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Une fusée décolle du site de lancement de SpaceX à Cap Canaveral. Un vaisseau est placé en orbite alors que le propulseur retourne à son point de départ pour y être rechargé d'une réserve de carburant. Il reprend son envol pour emporter ce ravitaillement jusqu'au vaisseau.

Celui-ci ressemble à une navette spatiale surdimensionnée, dotée de deux grands panneaux solaires qui, telles les ailes d'un papillon, se déploient au début du voyage vers Mars. A l'arrivée, le vaisseau va traverser l'atmosphère pour se poser sur la planète, et ses passagers vont débarquer, émerveillés par le soleil éclairant un paysage d'un rouge... martien.

La vidéo futuriste qui a été projetée durant la conférence d'Elon Musk.
(SpaceX)

Le scénario et la réalisation sont dignes d'une bande-annonce pour un film de science-fiction. Seulement là, on a envie d'y croire, de savoir si ce qui se trouve derrière les effets spéciaux est vraiment réalisable. La bande-annonce en question, c'est l'amuse-bouche qu'a posté SpaceX quelques minutes avant le début de la conférence attendue de son PDG, le milliardaire Elon Musk, lors du congrès astronautique international qui se tient à Guadalajara (Mexique).

Course vers Mars : Elon Musk va-t-il griller la priorité à la Nasa ?

Musk a bien sûr réitéré ses motivations pour s'établir sur une autre planète :

"Si nous restons toujours sur Terre, il y aura à la fin un événement d'extinction massive. L'alternative est de devenir une civilisation voyageant dans l'espace, et une espèce multi-planètes. C'est ce que nous voulons."

Et il a bien l'intention de faire de cela une réalité.

100 à 200 personnes par voyage

Musk a été très clair dès le départ : le film montré en introduction n'est pas une vue d'artiste, mais est issu des travaux en cours pour arriver à la construction d'un véritable vaisseau spatial. Interplanetary Transport System, ou système de transport interplanétaire, c'est son nom, serait prévu au départ pour une centaine de personnes, mais pourrait ensuite être étendu à 200 personnes.

Pour avoir une idée des proportions, le vaisseau et son propulseur mesureront 122 mètres de haut, contre 111 mètres pour la fusée Saturne 5 qui a emporté les capsules Apollo vers la Lune. Le vaisseau seul fera 49,50 mètres de haut et 17 mètres de diamètre, alors qu'Apollo mesurait 11 mètres de haut et 3,9 mètres de diamètre.

Il effectuerait un voyage à chaque passage au point optimal qui permet de rejoindre Mars en un minimum de temps, et qui se répète tous les 26 mois. Le voyage durerait entre 90 et 150 jours, la distance n'étant pas la même à chacun de ces passages (en fonction des années).

Pour que cela marche, un seul vaisseau ne suffira pas. Musk cite 1 million de personnes comme population de base nécessaire à l'établissement d'une véritable colonie autosuffisante sur Mars. Pour cela, il faudrait 10.000 voyages, donc plusieurs véhicules. Et faudra un certain temps.

Emigrer sur Mars pour le prix d'une maison ?

Bien sûr, la grande question est celle des coûts d'une telle aventure. "Avec les moyens traditionnels, le coût optimiste d'un voyage vers Mars serait de 10 milliards de dollars par personne." L'objectif de Musk est de le réduire à moins de 200.000 dollars (180.000 euros), ce qui est le prix moyen d'une maison aux Etats-Unis.

Pour y parvenir, il cite plusieurs axes, à commencer par une réutilisation totale de l'ensemble des éléments. Ainsi, chaque propulseur sera réutilisé un millier de fois, les réservoirs une centaine de fois, et les vaisseaux eux-mêmes feront une douzaine de voyages.

Les autres clés de l'économie seront un ravitaillement en orbite, une production de carburant sur Mars pour le retour, ainsi que le choix du bon carburant (il préconise un mélange méthane/oxygène, qu'il serait possible de fabriquer avec le gaz carbonique et l'eau abondants sur Mars).

Bezos vs. Musk : le duel des milliardaires de l'espace

Reste que le développement d'un tel projet va être pharaonique. Où trouver l'argent ? Elon Musk explique que SpaceX espère en générer par ses activités de mise en orbite de satellites et de ravitaillement de la Station spatiale internationale, mais aussi intéresser le secteur privé à financer l'affaire.

