De l’origine de la glace d’eau du pôle Sud.

C’est une nouvelle fois à l’instrument français OMEGA à bord de la sonde européenne Mars Express que l’on doit un éclairage originale sur les étranges paysages du pôle Sud de Mars. L’instrument étant en effet capable de faire la différence entre la signature spectrale de la glace d’eau (H2O) et celle de la glace carbonique (CO2), il permet d’obtenir de précieuses et inédites informations sur la géophysique des régions polaires de Mars et d’étudier puis de comparer un pôle Nord composé à 100% de glace d’eau et un pôle Sud où la situation est plus complexe, avec une pellicule saisonnière de glace carbonique superposée à une couche pérenne de glace d’eau…

C’est dans le Journal of Geophysical Research du 21 juillet 2007 (http://www.agu.org/pubs/crossref/2007/2006JE002841.shtml), qu’une équipe pluridisciplinaire française a choisit de publier sa nouvelle hypothèse concernant l’évolution de la calotte polaire Sud de Mars en fonction de l’orbite de la planète autour du Soleil. L’équipe, composée de planétologues de l’IAS, du LMD, du Service d’aéronomie et du LPG, s’est basée sur des observations du spectromètre OMEGA dans le visible et le proche infrarouge réalisées entre 2004 et 2006. Durant cette période, la calotte polaire australe de Mars était alors en récession.
La communauté des planétologues, comme celle des astronomes d’ailleurs, savait que les calottes de Mars étaient composées de glaces d’eau et l’on subodorait depuis longtemps l’existence de glace carbonique au pôle Sud de la planète. Ce fut Mars Express qui apporta la preuve irréfutable de cet état de fait et qui révéla l’exacte situation, pour ne pas dire superposition, des différentes couches de glace du pôle Sud. Le spectromètre OMEGA précisa même que la glace d’eau du pôle Sud recouvrait des terrains sédimentaires vieux de plusieurs millions d’années. La dernière glaciation devait donc être « récente ».

C’est au moyen d’un modèle mathématique complexe du climat martien (le Martian Global Climate Models) mis au point par les chercheurs du LMD puis corrélé aux données d’OMEGA, que les planétologues français ont mis au point leur hypothèse permettant de préciser les dates de dépôts et de retraits, ainsi que les mécanismes de mise en place.

Selon les observations faites, la zone polaire Sud de Mars serait en fait de nos jours, composée de trois types de glaces :

· Type 1 : glace d'eau mélangée avec de la glace carbonique. C'est ce type de glace qui compose la calotte polaire permanente et résiduelle,
· Type 2 : glace d’eau uniquement. C’est l’étroite couronne qui dépasse et entoure la région de Type 1,
· Type 3 : glace d’eau impure (mélangée avec des sables éoliens). C’est une large bande plus ou moins continue (de plusieurs dizaines de km) qui ceinture l’ensemble et qui serait actuellement en phase de régression.

Il semble bien que la présence de glace carbonique dans la calotte polaire (Type 1) soit récente. Cette glace carbonique jouerait un rôle de piège à glace d’eau tout en la protégeant.

Selon l’étude française, les dépôts de glace d’eau seraient soumis à des cycles astronomiques et feraient des va et vient tous les 51 000 ans entre les régions polaires Nord et les régions polaires Sud, lors de chaque inversion de la précession martienne. Ainsi, l’hypothèse d’annoncer qu’il y a 21 000 ans, la situation était exactement symétrique à celle d’aujourd’hui : le périhélie marquait l’été boréale (de nos jours au périhélie, c’est l’été australe). Toujours selon l’étude (mais ce n’est pas une nouveauté), la glace d’eau du pôle Nord était instable et était régulièrement transférée par des échanges atmosphériques thermiques et gazeux, du Nord au Sud pour finalement s’y précipiter à la vitesse de 1 mm par an. Notons qu'un mécanisme similaire existe aujourd’hui saisonnièrement dans un sens puis dans l’autre au moyen des nuages de hautes altitudes composés de glace d’eau, mécanisme qui assure un transfert… de poussières !

Mais revenons à l’étude. En quelques 10 000 ans, sous l’effet de chauffe des régions boréales, l’accumulation de glace d’eau au pôle Sud atteint 6 m d’épaisseur. Le cycle de précession s’inversant, les régions australes sont à leur tour soumises à une plus forte insolation rendant instables les couches de glace d’eau déposées au Sud. La calotte australe entre alors dans une phase de régression au profit de la calotte polaire Nord qui progresse à nouveau… Selon ce modèle, cette situation a perduré jusqu’à il y a environ 1 000 ans où pour une raison inconnue, de la glace carbonique précipita au pôle Sud, modifiant ainsi une partie du processus et empêchant la sublimation des couches de glace d’eau accumulées au centre de la calotte.

En conclusion, l’étude propose que les grandes différences morphologiques entre les régions polaires Nord et Sud sont essentiellement dues à la dissymétrie de la circulation générale des vents et courants d’air entre le Nord et le Sud, entrainant aussi une forte dissymétrie du cycle de l’eau. Voilà qui éclairera peut-être un peu plus notre vision de l’histoire climatique d’une autre planète, bleue celle-là !

Les glaces du pôle Sud de Mars.

Taux d’accumulation de la glace d’eau au pôle Sud de Mars.

Types de dépôts de glaces au pôle Sud de Mars.

A gauche : carte topographique de l'USGS. La calotte polaire Sud en gris est entourée par des terrains sédimentaires anciens en vert.A droite : données OMEGA montrant les dépôts de glace d’eau (en haut) et de glace carbonique (en bas). Le rouge indique une concentration égale à 0% tandis que le vert indique une concentration de 60 à 70%.  Les dépôts permanents du pôle Sud sont de trois types :

· Type 1 : glace d'eau mélangée avec de la glace carbonique. C'est ce type de glace qui compose la calotte polaire permanente et résiduelle,

· Type 2 : glace d’eau uniquement. C’est l’étroite couronne qui dépasse et entoure la région de Type 1,

· Type 3 : glace d’eau impure (mélangée avec des sables éoliens). C’est une large bande plus ou moins continue (de plusieurs dizaines de km) qui ceinture l’ensemble et qui serait actuellement en phase de régression.

Evolution récente de la glace d’eau au pôle Sud de Mars.

Evolution récente présumée de la glace d'eau au pôle Sud de Mars depuis l'inversion du cycle de précession, il y a 21 000 ans.

·  A gauche : il y a 21 000 ans, la glace d’eau sublime de la calotte polaire Nord qui régresse. Elle est transférée puis précipitée sur les zones australes qui enflent.

·  Au centre : il y a 10 000 ans, le cycle commence à s'inverser.  La glace d’eau est à nouveau mobilisée vers les régions boréales. La calotte polaire Nord est en phase de progression. La calotte polaire Sud régresse.

·  A droite : il y a environ 1 000 ans, la sublimation de la glace d'eau diminue fortement au pôle Sud car des couches de glace carbonique se déposent dans sa partie centrale. Seules les régions périphériques sont alors soumises aux phases de sublimation, qui sont de moindre ampleur.

© Texte : Gilles Dawidowicz/APM.

© Images : ESA/DL, USGS, OMEGA Team, F Montmessin – Service d'Aéronomie du CNRS – IPSL. Traduction Gilles Dawidowicz.