Calottes polaires martiennes
La planète Mars possède en permanence deux calottes polaires. Durant les hivers polaires, elles sont plongées dans l'obscurité continue, 25 à 30 % de l'atmosphère retombe alors au sol sous forme de plaques de glace de dioxyde de carbone (CO2)[1]. Quand les pôles sont de nouveau exposés à la lumière du soleil, le dioxyde carbone est sublimé, créant de très puissants vents soufflant jusqu'à 400 km/h aux pôles. Ces actions saisonnières transportent de grands volumes de poussière et de vapeur d'eau, causant l'apparition de givre et de grands cirrus. Des nuages d'eau gelée ont été photographiés par le rover Opportunity en 2004[2].
Couches
Il y a deux types de calotte : les résiduelles (permanente) et les saisonnières (polaire). Ce sont les dernières les plus étendues. En ce qui concerne la calotte résiduelle, elle est composée d'un empilement de couches de glace et de poussière ,mesurant plusieurs kilomètres d'épaisseur. En hiver, une couche de glace carbonique s'y superpose, en ne dépassant pas un ou deux mètre d'épaisseur, on parle alors de calotte saisonnière. Les vents façonne les canyons et les fosses. Ainsi, il dépose des matériaux sur les reliefs qui sont ensuite enfermés dans la glace.
Dans la glace de la calotte boréale ,il y a la présence de structures géométriques.
Les calottes polaires
Les calottes martiennes suivent un cycle annuel que l'on peut observer depuis la Terre. La calotte polaire saisonnière se forme à l'automne et dure durant tout l'hiver. Ce dernier varie en fonction que l'on soit dans l'hémisphère sud ou nord : l'hiver austral au sud est plus long et plus froid que l'hiver boréal dans l'hémisphère nord. La calotte australe va jusqu'à 50 ° de latitude tandis que la calotte boréale ne dépasse pas les 65 ° de latitude. Au printemps, la calotte saisonnière fond et laisse découvrir alors la calotte permanente.
Calotte polaire australe
La calotte australe fait 350 km de diamètre, soit un peu plus de 6° d'extension planétocentrique, et est centrée à 4° du pôle sud, par 30° de longitude. Elle est bien plus petite que la calotte boréale. Elle est composée principalement de neige carbonique, c’est-à -dire du dioxyde de carbone (CO2) solide. Le dioxyde de carbone se sublime : il passe d’un état solide à celui de gaz. En se transformant un gaz, la concentration de vapeur d’eau dans l’atmosphère augmente. Ce qui nous laisse penser que l’eau fait partie de la composition de la calotte sud. La calotte australe est constituée d’une banquise d’eau gelée avec au-dessus une fine couche de dioxyde de carbone d’une épaisseur de 10 mètres environ. Des dépressions circulaires se forment et s’agrandissent chaque année. Ce qui peut signifier que la calotte sud est en train de fondre. Sur Terre, le CO2 atmosphérique est contenu dans les roches sédimentaires. Or, pour l’instant aucune roche sédimentaire n’a été retrouvé sur Mars donc on peut en déduire que le CO2 atmosphérique est contenu dans les calottes polaires. Ainsi, les calottes glaciaires ont un rôle de réservoir de CO2. C’est le vestige d’une épaisse atmosphère.
Un mystère a beaucoup questionné les scientifiques : la calotte polaire résidentielle est décalée de quelques degrés (3 ou 4 °) par rapport à la calotte saisonnière et elle n’est pas placée symétriquement autour du Pôle Sud. Des scientifiques comme Marco Giuranna du CNR (IFSI) de Rome ont mené une étude pour tenter de répondre à cette question. Cette étude a pour but de mesurer la température de l’atmosphère au sol et jusqu’à 50 km de hauteur au-dessus de l’hémisphère sud. Ils ont établi une cartographie de la zone. Ils ont découvert que le CO2 s’imbrique dans la calotte durant le passage de l’automne à l’hiver. L’hémisphère ouest a une basse pression tandis que l’hémisphère est a une haute pression. Cette différence de pression permet la création de vents. Ce sont ces derniers rendent l’imbrication du CO2 dans la glace possible et permettent la circulation atmosphérique. Cette dernière est elle-même accentuée par la présence de cratères. Tous ces éléments influencent sur le système climatique. Dans le système de basse pression, on est en dessous du point de condensation pour le CO2, alors le gaz se condense et retombe sur le sol sous forme de neige. Il finit alors par geler. Dans le système de haute pression, les conditions ne sont pas réunies pour qu’il neige. Ainsi, la calotte australe est construite sur deux mécanismes différents. Ce système de pressions différentes explique alors pourquoi la calotte australe n’est pas placée symétriquement autour du Pôle Sud. Les zones enneigées fondent peu car le blanc renvoie plus la lumière du Soleil dans l’espace que sur les surface gelées. Leur texture irrégulière en raison des cratères, fosses, aspérités emprisonne plus la lumière du Soleil.