"Au fur et à mesure que nous montrerons que c'est possible, le soutien fera boule de neige avec le temps", assure-t-il. Lui-même a bien l'intention de contribuer :

"J'accumule des biens pour faire la plus grande contribution qui me soit possible pour rendre la vie multi-planétaire."

C'est pour quand ?

Le projet d'envoyer une capsule Dragon automatisée sur Mars en 2018 est bien sûr toujours d'actualité. Pour cela, il a obtenu un soutien technique de la Nasa. A partir de cette date, il a bien l'intention d'envoyer une mission martienne à chaque "fenêtre de tir" optimale, tous les 26 mois. "On pourra envoyer des cargaisons utiles sur Mars", explique-t-il.

Certaines de ces capsules seraient habitées, comme SpaceX l'a annoncé depuis longtemps, visant une première mission humaine vers Mars en 2024-2025. Avant la Nasa.

Quant au développement de l'Interplanetary Transport System proprement dit, pas de date fixée pour l'instant, si ce n'est un espoir : "Si les choses vont super bien, dans une fenêtre de temps de dix ans." Quant à établir finalement la fameuse colonie d'un million de personnes, là on vise plus loin : "Entre 40 et 100 ans."

Et il ne compte pas s'arrêter là. Son "système de transport interplanétaire" serait tout à fait capable d'aller ailleurs que sur Mars. Il cite Europe, la lune de Jupiter, Titan et Encelade, les lunes de Saturne. "On peut aller où on veut dans le système solaire." Un bel argument de vente ?

Le vaisseau interplanétaire de SpaceX posé sur la surface d'Europe,
lune de Jupiter qui est l'un des principaux espoirs pour trouver
une vie extraterrestre dans le système solaire (SpaceX)

Qu'est-ce qui est déjà prêt ?

La capsule Dragon. Elle a déjà transporté des cargaisons jusqu'à la Station spatiale internationale. Il s'agira de la modifier pour le premier vol automatisé vers Mars qu'Elon Musk prévoit pour 2018.

Les fusées réutilisables. Il y a probablement encore quelques progrès à faire, et il faudra également tester l'envoi de fusées qui ont déjà effectué un ou plusieurs voyages, mais la technologie est là, SpaceX et Blue Origin l'ont montré.

Le moteur de la fusée qui servirait au "transport interplanétaire". Lundi, Elon Musk a tweeté une photo des essais de ce moteur, baptisé "Raptor".

Qu'est-ce qui est en cours de préparation ?

La fusée pour les capsules Dragon. La Falcon Heavy était originellement censée avoir un premier vol d'essai avant la fin de cette année. On ne sait pas encore si l'explosion survenue le 1er septembre à Cap Canaveral a repoussé ce planning.

Les experts, en tout cas pour le voyage de Red Dragon en automatique. La Nasa a offert son assistance avec notamment son réseau de communications interplanétaire et des conseils divers (choix du site d'atterrissage, navigation spatiale...) En échange, SpaceX communiquera les diverses données recueillies à la Nasa.

Peut-on vraiment survivre sur Mars ?

Un élément qu'Elon Musk n'a pas développé durant son intervention est la colonie elle-même. Comment seront conçus les habitats, comment les gens vont y survivre, produire leur oxygène, leur nourriture, se protéger des radiations... Pour lui, cela semble comme un point de détail : quand on aura les vaisseaux, on trouvera bien les moyens de s'installer sur place, semble-t-il penser. D'autant qu'il s'agit bien de colonisation, pas d'une base semi-permanente avec astronautes et scientifiques.

Dans un entretien donné au "Washington Post" voici quelques semaines, il avait insisté sur le fait que "ce n'est pas juste envoyer quelques personnes sur Mars, mais d'avoir une architecture qui permette la création d'une ville autosuffisante sur Mars avec l'objectif de devenir une espèce multi-planètes". Et pour cela :

"J'espère qu'il y aura assez de gens qui seront prêts à en construire les fondations, au prix de grands risques, d'une cité martienne."

