Trois fois de l'eau sur la même roche martienne

Un croisement de plusieurs systèmes d'eau

Commençons par le lieu. L'unité Margin suit le bord intérieur du cratère Jezero, sur environ 265 mètres de dénivelé. Les sondes qui survolent Mars y avaient repéré de forts signaux de carbonate, un minéral qui, sur Terre, se forme souvent dans des zones d'eau peu profonde où la vie pullule. De quoi faire de cette bande de terrain une cible de choix pour un rover chargé de chercher des traces de vie ancienne.

L'équipe imaginait donc un dépôt de lac. « Avant notre arrivée sur l'unité Margin, l'hypothèse principale, issue des observations en orbite, était que le carbonate vu depuis l'espace s'était formé au contact du lac qui occupait le cratère Jezero », explique Candice Bedford, chercheuse à l'université Purdue, dans l'Indiana, et première autrice de l'étude. « Mais nous savons maintenant que cet endroit est devenu comme un croisement pour les systèmes d'eau. »

Un croisement, l'image est juste. Deux fleuves qui se rejoignent, puis une rivière souterraine qui passe sous la ville : la roche est le carrefour, et chaque fluide y a laissé sa marque. Restait à les démêler.

La roche était un enregistreur, pas un sédiment

Pourquoi une roche ignée enregistre-t-elle mieux qu'un sédiment ? Parce qu'elle est née d'un refroidissement lent.

Dans les parties hautes de l'unité, Perseverance a trouvé une roche à gros grains, cristalline, riche en olivine, et presque intacte : aucun signe que l'eau l'ait jamais touchée. L'olivine est un minéral fait de magnésium et de fer, et son nom vient de sa couleur vert olive. Ce morceau-là s'est formé dans une poche de magma, assez profond pour refroidir lentement et laisser les cristaux grossir. Il n'a atteint la surface qu'après l'érosion de ce qui le recouvrait.

Plus bas, sur ce qui était le fond du lac, la même roche apparaît transformée : les grains d'olivine sont fracturés, avec de la silice logée entre eux. Voilà le point clé. Un sédiment est un tas de grains venus d'ailleurs, empilés par l'eau ou le vent. Une roche ignée, elle, est restée sur place depuis le début, comme un bloc de béton coulé sur le chantier. L'eau n'a pas pu la déplacer ni la mélanger : elle n'a pu que la traverser, en modifiant ses minéraux sur place. Chaque passage de fluide a donc laissé une signature à sa place exacte, dans l'ordre chronologique.

Les trois épisodes, racontés par les minéraux

Chaque épisode a laissé un minéral différent, et l'ordre de lecture vient de l'endroit où ce minéral s'est logé.

Premier épisode : le carbonate. Des eaux souterraines chargées de dioxyde de carbone circulent dans les fractures de la roche. Elles attaquent l'olivine et la transforment en carbonate, qui rebouche les fissures. Avec le temps, la roche tendre autour s'érode et ces fissures durcies restent seules, dressées comme de petites crêtes. C'est exactement ce qu'on voit sur la planche ci-dessus.

Deuxième épisode : la silice. Ensuite, l'eau change de caractère. Elle devient plus acide, et ce changement inverse les rôles : le carbonate, qui s'était formé, se redissout, tandis que la silice précipite à sa place. Les indices de terrain penchent pour ce scénario. Ce sont les roches situées sous le niveau de l'ancien lac qui contiennent le plus de silice, ce qui suggère l'eau du lac, ou une nappe restée longtemps au contact de la roche. La silice se dépose alors dans l'espace libéré, entre les grains fracturés.

Troisième épisode : les veines. Le dernier passage est différent des deux premiers, et c'est le plus spectaculaire. À un endroit du flanc est de l'unité, la roche porte une veine minérale d'environ 25 centimètres d'épaisseur, un fin ruban de matière cristallisée qui tranche avec tout ce qui l'entoure. Elle contient du sulfate de calcium et un minéral rare sur Mars : la fluorite.

