eau-liquide-mars Une représentation artistique de l’atterrisseur Phoenix sur Mars, qui a découvert le perchlorate dans le régolithe martien. (Crédit d’image: NASA / JPL – Caltech / Université d’Arizona).

Si de l’eau liquide existe à la surface de Mars, elle se présente probablement sous la forme d’un mélange saumâtre avec des sels de chlorate de magnésium, selon de nouvelles expériences basées sur des découvertes faites auparavant par les atterrisseurs Phoenix et Viking ainsi que Curiosity de la NASA.

De l’eau liquide existerait sur Mars

Des scientifiques du Département des sciences de la Terre et de l’espace de l’Université de Washington, à Seattle, ont étudié des mélanges d’eaux avec des sels présents sur Mars, pour déterminer lesquels étaient les plus susceptibles d’être liquides à la surface de Mars.

Leurs expériences ont comparé la pression de la vapeur et la capacité d’absorption de l’eau des solutions salines. Les résultats suggèrent que l’eau mélangée au chlorate de magnésium serait moins susceptible de s’évaporer ou de geler sur Mars que dans l’eau mélangée à du chlorate de sodium ou de potassium. Les résultats ont été présentés dans le numéro de septembre 2018 d’Earth and Planetary Science Letters.

Gaz, liquides et solides

Le «point triple» d’une substance est la température et la pression auxquelles elle peut coexister dans les trois phases: gaz, liquide et solide. Pour l’eau, le point triple se situe à 0,01 degré Celsius et à 6,12 millibars, soit 0,6% de la pression atmosphérique à la surface de la Terre. En d’autres termes, on pourrait imaginer un seau d’eau au point triple, où l’eau existerait sous forme de glace flottante sur une couche d’eau liquide, avec de la vapeur d’eau juste au-dessus de la glace, qui la sublimerait ou l’évaporait. La vapeur en contact avec la glace exerce une pression sur la glace, appelée pression de vapeur.

Bien que dans certaines régions équatoriales de Mars, les conditions optimales puissent être juste au-dessous du point triple de l’eau, pour le reste de la planète, les températures sont généralement bien inférieures au point triple. Lorsque la pression atmosphérique est inférieure à la pression de vapeur d’un liquide, le liquide s’évapore. L’eau pure s’évaporerait rapidement dans la fine atmosphère martienne, qui représente environ 1% de celle de la Terre. Les solutions salines, cependant, ne s’évaporent pas ou ne gèlent pas aussi facilement, et seraient donc plus susceptibles de rester liquides sur Mars.

Comprendre quelles combinaisons de sel et d’eau sont les plus susceptibles de rester liquides pourrait nous aider à trouver des traces d’eau liquide, et donc éventuellement la vie, sur la planète rouge.

Les solutions salines sont hygroscopiques, ce qui signifie qu’elles sont bonnes pour absorber l’eau. Certains sels peuvent absorber même de petites quantités d’eaux présentes sur Mars. De nombreux types de sels sont présents, tels que les chlorures, les sulfates, les chlorates et les perchlorates. Ceux-ci peuvent être trouvés sur toute la surface martienne, selon les données de diverses missions d’atterrissage et de rovers.

En 2008, l’analyseur de gaz à évolution thermique (TEGA) de l’atterrisseur Phoenix, qui faisait partie de son laboratoire de chimie humide (Wet Chemistry Lab), a trouvé des perchlorates dans des échantillons de sol de la région polaire nord de Mars, à des concentrations de 0,4 à 0,6%. Cela a encouragé les scientifiques à ré-analyser les données d’échantillons de sol provenant des missions d’atterrisseur Viking, qui ont eu lieu dans les années 1970.

Curiosity a trouvé du perchlorate de calcium

La nouvelle analyse a suggéré que le sol trouvé à Chryse et Utopia Planitiae par les atterrisseurs Viking contenait des perchlorates à une concentration inférieure ou égale à 0,1%. En 2013, l’instrument SAMA (Sample Analysis at Mars) de Curiosity a trouvé du perchlorate de calcium dans des échantillons de sol de Rocknest, un endroit du cratère Gale.

mars-nasaViking 2 observant Utopia Planitia. Une récente analyse des données de ce rover a montré qu’il avait détecté des perchlorates. (Crédit d’image: NASA/JL).