Les risques seront donc grands, il annonce la couleur. "C'est dangereux, et des gens vont probablement mourir, et ils le sauront." Car le modèle d'Elon Musk, c'est la colonisation de l'Amérique, des colons qui laissent pratiquement tout derrière eux en espérant construire à partir de rien.

Une vision positive pour l'humanité ?

Le plan d'Elon Musk implique tellement de détails cruciaux à résoudre que l'on ne peut pas s'empêcher de regarder les failles possibles, et pas seulement financières. Les technologies sont-elles prêtes ? Probablement pas toutes, mais Musk semble vouloir avancer et résoudre les problèmes au fil de l'eau.

On doit cependant lui reconnaître une vision enthousiasmante, une confiance dans les capacités de l'humanité, et c'est peut-être bien ce dont nous avons besoin en ces temps troublés. Une vision positive de l'avenir de notre civilisation ne peut pas nous faire de mal, et si des gens sont prêts à tenter des aventures folles dans l'espace, c'est peut-être une voie à suivre plutôt que la sécurité (relative) de l'exploration spatiale prudente et institutionnelle des agences nationales.

Allez, on rêve un peu avec Musk... Une cité martienne en 2060 ?

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Mars

Mosaïque assemblée à partir d'images prises par l' orbiteur Viking 1 le .

Caractéristiques orbitales

Demi-grand axe

227 944 000 km
(1,523 71 au)

Aphélie

249 230 000 km
(1,666 02 au)

Périhélie

206 655 000 km
(1,381 4 au)

Circonférence orbitale

1 429 083 000 km
(9,552 83 au)

Période de révolution

686,885 d
(≈ 1.88 a)

Période synodique

779,804 d

Vitesse orbitale moyenne

24,080 2 km/s

Vitesse orbitale maximale

26,503 km/s

Vitesse orbitale minimale

21,975 km/s

Inclinaison sur l'écliptique

1,85 °

Nœud ascendant

49,6 °

Argument du périhélie

286,5 °

Satellites connus

2 ( Phobos, Déimos)

Caractéristiques physiques

Rayon équatorial

3 396,2 ± 0,1 km
(0,533 Terre)

Rayon polaire

3 376,2 ± 0,1 km
(0,531 Terre)

Rayon moyen
volumétrique

3 389,5 km
(0,532 Terre)

Périmètre équatorial

21 344 km
(0,532 6 Terre)

Superficie

144 798 500 km²
(0,284 Terre)

Volume

1,631 8 × 10 ¹¹ km³
(0,151 Terre)

Masse

6,418 5 × 10 ²³ kg
(0,107 Terre)

Masse volumique globale

3 933,5 ± 0,4 kg/m³

Gravité de surface

3,711 m/s²
(0,379 g)

Période de rotation
(jour sidéral)

1,025 957 d
(24,622962 h)

Vitesse de rotation
(à l'équateur)

868,220 km/h

Irradiance solaire

589,2 W/m²
(0,431 Terre)

Température d'équilibre
du corps noir

* Maximum

* Moyenne

* Minimum

Caractéristiques de l'atmosphère

Pression atmosphérique

610 (30 à 1 155) Pa

Masse volumique au sol

0,020 kg/m³

Masse totale

2,5 × 10 ¹⁶ kg

Hauteur d'échelle

11,1 km

Masse molaire moyenne

43,34. g/ mol

Argon Ar

Monoxyde de carbone CO

Monoxyde d'azote NO

130 ppm

Histoire

Nom chinois
(élément associé)

Huǒxīng 火星 (feu)

Mars (prononcé en français : ) est la quatrième planète du Système solaire par ordre croissant de la distance au Soleil et la deuxième par ordre croissant de la taille et de la masse. Son éloignement au Soleil est compris entre 1,381 et 1,666 (206,6 à 249,2 millions de kilomètres), avec une période orbitale de 669,58 jours martiens (686,71 jours ou 1,88 année terrestre).

C'est une planète tellurique, comme le sont Mercure, Vénus et la Terre, environ dix fois moins massive que la Terre mais dix fois plus massive que la Lune. Sa topographie présente des analogies aussi bien avec la Lune, à travers ses cratères et ses bassins d'impact, qu'avec la Terre, avec des formations d'origine tectonique et climatique telles que des volcans, des rifts, des vallées, des mesas, des champs de dunes et des calottes polaires. Le plus haut volcan du Système solaire, Olympus Mons (qui est un volcan bouclier), et le plus grand canyon, Valles Marineris, se trouvent sur Mars.