La fluorite est la pièce décisive. Elle se forme quand de l'eau chaude circule dans des roches volcaniques, ce qui raconte un épisode tardif d'eau souterraine chauffée. Et cet épisode est bien séparé des autres : la roche autour de la veine ne contient presque pas de calcium, de soufre ni de fluor. Ces éléments sont donc venus d'ailleurs, avec un fluide différent de ceux des deux premiers épisodes.

D'où venait cette eau, et pourquoi c'est difficile à dire

Les nouveaux résultats tranchent un vieux débat. On attribuait le carbonate de cette région au lac, parce qu'il apparaît près du niveau que l'eau a pu atteindre. Mais la même signature de carbonate se retrouve aussi en dehors du cratère Jezero, dans une bande plus large de roche riche en olivine qui court sur la région de Nili Fossae. De quoi suggérer que l'eau souterraine, ou des fluides chauds, ont fait le travail ici comme ailleurs, sans qu'un lac soit nécessaire.

Une roche voisine raconte même l'inverse. La formation Séitah, plus bas sur le fond du cratère, est bien moins altérée que l'unité Margin, alors que les deux auraient dû être recouvertes d'eau si le lac seul avait agi. Séitah n'a pas non plus les crêtes de l'unité Margin. Tout pointe vers les fractures : là où l'eau pouvait s'infiltrer, la roche a changé, et là où elle ne pouvait pas, la roche est restée presque intacte.

Une dernière surprise vient du nord. Là où l'unité Margin rencontre une formation plus jeune, dans un chenal appelé Neretva Vallis, le rover a trouvé un amas de fragments anguleux et mélangés, noyés dans une matière fine : le résultat d'une coulée de débris. Un grain d'olivine piégé dedans prouve que l'unité Margin existait déjà quand ce matériau a glissé. Les roches du nord se sont aussi révélées plus riches en fer, avec des taux d'oxyde de fer allant jusqu'à 82 % dans une tache sombre, les plus élevés de l'échantillonnage de l'étude.

Ce que cela change pour la vie sur Mars

Passons à ce que cette histoire apporte concrètement.

D'abord, l'idée d'un lac unique qui aurait tout expliqué ne tient plus. Le carbonate vu depuis l'orbite avait fait naître un scénario simple : un lac, une eau, une altération. Les mesures du rover montrent autre chose : un système souterrain d'abord, un épisode lié au lac ensuite, une circulation chaude pour finir. Ces trois eaux ne venaient pas forcément du même endroit, ni de la même époque.

Ensuite, il y a le lien avec la recherche de vie. Quand l'eau réagit avec l'olivine, sur Terre, la réaction libère de l'hydrogène. Or l'hydrogène est une source de nourriture pour certains microbes, et la même réaction laisse derrière elle du carbonate et de la silice. Deux minéraux qui piègent des traces de ce qui a vécu là. Trouver le carbonate et la silice ensemble, dans une roche où l'eau est passée plusieurs fois, revient donc à tomber sur une zone où la vie aurait pu s'installer et laisser une trace.

Un bémol honnête, et l'équipe le dit clairement : elle peut établir l'ordre des épisodes, pas leur âge. Aucune date, donc. Le rover a tout de même prélevé des carottes de roche à deux endroits de la zone, baptisées Pelican Point et Lefroy Bay, en attendant une future mission qui les rapporterait sur Terre.

« S'il y a une chose que j'ai apprise après dix ans à travailler avec des rovers martiens, c'est que Mars vous jette constamment des surprises », confie Candice Bedford. « Il est très rare que les choses soient telles qu'on les attendait depuis les données en orbite. » L'unité Margin, elle, vient de livrer trois chapitres là où l'on en attendait un seul.

Pour aller plus loin

• La fiche mission de Perseverance, en poste au bord du cratère Jezero depuis février 2021.
• Les notions clés : Mars, rover et habitabilité dans notre glossaire.
• Pour observer le ciel de chez vous : la carte du ciel interactive, le guide d'observation et la galerie d'astrophotographies.
• Les sources officielles de cet article : le communiqué du Jet Propulsion Laboratory et sa version NASA, l'étude de Bedford et al. publiée dans Communications Earth & Environment, et la fiche Photojournal de la panoramique « Turquoise Bay ».