Plus récemment, l’instrument CRISM (Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars ) a été utilisé pour détecter le perchlorate de magnésium, le chlorate de magnésium et le perchlorate de sodium dans la zone récurrente de la NASA. Ce sont des stries descendantes pendant la saison martienne la plus chaude et, pendant un temps, on pensait qu’elles étaient produites par de l’eau courante.

En raison des sels, de la faible atmosphère et des températures glaciales, une telle eau serait probablement saumâtre plutôt que pure. Bien que les résultats suggèrent maintenant que les flux de matières sèches produisent en quelque sorte les stries, il est possible que l’eau puisse encore exister sous forme de liquide quelque part sur la surface de Mars.

Mélange de sels

Lesquels de ces chlorates et perchlorates seraient les plus susceptibles d’être dissous dans l’eau dans les conditions martiennes? Jonathan Toner et David Catling, de l’Université de Washington, avaient précédemment modélisé les données du laboratoire de chimie humide de Phoenix pour comprendre comment les différents sels se comportaient dans des températures sous le point de congélation sur Mars. Ils ont constaté que les échantillons de sol contenaient probablement du sulfate de magnésium, du perchlorate de magnésium, du perchlorate de sodium, du perchlorate de potassium, du chlorure de sodium et du carbonate de calcium.

Dans leur plus grande étude, Toner and Catling a produit des solutions à partir de ces sels. Ils ont constaté que, parmi tous les mélanges d’eau salée, la solution de chlorate de magnésium présentait la pression de vapeur la plus faible. Cela signifie qu’elle est le moins susceptible de s’évaporer ou de geler et qu’elle est le plus susceptible d’absorber les faibles niveaux d’humidité présents dans l’atmosphère martienne.

Donc, pour trouver de l’eau liquide sur Mars, les scientifiques devraient-ils rechercher uniquement sur Mars des sites riches en chlorate de magnésium? «Tous les sels présents dans les sols de Mars seront probablement un mélange de sels, donc il est important de mesurer les propriétés de ces mélanges», explique Toner.

En se basant sur la chimie du sol mesurée par l’atterrisseur Phoenix, Toner explique que les chloramixurates de sodium et de magnésium sont les plus probables, alors qu’il est peu probable que les chloramixurates de calcium soient présents.

« Les sels de chlorate pourraient être beaucoup plus abondants que les perchlorates sur Mars », ajoute Toner. «Nos résultats indiquent que les chlorates peuvent avoir une capacité encore plus grande à former de l’eau que les perchlorates via une déliquescence (c.-à-d. absorber l’humidité et se dissoudre dedans) et la fonte de la glace. »

De l’eau pour la vie

Y aurait-il suffisamment d’eau dans ces saumures pour soutenir la vie microbienne? Des études d’extrémophiles cultivés dans des solutions de perchlorate et de chlorate suggèrent que ces microbes pourraient survivre dans les saumures existant sur Mars. Un groupe de scientifiques dirigé par Mark Schneegurt, professeur de sciences biologiques à la Wichita State University au Kansas, a découvert que plusieurs espèces de bactéries halotolérantes, c’est-à-dire tolérantes au sel, pouvaient se développer en forte concentration dans les sels de chlorate.

« Jusqu’à présent, nous avons cultivé des bactéries dans des chlorates à plus de la moitié de leur concentration en [point de fusion le plus bas], ce qui est ce à quoi on pourrait s’attendre sur Mars », explique Schneegurt. «Bien que nous n’ayons pas montré que les microbes pouvaient se développer à des concentrations les plus élevées, lorsque nous avons commencé, il n’était pas clair que les microbes pourraient même se développer dans les 0,6% trouvés par Phoenix. Nous sommes à plus de 25% en ce moment et allons l’augmenter. Nous avons démontré qu’une croissance microbienne dans ces conditions serait commune sur Mars ».

Les recherches de Toner et Catling ont été soutenues par le programme Habitable Worlds de la NASA. La NASA Astrobiology fournit des ressources pour Habitable Worlds et d’autres programmes de recherche et d’analyse au sein de la Direction des missions scientifiques de la NASA (SMD) qui sollicitent des propositions pertinentes pour la recherche en astrobiologie. Les recherches de Schneegurt sont financées par la NASA Planetary Protection Research en collaboration avec le NASA / Jet Propulsion Laboratory.

Source : Astrobiology Magazine