Mars a aujourd'hui perdu la presque totalité de son activité géologique interne, et seuls des événements mineurs surviendraient encore épisodiquement à sa surface, tels que des glissements de terrain, sans doute des geysers de dans les régions polaires, peut-être des séismes, voire de rares éruptions volcaniques sous forme de petites coulées de lave.

La période de rotation de Mars est du même ordre que celle de la Terre et son obliquité lui confère un cycle des saisons similaire à celui que nous connaissons ; ces saisons sont toutefois marquées par une excentricité orbitale cinq fois et demie plus élevée que celle de la Terre, d'où une asymétrie saisonnière sensiblement plus prononcée entre les deux hémisphères.

Mars peut être observée à l'œil nu, avec un éclat bien plus faible que celui de Vénus mais qui peut, lors d' oppositions rapprochées, dépasser l'éclat maximum de Jupiter, atteignant une magnitude apparente de -2,91, tandis que son diamètre apparent varie de 25,1 à 3,5 secondes d'arc selon que sa distance à la Terre varie de 55,7 à 401,3 millions de kilomètres. Mars a toujours été caractérisée visuellement par sa couleur rouge, due à l'abondance de l' hématite amorphe - oxyde de fer(III) - à sa surface. C'est ce qui l'a fait associer à la guerre depuis l' Antiquité, d'où son nom en Occident d'après le dieu Mars de la guerre dans la mythologie romaine, assimilé au dieu Arès de la mythologie grecque. En français, Mars est souvent surnommée " la planète rouge " en raison de cette couleur particulière.

Avant le survol de Mars par en 1965, on pensait qu'il s'y trouvait de l'eau liquide en surface et que des formes de vie similaires à celles existant sur Terre pouvaient s'y être développées, thème très fécond en science-fiction. Les variations saisonnières d' albédo à la surface de la planète étaient attribuées à de la végétation, tandis que des formations rectilignes perçues dans les lunettes astronomiques et les télescopes de l'époque étaient interprétées, notamment par l'astronome amateur américain Percival Lowell, comme des canaux d'irrigation traversant des étendues désertiques avec de l'eau issue des calottes polaires. Toutes ces spéculations ont été balayées par les sondes spatiales qui ont étudié Mars : dès 1965, permit de découvrir une planète dépourvue de champ magnétique global, avec une surface cratérisée rappelant celle de la Lune, et une atmosphère ténue.

Depuis lors, Mars fait l'objet de programmes d'exploration plus ambitieux que pour tout autre objet du Système solaire : de tous les astres que nous connaissons, c'est en effet celui qui présente l'environnement ayant le plus de similitudes avec celui de notre planète. Cette exploration intensive nous a apporté une bien meilleure compréhension de l'histoire géologique martienne, révélant notamment l'existence d'une époque reculée - le Noachien - où les conditions en surface devaient être assez similaires à celles de la Terre à la même époque, avec la présence de grandes quantités d'eau liquide ; la sonde Phoenix a ainsi découvert à l'été 2008 de la glace d'eau à une faible profondeur dans le sol de Vastitas Borealis.

Mars possède deux petits satellites naturels, Phobos et Déimos.

La planète Mars vue par la caméra OSIRIS de la sonde spatiale Rosetta.

Quatrième planète du Système solaire par ordre de distance croissante en partant du Soleil, Mars est une planète tellurique moitié moins grande que la Terre et près de dix fois moins massive, dont la superficie est un peu inférieure à celle des terres émergées de notre planète (144,8 contre 148,9 millions de kilomètres carrés). La gravité y est le tiers de celle de la Terre, soit deux fois celle de la Lune, tandis que la durée du jour solaire martien, appelé sol, excède celle du jour terrestre d'un peu moins de 40 minutes. Mars est une fois et demie plus éloignée du Soleil que la Terre, sur une orbite sensiblement plus elliptique, et reçoit, selon sa position sur cette orbite, entre deux et trois fois moins d' énergie solaire que notre planète. L' atmosphère de Mars étant de surcroît plus de 150 fois moins dense que la nôtre, et ne produisant par conséquent qu'un effet de serre très limité, ce faible rayonnement solaire explique que la température moyenne sur Mars soit d'environ −65 °C.

