Pourquoi Mars a perdu son eau : une étude suggère que l'axe de rotation pourrait avoir causé la perte de ses lacs et de ses océans

Mars est une planète extrêmement aride, dont les conditions de pression et de température empêchent la présence d'eau liquide à sa surface . Cependant, des données géologiques et minéralogiques suggèrent que, dans un passé lointain, la planète rouge abritait d'importants volumes d'eau sous forme de rivières, de lacs et même d'océans .

Malgré des décennies de recherche, l’un des grands mystères de l’histoire martienne reste non résolu : qu’est-il arrivé à toute cette eau ?

Une nouvelle étude, menée par l'Institut d'astrophysique d'Andalousie (IAA-CSIC), a analysé le rôle de l'obliquité (l'inclinaison de l'axe de rotation de la planète) dans la perte d'hydrogène, et donc d'eau, de l'atmosphère martienne au fil du temps. Ces travaux ont été publiés dans la revue Nature Astronomy .

« Pour comprendre l'étude, il est important de garder à l'esprit que l'obliquité de Mars a considérablement changé au cours de son histoire », explique Gabriella Gilli, chercheuse à l'IAA-CSIC qui a codirigé les travaux.

« Le modèle climatique tridimensionnel que nous avons utilisé suggère que, pendant les périodes de forte obliquité, le taux d’échappement aurait pu être près de vingt fois plus élevé qu’aujourd’hui », explique-t-il.

Le co-auteur principal de l'étude, Francisco González-Galindo, note : « Si nous devions combiner toute l'eau présente sur Mars il y a entre 3 et 4 milliards d'années, nous aurions un océan global de plus de 100 mètres de profondeur. »

Une partie de cette eau est peut-être encore présente aujourd'hui sous la surface, emprisonnée sous forme de glace ou enfouie dans des minéraux hydratés. Cependant, une autre partie a été perdue dans l'espace par un processus appelé « fuite atmosphérique », au cours duquel les atomes et les molécules acquièrent suffisamment d'énergie pour surmonter l'attraction gravitationnelle de la planète et s'échapper dans le milieu interplanétaire.

Le taux actuel de fuite d'hydrogène ne suffit pas à lui seul à expliquer la perte de l'énorme quantité d'eau qui existait autrefois. L'orbite de Mars subit des variations périodiques qui influencent considérablement son climat.

L'un des plus significatifs est le changement d'inclinaison de son axe de rotation, appelé obliquité. « Bien que cette valeur soit actuellement similaire à celle de la Terre – environ 25 degrés –, sur Mars, elle a beaucoup fluctué au cours des derniers millions d'années, avec une moyenne d'environ 35 degrés », explique Gilli.

Bien que l’on sache que ces variations ont une influence significative sur le cycle de l’eau de la planète, la manière dont elles affectent la perte d’eau par fuite atmosphérique n’a pas été étudiée jusqu’à présent.

L'étude a exploré la relation entre l'obliquité de Mars et la perte d'eau au fil du temps , révélant que pendant les périodes où l'inclinaison axiale atteignait des valeurs élevées, l'insolation aux pôles augmentait.

Cela a intensifié le cycle de l'eau et généré une atmosphère plus chaude et plus humide. Dans ces conditions, la vapeur d'eau a atteint les couches supérieures de l'atmosphère, où elle était plus vulnérable au rayonnement solaire, qui la décomposait en atomes d'hydrogène et d'oxygène.

Étant très légers, les atomes d'hydrogène pourraient s'échapper plus facilement dans l'espace, contribuant ainsi à la perte d'eau de la planète .

L'équipe de recherche estime que la perte d'hydrogène pendant les périodes de forte obliquité pourrait expliquer la disparition d'une quantité d'eau équivalente à un océan global d'environ 80 mètres de profondeur. Cette valeur coïncide avec la limite inférieure des estimations de la quantité d'eau que Mars contenait autrefois. « Bien que cela puisse paraître modeste comparé à la Terre, sur Mars, cela représente une fraction significative de son ancienne eau ; son impact est donc significatif », commente Gabriella Gilli.

L'outil clé utilisé dans cette étude, le Mars Planetary Climate Model (Mars-PCM ), a été initialement développé par le Laboratoire de Météorologie Dynamique à Paris, en collaboration avec d'autres institutions internationales.

Pour cette étude, l'IAA-CSIC a incorporé des améliorations fondamentales au modèle climatique global de Mars, y compris de nouveaux composés et réactions chimiques qui ont permis, pour la première fois, de reproduire avec précision les observations de fuite d'hydrogène réalisées, entre autres, par les missions Maven (NASA) et Mars Express (ESA).

L'équipe a également réalisé des simulations qui montrent comment les changements dans l'inclinaison de l'axe martien ont influencé la perte d'eau dans l'espace .

« Nos résultats indiquent que l'échappement d'hydrogène a joué un rôle plus important dans le processus de séchage de Mars qu'on ne le pensait auparavant, ce qui est essentiel pour reconstituer la quantité d'eau que la planète a perdue dans l'espace tout au long de son histoire », explique Francisco González-Galindo.

Dans ce contexte, l'étude a des implications astrobiologiques, car comprendre comment les changements dans l'inclinaison de l'axe de la planète ont intensifié le cycle de l'eau et favorisé sa perte dans l'espace nous permet d'affiner la recherche de périodes possibles pendant lesquelles Mars aurait pu être habitable .

« Savoir quand et comment les bonnes conditions sont apparues – et quand elles ont cessé d’exister – est essentiel pour évaluer si la planète rouge aurait pu abriter la vie à un moment donné de son histoire », souligne Gilli.

En outre, l’étude met également en évidence à quel point les paramètres orbitaux peuvent transformer le climat d’une planète.

« Alors que sur Terre les variations sont faibles grâce à la stabilisation exercée par la Lune, sur Mars elles ont provoqué des changements drastiques qui ont affecté l'eau, l'atmosphère et, en fin de compte, son potentiel à soutenir la vie », explique González-Galindo.

« Cette vision à long terme du changement climatique planétaire offre également un aperçu précieux de la fragilité des équilibres qui rendent l’habitabilité possible et souligne l’importance de protéger notre planète », conclut Gabriela Gilli.