Calotte polaire boréale
La calotte boréale est bien plus imposante que la calotte australe : elle a une superficie de 1000 km². Elle est également plus facile à observer pour les scientifiques car son capuchon de CO2 fond complétement chaque année. Grâce au spectromètre infrarouge NAWD qui permet de mesurer la teneur en vapeur d’eau et le radiomètre infrarouge IRTM pour suivre l’évolution de la température au sol, les scientifiques ont pu déterminer sa composante principale : l’eau. La calotte boréale est constituée d’une épaisseur et d’une taille importante. Comme sur Terre, son épaisseur enferme différentes couches qui représentent les différentes variations climatiques. L’instrument Sharad permet d’ausculter la glace sur 1 km de profond. On y retrouve alors de la roche, du sable et de l’eau gelée qui ont chacun différents pouvoirs de réflexion. Ces couches se sont formées par l’empilement alternatif de glace et de poussière depuis la formation de Mars. On cherche alors à mesurer la présence d’hydrogène dans le sous-sol. La sonde Phoenix a été envoyé pour mener ces analyses.
Formations dites « en gruyère »
Une structure dite en « gruyère » a été repéré en été quand la calotte temporaire a disparu. Elle ressemble en fait à une tranche de Gruyère, avec le « trou » séparé de la « pâte ».
La cavité est interprétée comme le nombre de sublimation de la couche de glace sèche en été, et l'épaisseur de la couche de glace sèche est au maximum de 10 à 30 m. De plus, des scientifiques se sont demandé s'il n'y avait pas actuellement des signes de réchauffement climatique au pôle Sud de Mars. C'est en automne que cette surface se recouvre de glace carbonique temporaire couvrant 1 à 2 m, a disparu au printemps suivant, révélant à nouveau la surface en gruyère. On remarque également que la calotte serait en train de se sublimé été après été car il y a une observation de faibles modifications avec une augmentation de la taille des « trou » qui entraine donc une diminution des plateaux.
Structures « en araignée »
MRO est une sonde envoyée dans l’orbite de Mars en 2005. Elle est la première à observer des dépôts de dioxyde de carbone sous forme de glace ressemblant à des araignées.
Cette observation est nommée : structure « en gruyère ». On l’a repérée sur la calotte polaire en été.
Ce phénomène provient de la fonte de la calotte carbonique entraînant une érosion des roches séparées par ce qu’on appelle de la “pâte”. Les scientifiques appellent cela des terrains aranéiformes, ce sont des dépôts noirs en forme d’araignée.
Ces dépôts partent d’une craquelure située à un pont unique. À la fonte de la calotte polaire, ces dépôts passent de l’état liquide à gazeux provoquant l’érosion des roches.
En automne, cette structure se recouvre d’une épaisse couche de glace qui se modifie très peu d’année en année hormis la taille des trous qui se fait plus grosse et donc une diminution de la surface de la “pâte”. La couche automnale de glace carbonique disparaît au printemps.
Les scientifiques se demandent s’il n’y aurait pas un réchauffement climatique au pôle Sud de Mars.
Références
- (en) J. T.; Feldman Mellon, « The presence and stability of ground ice in the southern hemisphere of Mars », Icarus, vol. 169, no 2,‎ , p. 324–340 (DOI 10.1016/j.icarus.2003.10.022)
- (en) « Mars Rovers Spot Water-Clue Mineral, Frost, Clouds », sur http://marsrovers.jpl.nasa.gov/, NASA,
3. https://blogs.futura-sciences.com/feldmann/2020/10/14/planete-mars-spectaculaire-image-de-la-calotte-polaire-sud/ 4.https://planet-terre.ens-lyon.fr/article/calotte-polaire-Mars-2008.xml
http://www.nirgal.net/geologie.html https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/astronomie-cest-vent-faconne-calotte-polaire-martienne-boreale-23929/ https://www.techno-science.net/actualite/mystere-calotte-polaire-australe-mars-resolu-N5821.html