La Terre et Mars à la même échelle.

Le tableau ci-dessous permet de comparer les valeurs de quelques paramètres physiques entre Mars et la Terre :

La fine atmosphère martienne, où apparaissent des nuages localement abondants, est le siège d'une météorologie particulière, dominée par des tempêtes de poussières qui obscurcissent parfois la planète tout entière. Son excentricité orbitale, cinq fois plus marquée que celle de la Terre, est à l'origine d'une asymétrie saisonnière très sensible sur Mars : dans l'hémisphère nord, la saison la plus longue est le printemps (198,6 jours), qui excède la plus courte (l'automne, 146,6 jours) de 35,5 % ; sur Terre, l'été de l'hémisphère nord, saison la plus longue, n'excède la durée de l'hiver que de 5 %. Cette particularité explique également que la superficie de la calotte polaire australe se réduise nettement plus en été que celle de la calotte polaire boréale.

La distance moyenne de Mars au Soleil est d'environ 227,937 millions de kilomètres, soit 1,523 7 . Cette distance varie entre un périhélie de 1,381 UA et un aphélie de 1,666 UA, correspondant à une excentricité orbitale de 0,093 315. La période orbitale de Mars est de 686,96 jours terrestres, soit 1,880 8 année terrestre, et le jour solaire y dure 24 h 39 min 35,244 s.

Des sept autres planètes du Système solaire, seule Mercure possède une excentricité plus élevée que celle de Mars. Toutefois, par le passé, l'orbite de Mars aurait été plus circulaire qu'aujourd'hui, avec une excentricité d'environ 0,002 il y a 1,35 million d'années. L'excentricité de Mars évoluerait selon deux cycles superposés, le premier d'une période de 96 000 ans et le second d'une période de 2 200 000 ans, de sorte qu'elle devrait encore croître au cours des 25 000 prochaines années.

L' obliquité désigne l'inclinaison de l' axe de rotation d'une planète sur son plan orbital autour du Soleil. L'obliquité de Mars est actuellement de 25,19°, proche de celle de la Terre, mais connaît des variations périodiques dues aux interactions gravitationnelles avec les autres planètes du Système solaire. Ces variations cycliques ont été évaluées par simulations informatiques dès les années 1970 comme ayant une périodicité de 120 000 ans s'inscrivant elle-même dans un super-cycle de 1,2 million d'années avec pour valeurs extrêmes 14,9° et 35,5°. Un cycle encore plus long se superposerait à cet ensemble, de l'ordre de 10 millions d'années, dû à une résonance orbitale entre la rotation de la planète et son orbite autour du Soleil, susceptible d'avoir porté à 40° l'obliquité de Mars, il y a seulement 5 millions d'années. Des simulations plus récentes, réalisées au début des années 1990, ont de surcroît révélé des variations chaotiques de l'obliquité martienne, dont les valeurs possibles s'inscriraient de à .

Encore affinées à l'aide des données recueillies par les sondes martiennes des années 1990 et 2000, ces simulations numériques ont mis en évidence la prépondérance des variations chaotiques de l'obliquité martienne dès qu'on remonte au-delà de quelques millions d'années, ce qui rend aléatoire toute évaluation de la valeur de l'obliquité au-delà de quelques dizaines de millions d'années dans le passé ou le futur. Une équipe européenne a ainsi évalué à 63 % la probabilité que l'obliquité de Mars ait atteint au moins 60° au cours du dernier milliard d'années, et à plus de 89 % au cours des trois derniers milliards d'années.

Ces variations d'obliquité induisent des variations climatiques très significatives à la surface de la planète, affectant notamment la répartition de la glace d'eau en fonction des latitudes. Ainsi, la glace tend à s'accumuler aux pôles en période de faible obliquité comme actuellement, tandis qu'elle tend à migrer aux basses latitudes en période de forte obliquité. Les données recueillies depuis le début du siècle tendent à montrer que Mars sortirait en ce moment même d'un " âge glaciaire ", notamment en raison de l'observation de structures glaciaires (glaciers, fragments de banquise et pergélisol notamment) jusqu'à des latitudes aussi basses que 30°, et qui semblent connaître une érosion active.

