Que sont les formations en « boxwork » sur Mars et pourquoi sont-elles importantes ?

Des toiles géantes figées dans la roche

Depuis l'orbite, elles ressemblent à d'énormes toiles d'araignées gravées à la surface de Mars : des réseaux de crêtes en forme de grille s'étendant sur des kilomètres à travers les pentes du mont Sharp. De près, le rover Curiosity de la NASA a découvert quelque chose d'encore plus remarquable sur le plan scientifique : des formations en « boxwork », une caractéristique géologique rare qui préserve un enregistrement de l'activité ancienne des eaux souterraines datant de milliards d'années.

Les scientifiques sont enthousiastes car ces structures ne sont pas seulement visuellement frappantes. Ce sont des capsules temporelles minéralogiques, qui renferment des indices chimiques sur l'époque où Mars avait de l'eau liquide – et peut-être des conditions propices à la vie microbienne.

Qu'est-ce que le « boxwork » ?

Le « boxwork » est un terme géologique désignant un motif de crêtes minérales entrecroisées avec des creux entre elles, formant une structure en nid d'abeille ou en treillis. Sur Terre, le phénomène est surtout connu grâce au Wind Cave National Park dans le Dakota du Sud, qui contient environ 95 % de tous les « boxwork » connus sur la planète. Là-bas, de fines lames de calcite se sont cristallisées à l'intérieur des fissures du calcaire environnant ; au fil des millions d'années, la roche plus tendre s'est érodée, laissant la structure minérale plus dure en relief.

Sur Mars, le processus n'a pas été entraîné par la chimie des grottes, mais par les eaux souterraines circulant à travers le substratum rocheux fracturé. Au fur et à mesure que l'eau riche en minéraux s'infiltrait dans les fissures, elle déposait des composés qui durcissaient ces zones. L'érosion éolienne a ensuite éliminé la roche environnante plus faible au cours de milliards d'années, exposant les crêtes plus résistantes selon le motif distinctif en forme de toile visible aujourd'hui.

La version martienne éclipse son homologue terrestre. Alors que le « boxwork » de Wind Cave ne mesure généralement que quelques centimètres d'épaisseur, les crêtes du mont Sharp atteignent 1 à 2 mètres de haut et s'étendent sur des kilomètres de terrain.

Ce que Curiosity a trouvé à l'intérieur

Après avoir repéré les formations depuis l'orbite, Curiosity a passé des mois à naviguer sur le terrain accidenté – des crêtes à peine plus larges que le rover lui-même, avec des creux remplis de sable qui risquent de faire patiner les roues – pour analyser les structures de près. Les résultats ont été significatifs.

• Des minéraux argileux ont été détectés au sommet des crêtes, un indicateur fort d'une interaction soutenue de l'eau avec la roche.
• Des minéraux carbonatés sont apparus dans les creux sablonneux entre les crêtes, se formant lorsque l'eau réagit avec la roche et le dioxyde de carbone atmosphérique.
• Des nodules – des bosses minérales de la taille d'un pois – ont été trouvés non seulement au niveau des fractures centrales où les eaux souterraines sont probablement entrées, mais aussi le long des parois des crêtes et dans les creux, ce qui suggère une histoire hydrologique plus complexe et prolongée qu'un seul événement.
• Peut-être plus intrigant encore, le laboratoire de chimie de Curiosity a détecté des molécules d'hydrocarbures à longue chaîne – les composés organiques les plus importants jamais trouvés sur Mars – dans des échantillons de « boxwork », des composés dont l'origine n'a pas encore été entièrement expliquée par les scientifiques.

Une nappe phréatique plus haute et plus durable

L'emplacement de ces formations est aussi important que leur composition. Le mont Sharp, officiellement connu sous le nom d'Aeolis Mons, s'élève à environ 5 kilomètres au-dessus du plancher du cratère Gale. Le fait que les crêtes de « boxwork » apparaissent en hauteur sur les pentes de la montagne plutôt qu'à sa base a une implication frappante.

« Le fait de voir du « boxwork » aussi haut sur la montagne suggère que la nappe phréatique devait être assez haute. Et cela signifie que l'eau nécessaire au maintien de la vie aurait pu durer beaucoup plus longtemps que nous ne le pensions. » — Tina Seeger, scientifique de la mission, Rice University

Chaque couche géologique du mont Sharp représente une époque différente de l'histoire de Mars. La découverte de signatures d'eaux souterraines à des altitudes plus élevées fait avancer le calendrier : l'eau liquide pourrait avoir persisté sur Mars plus tard dans la phase d'assèchement de la planète que ne le suggéraient les seules données orbitales.

Pourquoi c'est important pour l'astrobiologie

La vie telle que nous la connaissons nécessite de l'eau liquide, de l'énergie chimique et du temps. Les formations en « boxwork » suggèrent que Mars avait les trois dans des régions que l'on pensait autrefois trop sèches et trop tardives dans l'histoire géologique. Les minéraux argileux et carbonatés trouvés dans les crêtes indiquent une eau à la chimie relativement neutre – des conditions qui, sur Terre, ont tendance à être propices à la vie microbienne.

Les molécules organiques à longue chaîne ajoutent une dimension supplémentaire. Bien que leur présence ne confirme pas la biologie, les scientifiques notent qu'elles sont incompatibles avec plusieurs sources abiotiques connues, ce qui en fait une cible prioritaire pour les analyses futures.

Quelles sont les prochaines étapes ?

Curiosity a prélevé quatre échantillons de forage dans la région du « boxwork », le plus récent étant soumis à l'analyse chimique humide avancée du rover. Les résultats aideront à déterminer si les composés organiques sont des vestiges de la chimie ancienne – biologique ou autre – ou le produit de processus purement géologiques.

La leçon plus générale des roches en forme de toile d'araignée de Mars est l'humilité géologique : les caractéristiques qui apparaissent simples depuis l'espace codent souvent les secrets les plus profonds d'une planète. Plus Curiosity lit ces structures minérales, plus Mars apparaît complexe – et habitable – dans son passé.