De nos jours, l'eau sous forme liquide ne peut plus exister sur Mars car la pression atmosphérique est trop faible et tout liquide s'évaporerait instantanément. A une époque reculée, que l'étude des cratères d'impact place il y a environ 4 milliards d'années, l'atmosphère de Mars était probablement similaire à celle de la Terre et permettait l'existence d'eau liquide.

En 1999 (à gauche un cliché à été pris),6ans plus tard au même endroit (à droite une micro coulure de liquide est visible qui s'échappe de l'intérieur de la structure. *image Nasa

Le même endroit pris sous des angles différent pour une meilleur visualisation *image Nasa

L'absence de tectonique des plaques

Les planétologues pensent que la divergence entre les deux planètes est liée à la tectonique des plaques. Pour toutes les planètes telluriques, l'origine de l'atmosphère est la libération, par l'intermédiaire des éruptions volcaniques, des gaz contenus dans les roches après la phase de formation. Il s'agit principalement du gaz carbonique (CO2), de l'azote (N2) et de la vapeur d'eau (H2O). Le gaz carbonique va par l'intermédiaire de l'effet de serre réchauffer la planète et permettre à l'eau liquide d'exister.

Reull Vallis

Mais un autre phénomène se produit qui peut tout remettre en cause : les chutes de pluie. Comme l'eau de pluie dissout facilement le gaz carbonique présent dans l'atmosphère, elle peut l'entraîner avec elle et rapidement le réinjecter dans le sol. L'eau peut ainsi être à l'origine de sa propre perte. En effet, le niveau de gaz carbonique atmosphérique va alors baisser, ce qui entraîne une chute de la température car l'effet de serre perd en intensité, et l'atmosphère devient finalement trop froide pour permettre l'existence d'eau sous forme liquide.

Dans le cas de la Terre, la tectonique des plaques et le volcanisme actif réintroduisent en permanence le gaz carbonique dans l'atmosphère, assurant ainsi l'équilibre et la stabilité que nous connaissons. Pour Mars par contre, l'absence de tectonique des plaques empêche le recyclage du gaz carbonique. L'activité volcanique originelle a probablement produit une atmosphère qui subsista pendant quelques dizaines de millions d'année et permit à l'eau liquide de former rivières et vallées, mais l'absence de tectonique des plaques a limité la durée de cette période.

L'état actuel de l'eau sur Mars

De nos jours, l'eau existe encore sur Mars, mais pas sous forme liquide. Il existe d'abord dans le sous-sol martien une couche de glace d'eau solide appelée le permafrost. Les sondes nous ont par exemple envoyé des images de la surface montrant des résidus de glissements de terrain et les signes d'anciens flots liquides assez importants. Ces formations ont dû apparaître lorsque cette glace a été réchauffée localement, soit par des volcans, soit par des impacts de météorites, puis a fondu et s'est précipité vers la surface en entraînant l'effondrement des couches supérieures. 

Il y a également de l'eau sous forme de glace dans les régions polaires. Nous avons vu que ces dernières sont recouvertes par des calottes blanches dont la taille varie avec les saisons. En fait, ces calottes d'une épaisseur de l'ordre du mètre sont constituées de deux couches différentes : une calotte de glace d'eau et une calotte de glace de gaz carbonique (ou neige carbonique). Même en été, la température de Mars est trop basse pour que l'eau fonde et il y a donc une première calotte permanente constituée de glace d'eau. A cela s'ajoute la deuxième calotte constituée de neige carbonique dont l'épaisseur varie avec les saisons. En été, le gaz carbonique est sous forme gazeuse et ne participe pas à la couverture des pôles. En hiver, le gaz se solidifie et recouvre la première calotte. C'est là l'origine des variations que les astronomes observent depuis longtemps.

L'étude de l'eau sur Mars a connu une accélération foudroyante récemment grâce à la sonde européenne Mars Express, mise en orbite le 25 décembre 2003, et aux deux rovers américains Spirit et Opportunity, arrivés respectivement le 3 et le 25 janvier 2004. Un mois après sa mise en orbite, Mars Express, grâce à son détecteur infrarouge OMEGA, fut en mesure de confirmer directement la présence de glace d'eau dans la calotte polaire sud et de mesurer précisément sa concentration, 15 pour cent de la glace totale. Un peu plus tard, elle découvrit également l'existence d'une zone de permafrost autour de la calotte polaire, pouvant s'étendre sur des centaines de kilomètres carrés.

Les deux rovers américains ont pu entreprendre la recherche de traces d'eau sur la surface elle-même. Le succès le plus spectaculaire fut celui d'Opportunity, qui arriva par une chance extraordinaire dans un petit cratère qui présentait des affleurements rocheux et fournissait donc un accès direct au sous-sol martien. Opportunity fut rapidement en mesure de trouver des indices très concluants sur la présence passée d'eau par des indices chimiques et physiques. Grâce à son spectromètre, le rover réussit d'abord à détecter la présence de sulfates, éléments qui indiquent généralement qu'une roche s'est formée dans de l'eau ou du moins a été altérée par une longue exposition à l'eau. Le rover détecta également des traces de brome et de chlore, des éléments qui apparaissent quand des sédiments s'accumulent lors de l'évaporation d'une eau stagnante.

La deuxième ligne d'indices s'appuie sur trois aspects physiques des roches de l'affleurement : l'existence de nombreuses microcavités, la présence de sphérules et la direction particulière de certaines rides à la surface des roches. Les microcavités observées sont d'habitude la conséquence de cristaux qui se développent sur des roches en présence d'eau salée, et qui disparaissent ensuite par érosion ou dissolution, pour ne finalement laisser que des microcavités. Les sphérules martiennes, des petites particules en forme de sphère, pourraient résulter de différents processus, mais c'est leur répartition dans les couches de l'affleurement qui semble indiquer une origine liquide. Enfin, le dernier indice physique est la présence de rides dans la roche qui forment un angle avec la direction des couches principales. Plusieurs origines sont également possibles, mais la forme des rides suggère que les roches se sont formées en présence d'eau, par exemple au bord d'une ancienne mer.

Le rover Spirit s'est quant à lui posé de l'autre côté de la planète, près du cratère Gusev. Son succès dans la recherche d'anciennes traces d'eau a été plus limité, mais il a quand même réussi à détecter des fractures dans une roche volcanique et des dépôts probablement laissés là par le passage d'une quantité limitée d'eau.