PROXIMARS, le paysage Martien

Voici notre second atelier en ligne autour de Perseverance, le rover (ou astromobile) envoyé par la NASA en juillet 2020. Il a atterri sur Mars en février 2021 dans le cratère Jezero.

LA QUESTION

Comment savoir s'il y a eu de la vie sur Mars ?

Les objectifs de la mission Perseverance :
1. Déterminer si la vie a existé sur Mars. Les missions précédentes, telles que Curiosity, ont établi que Mars a pu être habitable dans le passé. Avec Perseverance, les recherches portent sur les traces de vie bactériologique passée.
2. Caractériser le climat martien tel qu'il est aujourd'hui et tel qu'il était dans le passé.
3. Étudier la géologie martienne et révéler les processus qui ont créé et modifié la croute martienne au fil du temps.
4. Préparer l'exploration habitée, en étudiant comment utiliser les ressources naturelles sur place et comment mieux protéger de futurs explorateurs humains.
Perseverance va également préparer une mission de retour d'échantillons. En effet, certaines expériences sont trop complexes ou demandent des instruments impossibles à emporter. Le rover va donc préparer des capsules contenant des échantillons du sol martien. Une mission spatiale envoyée dans quelques années ira récupérer ces capsules pour les ramener sur Terre.
Perseverance est accompagné par un hélicoptère du nom d'Ingenuity. Il s'agit du premier hélicoptère à voler sur une autre planète. Ingenuity permet notamment de faire du repérage pour guider Perseverance. Par exemple, en juillet 2021, Ingenuity a survolé la région du Seitáh sud, a repéré des affleurements géologiques intéressants, ainsi qu'un trajet accessible pour le rover. En septembre, Perseverance a donc commencé à explorer le Seitáh sud.

Le cratère Jezero
Il y a trois milliards d'années, l'eau coulait à la surface de Mars. Jezero a été choisi comme site d'atterrissage car ce cratère abritait un lac dans le passé. Il y a même une rivière qui se jetait dans le lac en formant un delta, semblable au delta du Rhône. Des sédiments se sont déposés au fond du lac et ont formé des roches sédimentaires que l'on peut aujourd'hui analyser. C'est donc un endroit idéal pour étudier l'histoire de l'eau à la surface de Mars.
En outre, on pense que les deltas sont des lieux propices à l'émergence de la vie et concentrent la matière organique lorsqu'il y en a. On a donc plus chances de trouver des traces de vie passée dans le cratère Jezero, si il y a eu des organismes vivants sur Mars.

Mais lorsqu'on repère une forme de delta, une fois que toute l'eau est évaporée, on ne sait pas si l'eau s'est accumulée lors de fortes pluies épisodiques et s'est rapidement évaporée, ou si l'eau était présente à la surface pendant des milliers d'années.

Par exemple, dans les déserts (sur Terre), on trouve des cônes alluviaux qui se forment après la pluie. Au bout de quelques jours, l'eau s'est évaporée et laisse derrière elle ce qui ressemble à un delta.
Dans le cas du cratère Jezero, on sait que l'eau était présente en grande quantité pendant longtemps, puisqu'il y a aussi un canal de sortie par lequel l'eau s'évacuait du cratère.

Etudier la surface de Mars nous permet aussi d'en apprendre sur tout le système solaire.
À la surface de Mars, on trouve des roches vieilles de plusieurs milliards d'années. C'est bien plus vieux que toutes les roches à la surface de la Terre, (la surface de la Terre est recyclée par la tectonique des plaques). Il y a donc des traces des débuts du système solaire présentes sur Mars que l'on ne peut pas trouver sur Terre.
Enfin, on trouve dans les deltas des roches qui ont été charriées par la rivière et qui peuvent venir de plus loin. Étudier les roches dans un delta permet donc d'étudier une plus grande diversité de roches sans avoir besoin de faire de longs trajets.

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Première expérience : les cratères

Un cratère d'impact est une cuvette produite par la chute d'une météorite. Un cratère peut aussi se former au sommet d'un volcan, ou bien suite à une explosion. Dans cette activité, nous ne considérons que les cratères d'impact.
Les cratères simples ont une forme de bol, mais dans le cas d'un impact suffisamment violent (c'est-à-dire avec un météoroïde plus grand), le sol va se fluidiser et se comporter pendant un bref instant comme un liquide sur lequel on fait tomber un cailloux. C'est ainsi que certains cratères peuvent avoir un pic central, voir même un anneau central.
Lorsqu'un cratère se forme, la matière en surface se trouve éjectée et des roches qui étaient sous la surface sont excavées. L'exploration à l'intérieur et autour des cratères permet donc d'étudier les roches sous la surface sans avoir besoin de creuser. En outre, la distribution des cratères permet de dater les surfaces et les événements géologiques.


