métaux divalents, des composés insolubles dans les conditions normales de la lithosphère : les carbonates. Des dissociations ultérieures peuvent cependant intervenir, à la faveur desquelles le carbone mis en réserve est restitué à la biosphère et à l'atmosphère. Ainsi les carbonates se trouvent à la croisée des cycles biochimique et géochimique du carbone, localisés essentiellement dans la zone superficielle de la lithosphère. La présence des carbonates dans les roches d'origine interne est, en effet, exceptionnelle et elle pose l'un des problèmes les plus intéressants de la pétrologie, celui de l'origine « primaire » du carbone en profondeur.

Les carbonates alcalins ne se dissocient qu'à très haute température, les carbonates alcalino-terreux et le carbonate de lithium à température moins élevée ; la température à laquelle une pression déterminée de gaz carbonique est atteinte décroît du carbonate de baryum au carbonate de magnésium, en passant par le strontium puis le calcium. Les carbonates alcalins solubles dans l'eau sont hydrolysés.

Pour une définition plus précise du carbonate de calcium : http://fr.wikipedia.org/wiki/Carbonate_de_calcium

Voici donc un extrait du fameux communiqué de la NASA datant du 29/09/2008 :

" The evidence for calcium carbonate in soil samples from trenches dug by the Phoenix robotic arm comes from two laboratory instruments called the Thermal and Evolved Gas Analyzer, or TEGA, and the wet chemistry laboratory of the Microscopy, Electrochemistry and Conductivity Analyzer, or MECA.

"We have found carbonate," said William Boynton of the University of Arizona, lead scientist for the TEGA. "This points toward episodes of  interaction with water in the past."

The TEGA evidence for calcium carbonate came from a high-temperature release of carbon dioxide from soil samples. The temperature of the  release matches a temperature known to decompose calcium carbonate and release carbon dioxide gas, which was identified by the instrument's mass spectrometer.

The MECA evidence came from a buffering effect characteristic of calcium carbonate assessed in wet chemistry analysis of the soil. The measured concentration of calcium was exactly what would be expected for a solution buffered by calcium carbonate.  Both TEGA, and the microscopy part of MECA, have turned up hints of a clay-like substance. "We are seeing smooth-surfaced, platy particles with the atomic-force microscope, not inconsistent with the appearance of clay particles," said Michael Hecht, MECA lead scientist at NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Calif. "

D'après ce communiqué, il ne fait pas de doute que les deux instruments de chimie de la sonde Phoenix ont bien mis en évidence le précieux composé. Ces fameux carbonates qu'aucun spectromètre à émission thermique déjà expédié sur Mars n'avait décelé jusqu'alors ! Car les sondes suivantes en possédaient : Pathfinder (APXS), Mars Global Surveyor (TES), Mars Odyssey (THEMIS), Mars Express (OMEGA), Spirit et Opportunity (mini-TES). Et aucune n'en a trouvé de manière formelle.

Le début d'une longue et fascinante enquête…

© Textes : Gilles Dawidowicz/APM, NASA et Wikipédia.
© Image : Wikipédia.