Sur Mars, l’atmosphère est légère. Très légère. La pression au sol est plus de 100 fois plus faible que sur Terre. Pourtant, les canyons, deltas et autres galets martiens témoignent d’un passé où l’eau coulait à flots. Et pour cela, il faut une atmosphère autrement plus dense. Que s’est-il passé? C’est ce que tenteront d’élucider deux sondes, une indienne et une américaine. La première part ce mardi pour la planète rouge.

MOM (Mars Orbiter Mission) doit avant tout permettre à l’Inde – qui a déjà mis une sonde en orbite autour de la Lune en 2008 – de montrer qu’elle est capable d’en faire autant pour Mars. Et ceci de préférence avant la Chine. Le programme a en effet été accéléré après qu’une mission chinoise similaire a échoué en 2011.

A ce jour, moins de la moitié des expéditions ayant tenté d’atteindre la planète sont arrivées à bon port. Seuls la Russie, les Etats-Unis et l’Europe y sont parvenus. Le décollage de MOM est prévu pour 14 h 38 (10 h 08 heure suisse), depuis l’île de Sriharikota, dans l’Etat d’Andhra Pradesh.

Outre l’exploit et le rodage technologique, la sonde, surnommé Mangalyaan – «vaisseau martien» en hindi –, emportera des instruments scientifiques qui doivent notamment lui permettre d’étudier l’atmosphère martienne. En particulier un détecteur de méthane, un gaz produit par la vie.

Les Américains en sont, eux, à leur 20e lancement vers la planète rouge. «Maven (pour Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN mission) est une des missions «scout» de la NASA», relève Roger-Maurice Bonnet, ancien directeur du programme scientifique de l’Agence spatiale européenne (ESA). «C’est une mission rapide et pas chère, avec des objectifs limités.»

Si cette expédition n’a pas le panache de celle qui a amené le robot Curiosity sur le sol martien l’année dernière (LT du 02.02.2013 et du 04.08.2012), elle n’en a pas moins des ambitions: comprendre où est passée l’atmosphère – et l’eau – martienne et déterminer comment cette perte a modifié le climat de la planète. Le lancement est prévu pour le 18 novembre, depuis la base aérienne de Cap Canaveral, en Floride. Si tout se passe bien, les deux sondes devraient rejoindre l’orbite martienne en septembre 2014.

Pour ce qui est de sa composition, on connaît déjà assez bien ­l’atmosphère de Mars. Elle est constituée à 95% de CO2. Mais 95% de pas beaucoup, cela reste trop peu pour provoquer un effet de serre et réchauffer la planète, précise ­Roger-Maurice Bonnet. Il y a aussi 2% du gaz rare argon, 2% d’azote et quelque 0,14% d’oxygène. «Ainsi que des traces très faibles de vapeur d’eau, ajoute Charles Frankel, qui enseigne la géologie martienne au Middleburry College, dans le Vermont. Si elles étaient condensées au sol, elles formeraient une flaque de l’épaisseur d’un cheveu. Mais c’est suffisant pour former des nuages de cristaux de glace, des ­cirrus.»

Cette atmosphère est très fine, très étirée. «La pression à la surface de la planète équivaut à celle que l’on retrouve à 40 ou 50 kilomètres d’altitude au-dessus de la Terre», poursuit le spécialiste. Mais on sait qu’il n’en a pas toujours été ainsi: «Le sol martien porte des traces d’écoulements abondants. Et pour cela, il faut de la pression. Sinon, le liquide s’évapore.»

Le rapport isotopique des gaz présents dans l’atmosphère est également révélateur. «Le rapport entre les formes lourdes ou légères d’un gaz comme l’argon, l’oxygène ou le carbone, par exemple, est fixé au départ, lorsque la planète se forme, explique Charles Frankel. Autour de Jupiter ou du Soleil, ils n’ont pas bougé. Mais sur Mars, on se rend compte qu’une bonne partie des variétés légères de ces gaz a été perdue.»

Il existe plusieurs hypothèses sur les raisons de cette perte. «Tout d’abord, la gravité est faible, trois fois plus que sur Terre, souligne ­Roger-Maurice Bonnet. Elle n’arrive pas à retenir l’atmosphère. Au moindre choc de météorite ou ­d’astéroïde, les gaz s’évaporent.» Certains imaginent qu’un impact important, dans la prime jeunesse de la planète, aurait soulevé beaucoup de ces gaz dans la haute atmosphère. «On pense que Mars a perdu son atmosphère assez vite, relève Charles Frankel. Parce que les traces d’écoulement sont toutes anciennes. Et aussi parce que cela coïnciderait avec la disparition de son champ magnétique.»

Mars s’est formée à la même ­période que la Terre, soit il y a 4,56 milliards d’années. «Comme Mars est plus petite, le noyau métallique liquide de la planète, dont le mouvement génère un champ magnétique, s’est refroidi plus vite, il y a quelque 3,8 milliards, poursuit le planétologue. Il ne reste plus qu’un champ magnétique fossile figé dans les roches.» Or, le champ magnétique agit comme un bouclier contre les rayons et les vents solaires, qui arrachent les molé­cules de gaz à l’atmosphère martienne, en commençant par les plus légères. Il se pourrait que celle-ci ait simplement été «érodée par le haut» au fil du temps. Maven observera et mesurera ces processus «d’échappement» des gaz afin de pouvoir extrapoler et tenter de reconstituer le passé.

Une nouvelle hypothèse a été présentée ces derniers jours par une équipe de chercheurs britanniques. Le dioxyde de carbone martien aurait pu être absorbé par une réaction chimique au cours de laquelle l’eau et le CO2 interagissent avec un minéral appelé ­olivine. Au cours de la réaction, le carbone est durablement emprisonné dans la roche. Les chercheurs basent leurs conclusions, publiées dans Nature Communications, sur l’étude d’une météorite martienne, constituée de roche fondue il y a environ 1,3 milliard d’années, arrachée à la planète rouge par un impact massif il y a 11 milions d’années et retrouvée dans l’Indiana en 1931.

Quant à la présence de méthane, les deux appareils tenteront d’en avoir le cœur net. Leur prédécesseur, la sonde européenne Mars ­Express, en avait détecté il y a une dizaine d’années. Ces observations avaient ensuite été confirmées par des télescopes terrestres. «Mais les quantités étaient tellement infimes qu’elles auraient pu provenir de la sonde elle-même», souligne Roger-Maurice Bonnet. Il y a un mois, Curiosity concluait de son côté qu’il n’y avait pas de méthane sur Mars. «Les sources de ce gaz ne sont toutefois pas forcément actives en permanence», poursuit l’ancien directeur scientifique de l’ESA. Charles Frankel est plus ­sceptique: «Même s’il s’agissait d’un phénomène très local ou saisonnier, le gaz se serait répandu.»

Quand bien même les deux sondes aériennes arriveraient à une conclusion différente de celle de leur consœur à roues, le méthane ne serait pas encore synonyme de vie. Il peut être d’origine bactérienne mais aussi volcanique. Quoi qu’il en soit, Mars conserve assez de mystères à élucider pour tout le monde.

«Mars aurait perdu son atmosphère assez vite. Cela coïnciderait avec la disparition de son champ magnétique»