A propos de sols polygonaux…

Alors que la sonde Phoenix a largement commencé ses premières et longues analyses physico-chimiques et géo-chimiques du sol de Scandia Colles, il est temps de revenir plus en détails sur la véritable nature et l’origine des sols polygonaux, tels qu’on les observe sur Terre.

Hypothèses de formation des petits sols polygonaux de haute montagne. Figure inspirée de Pissart.

Légende :
A : soulèvement des cailloux par le gel.
B : ouverture de fissures de retrait.
C et D : bombement des centres et déplacements en surface des cailloux par des aiguilles de glace.

Définition
Les sols polygonaux sont des formations typiques des régions glaciaires et périglaciaires, que l’on rencontre dans les hautes latitudes mais aussi en haute montagne dans certaines régions intertropicales. Le plus souvent, les sols polygonaux sont des modelés que l'on rencontre sur des espaces plats même s’il arrive que l’on puisse les observer sur de faibles pentes… Sur Terre, on les trouve sur tous types de roches : calcaires, basaltes, moraines… Enfin, on en trouve de différents types : polygones pierreux, de terre, de toundra (géants), cercles de pierres, roses de pierres…  qui donnent presque toujours au sol un aspect de marquetterie.

Définition selon le dictionnaire de la Géographie (de Pierre George et Fernand Verger – Editions Puf-1996) : "figure périglaciaire liée à la ségrégation des matériaux sous l'effet du gel et du dégel successifs".

Sols polygonaux. Figure de Jean Demangeot inspirée de A.L. Washburn (Les milieux "naturels" du globe – 1990).

Légende :
En hachure, le pergélisol en été.
1, sols polygonaux classiques ; diamètre : 0,30 à 3 m.
2, polygones dits de toundra : chaque rainure est à l'émergence d'un coin de glace CG qui se dilate progressivement ; diamètre : 10 à 30 m.

Description
Un sol polygonal se présente comme un dallage, une succession de polygones, souvent des pentagones mais quelques fois aussi des quadrilatères, des hexagones ou des octogones, plus ou moins réguliers et dont les dimensions varient de quelques centimètres jusqu'à plus de 20 mètres ! Il existe également des formes très complexes de sols polygonaux, où les polygones sont emboîtés les uns dans les autres…
On trouve toujours dans les sols polygonaux, même si c'est parfois invisible en surface, une fraction qui fait entre 2 et 20 microns faite d’une matrice limoneuse. Elle est imbibée d'eau. A noter toutefois que malgré cette fraction fine, la granulométrie observée est très hétérogène et peu beaucoup varier. Ainsi, certaines fois, le centre des polygones est formé d'un gros bloc qu'entourent des cailloux et plus petits blocs, avec en marge sur les côtés des polygones, la fraction fine. D'autres fois au contraire, le centre des polygones est limoneux et les côtés sont formés de pierres plus ou moins grosses.

Bloc-diagramme montrant les déformations du sol polygonal par solifluxion le long des pentes. Les flèches indiquent la direction du glissement. Au premier plan : coupes de fentes en coin.
D'après Charles Pomerol (Eléments de géologie – 1971).

Origine
L’origine exacte des sols polygonaux fait toujours l’objet de débats au sein de la communauté des scientifiques, qu’ils soient géographes et géomorphologues ou géologues. Ainsi, selon les types de sols polygonaux observés, deux grandes théories s’affrontent bien qu’elles ne soient pas antagonistes. On évoque ainsi pour les expliquer :

– des courants de convection thermique (différences de températures des glaces et des eaux de fusion),
– des processus de rétractation et de contraction qui seraient à l'origine du réseau de fentes périphériques. Puis ces fentes seraient des lieux de ségrégation de la glace qui y formerait des coins.

Pour les sols polygonaux pierreux, leurs bombements sont caractéristiques. Ils sont liés au gel puis à un affaissement lié à une phase de dégel postérieure. Il est à noter, que les sols polygonaux sur des pentes de 4% et plus, sont appelés "sols striés", car déformés par la pente : les polygones sont étirés, allongés. Mais le processus de formation est bien le même.

Deux théories sur la formation des sols polygonaux. D'après M. Derruau (Précis de géomorphologie – 1972).

Légende :
A : courants de convection (indiqués par des flèches) – théorie abandonnée.
B : bombement par le gel, puis formation de fentes de retrait (la plus vraisemblable). Ce mode de formation peut se combiner en profondeur avec des involutions de même longueur d'onde que les mailles du réseau polygonal.

En ce qui concerne la planète Mars telle que Phoenix l'observe aujourd'hui, il est vraisemblable étant donné les conditions de températures et de pressions qui y règnent, que les sols polygonaux de la région Vastitas Borealis, soient des formes héritées d'un passé aux conditions morphoclimatiques différentes de celles d'aujourd'hui.

Le sol polygonal de Scandia Colles (Mars) vue par Phoenix (Sol 0).

Le sol polygonal de Terra Meridiani (Mars) vue par Opportunity (Sol 799).

Leur morphogénèse ne peut être active que pendant des phases de dégel, ce qui n'est a priori aujourd'hui jamais le cas à ces latitudes, malgré la très faible altitude de la région. Donc, il ne se passe aujourd'hui strictement rien d'un point de vue des processus relatifs à ces sols polygonaux !

Sols polygonaux quelque part dans l'hémisphère Nord vue depuis l'orbite par la sonde MGS…

Sols polygonaux quelque part dans l'hémisphère Sud vue depuis l'orbite par la sonde MGS…

En attendant d'en savoir plus sur les sols polygonaux martiens, une chose est sure : c'est que l'on en observe de grands nombres, de toutes tailles et de toutes natures un peu partout sur la planète rouge…

© Texte : Gilles Dawidowicz/APM.
© Images : NASA/JPL.