Le radar MARSIS sonde la planète rouge…

La sonde européenne Mars Express embarque à son bord une radar nommé MARSIS (Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionospheric Sounding). Il s’agit d’un radar altimétrique multifréquence de subsurface à synthèse d'ouverture (SAR) qui comprend une antenne principale couplée à une antenne secondaire chargée d'isoler la réflexion du sous-sol. L’ensemble pèse environ 12 kg. MARSIS fonctionne de jour comme de nuit mais fonctionne de manière optimale en pleine nuit, à une altitude inférieure à 800 km, car durant la nuit, l'ionosphère martienne est beaucoup moins active que durant le jour. En effet, le jour le Soleil ionise les hautes couches atmosphériques et provoque la formation d'un plasma, perturbateur de certaines ondes radio…

Vue d’artiste du radar MARSIS complètement déployé à bord de la sonde Mars Express. Ses deux perches de 20 m de long et celle de 7 m jaillissent du cube de manière peu ordinaire mais très caractéristique. MARSIS réalise la cartographie radar interne de la subsurface de Mars jusqu’à quelques kilomètres de profondeur. Les perches de 40 m de long émettent des ondes basses fréquences vers la surface qui sont renvoyées vers la sonde quelques soient les matériaux rencontrés…

MARSIS fut déployé avec succès plusieurs mois après la mise en orbite de la sonde Mars Express autour de la planète rouge. L'antenne de 40 m d'envergure émet depuis un signal radio dans deux fréquences différentes à 1,3 et 5,5 MHz, ce qui lui permet de percer la croûte martienne sur plusieurs centaines de mètres de profondeur, voir entre 2 et 3 kilomètres de profondeur quand toutes les conditions sont optimales…

Ces deux images montrent la zone de transition topographique qui existe entre les hauts plateaux et les basses terres de Mars. Des dépôts sédimentaires inexpliqués sont visibles dans la région de Medusae Fossae, c’est-à-dire dans les basses terres resurfacées. MARSIS a relevé des échos intéressants dans ces régions…

MARSIS a donc révélé de nouvelles données sur la nature des dépôts de Medusae Fossae, grâce aux premières mesures directes de leur épaisseur et de leurs propriétés électriques fournissant ainsi de nouveaux arguments sur leur origine.

Cette région de transition proche de l’équateur semble posséder des terrains jeunes, peut-être même parmi les plus jeunes observés à ce jour sur Mars. Peu de cratères d’impact sont d'ailleurs visibles à sa surface, ce qui vient étayer cette hypothèse. Et les planétologues de penser jusque-là qu’il s’agissait sûrement d’une fine couche de dépôts sédimentaires recouvrant la région suite à un épisode morphoclimatique ancien du type océan polaire ou épisode glaciaire par exemple… Mais les données radar de MARSIS révèlent que les dépôts font en fait à certains endroits de cette région plus de 2500 m d’épaisseur. Ceci a conduit les scientifiques à appeler ces zones particulières, les " zones furtives " car elles ne renvoient pas d’échos radar dans les longueurs d’onde comprises en 3,5 et 12,6 cm (MARSIS fonctionne dans des longueurs d’onde allant de 50 m à plus de 100 m). MARSIS a également révélé que ces étonnants dépôts n’étaient pas compactés, semblaient être poreux comme un amalgame de poussières, ce qui est difficilement compréhensible quant on sait qu’ils peuvent faire plusieurs kilomètres d’épaisseur et qu’ils auraient donc dû être auto-compressés.

Comme toujours, plusieurs hypothèses furent proposées pour tenter d’expliquer l’origine et la composition de ces dépôts. Certains planétologues ont soutenu qu’ils étaient volcaniques et provenaient soit d’épanchements de volcans voisins, soit de précipitations de cendres et autres cinérites… D’autres ont soutenu qu’il s’agissait d’immenses accumulations éoliennes mises en place au fil du temps et des millénaires, par l’action érosive des vents martiens particulièrement efficaces. D’autres encore ont affirmé que ces dépôts très certainement riches en glace d’eau étaient semblables aux dépôts stratifiés des régions polaires de la planète, mais mis en place lors des basculements passés de l’axe de rotation de la planète, rendant les régions équatoriales plus froides…

En haut, un " radargramme " montrant la sub-surface d’une formation géomorphologique dans la région de Medusae Fossae. Cette région de l’hémisphère Nord est faite de dépôts sédimentaires et se trouve parsemée de petites collines et de bas reliefs très érodés comme en témoigne la vue du bas. Les propriétés électriques observées dans cette zone grâce aux données radar laissent à penser que ces dépôts sont riches en glace d’eau.

Confirmer l’une ou l’autre de ces hypothèses n’est pas simple, même avec les données radar de MARSIS. Il faudra encore beaucoup de mesures et d’analyses et peut-être même des prélèvements et carottages profonds réalisés in-situ pour pouvoir être certain de l’origine de ces terrains… En attendant, MARSIS continuera à fournir d’excellentes données sur la nature du sous-sol martien et les équipes de scientifiques pourront affiner leurs techniques de traitement des données et leurs modèles.

© Texte : Gilles Dawidowicz/APM.
© Images : ESA/ASI/NASA/Univ. of Rome/JPL/Smithsonian.