Déposez une couche uniforme d'au moins 3 cm de farine dans le bac sans la tasser. Recouvrez uniformément d'une fine couche de cacao en poudre. Vous créez ainsi une simulation de la surface martienne. Le contraste de couleur farine/cacao permettra de bien repérer les différences.

Plusieurs jeunes laissent tomber les billes (attention, retirez les billes délicatement, car il est très facile d'avoir plus de traces de doigts que de cratères...).

Essayez de différentes hauteurs, à différents endroits.  Parfois, de nouveaux cratères peuvent aussi recouvrir des cratères plus anciens. Les jeunes simulent ainsi le bombardement météoritique qu'à connu Mars dans le passé.
Dans ce modèle de la surface martienne, les billes sont beaucoup plus dures que la farine et le cacao sur lequel elles tombent. Les billes ne sont pas détruites par l'impact. Gardez à l'esprit que lorsqu'une météorite heurte une planète, la météorite se retrouve pulvérisée.

Maintenant, observez l'état de surface, et constatez :

- Il y a un creux (un cratère)

- La couche inférieure (la farine) a été révélée

- Il y a des projections de farine qui peuvent se retrouver au dessus de la couche de cacao. Ces projections s'appellent des éjectas.
- La surface était uniforme, il peut maintenant y avoir des régions où la couche de farine et de cacao est plus ou moins épaisse.

Pour cette activité, on peut faire le lien avec le programme de physique et parler d'énergie cinétique et d'énergie potentielle. Dans ce cas, demandez aux élèves pourquoi il y a des cratères de tailles différentes sur Mars. Les élèves peuvent se répartir en groupes pour tester plusieurs hypothèses possibles :
- Plus la météorite est grosse, plus le cratère est grand
- Plus la météorite est lourde, plus le cratère est grand
- Plus la météorite arrive vite, plus le cratère est grand

- Etc...

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Quatrième expérience : suivre l'eau

là où il y a eu de l'eau, il y a des chances d'y découvrir des formes de vie. La recherche de formes de vie est une des missions principales de Perseverance. D'où l'importance de repérer les endroits où l'eau était présente dans le passé, au cas où des traces de vie passée seraient mises en évidence.

Même s'il n'y a pas d'eau liquide stable en surface, On sait que cela n'a pas été le cas dans le passé lointain de Mars, puisque l'on trouve dans les roches la signature de la présence de l'eau. Il s'agit dans cette activité de visualiser certaines traces que l'eau peut laisser sur les roches. Lorsque l'eau s'évapore ou se diffuse dans la roche, elle laisse derrière elle les minéraux qui étaient en solution. Ces minéraux forment alors des évaporites.

Fabriquer des évaporites : dans cette activité, nous allons visualiser certaines traces que l'eau peut laisser sur les roches.

Préparez plusieurs solutions afin d'avoir des concentrations différentes

Dosages des solutions

Eau Chaude	Sel de table	Bicarbonate Sodium
100 ml	8 grammes
100 ml	16 grammes
100 ml	32 grammes
100 ml		2 grammes
100 ml		4 grammes
100 ml		8 grammes

Déposez environ 5 ml (pipette ou seringue graduée) de chaque solution dans les contenants plastiques (boîtes de Pétri).

Pesez chaque échantillon.

Laissez sécher toutes les solutions ainsi préparées (près d'une source de chaleur pour aller plus vite).

Une fois les solutions séchées, pesez à nouveau les échantillons, et comparez les masses avant/après.

Décrivez le contenu des boites de pétri. Comparez les différents échantillons. Pour vous aider, un fond noir où poser les boîtes et une loupe sont bien utiles.

Vous venez de recréer le phénomène de création des évaporites.

Concernant Mars, du sel, vraisemblablement laissé par l'évaporation d'eau liquide a été trouvé dans les deux premier échantillons de roche martienne analysés par Perseverance. (https://www.
nasa.gov/press-release/nasa-s-perseverance-rover-collects-puzzle-pieces-of-mars-history. En anglais).

Nous pouvons faire le lien avec les "Myrtilles Martiennes' (photo ci-dessous) découvertes par Curiosity (le rover Martien envoyé en 2014 sur Mars).

Ces sphérules sont surnommées des  myrtilles martiennes, car dans les premières images en fausses couleurs transmises par Curiosity, ces petites sphères apparaissaient bleues.

Voilà pour ces activités autour de la géologie Martienne. Pour conclure, voici une vidéo qui aborde le retour des échantillons Martiens.