Dans la mesure où la pression atmosphérique moyenne au sol dépend de la quantité de dioxyde de carbone gelé aux pôles, les variations d'obliquité ont également un impact sur la masse totale de l' atmosphère de Mars, la pression atmosphérique moyenne pouvant même tomber, en période de faible obliquité, à seulement 30 Pa (à peine 5 % de la pression atmosphérique standard actuelle) et induire un réchauffement de 20 à 30 K du sous-sol martien en réduisant la conductivité thermique du régolithe dont la taille moyenne des pores serait comparable au libre parcours moyen des molécules de gaz dans une atmosphère aussi raréfiée, ce qui bloquerait la dissipation du " flux aréothermique ", c'est-à-dire du flux géothermique martien. Un tel réchauffement pourrait expliquer de nombreuses formations géologiques impliquant un sous-sol chargé d'eau liquide, sans qu'il soit nécessaire d'invoquer un accroissement passé de la pression atmosphérique ou du flux thermique de la planète.

La Terre et Mars en opposition.

Mars est la planète extérieure la plus proche de la Terre. La distance qui sépare les deux planètes est la plus faible lorsque Mars est en 17 h 58 min 49 s opposition, c'est-à-dire lorsque la Terre s'intercale entre Mars et le Soleil. Toutefois, compte tenu de l' inclinaison orbitale et de l' excentricité, le moment précis où Mars est le plus proche de la Terre peut différer de quelques jours du moment de l'opposition astronomique. Ainsi, l'opposition du avait lieu précisément à UTC. tandis que la plus grande proximité entre les deux planètes avait eu lieu la veille, le à 9 h 51 min 14 s UTC (données IMCCE).

Ces oppositions surviennent approximativement tous les 780 jours, l'avant-dernière en date s'étant produite le , la dernière le 8 décembre 2022 et les prochaines les 16 janvier 2025, 19 février 2027 et 25 mars 2029, puis les 4 mai 2031, 27 juin 2033, 15 septembre 2035, et 19 novembre 2037.

Compte tenu de l'excentricité respective des orbites de Mars et de la Terre, la distance Terre-Mars n'est pas constante à chaque opposition. L'excentricité de Mars étant plus importante que celle de la Terre, c'est lorsque Mars est au 9 h 51 min 14 s périhélie que le rapprochement est le plus favorable. Cette situation se rencontre tous les quinze ans environ, après sept oppositions. Ainsi, le à UTC, Mars était distante de la Terre de 55,758 millions de kilomètres, soit 0,372 7 ; c'est la plus grande proximité entre Mars et la Terre depuis 59 618 ans. Un rapprochement encore un peu plus resserré est prévu le , avec une distance de 55,688 millions de kilomètres.

En tenant compte des influences gravitationnelles des autres planètes sur l'excentricité orbitale de Mars, qui continuera à croître légèrement au cours des 25 000 prochaines années, il est possible de prédire des rapprochements encore plus étroits : 55,652 millions de kilomètres le et 55,651 millions de kilomètres le .

Mosaïque d'images en quasi vraies couleurs donnant une vue panoramique du cratère Victoria, large d'environ 730 m, obtenues en automne 2006 par le rover Opportunity sur Meridiani Planum.

Reconstruction tridimensionnelle interactive de Mars, hauteurs 20 fois exagérées.

Carte annotée des principaux reliefs martiens

L'étude de la géographie martienne remonte au début des années 1970 avec la sonde , qui a permis de cartographier la presque totalité de la surface martienne avec une résolution excellente pour l'époque. Ce sont les données recueillies à cette occasion sur lesquelles s'est notamment fondé le programme Viking pour le développement de ses missions et . La connaissance de la topographie martienne a fait un bond spectaculaire à la fin des années 1990 grâce à l'instrument MOLA ( Mars Orbiter Laser Altimeter) de la sonde Mars Global Surveyor, qui a permis d'accéder à des relevés altimétriques d'une très grande précision sur la totalité de la surface martienne.

Sur Mars, le méridien 0 (zéro) est celui qui passe par le centre du cratère Airy-0.

Dans le système planétocentrique, développé à partir des données acquises par le MOLA de Mars Global Surveyor et aujourd'hui le plus utilisé, les coordonnées géographiques sont exprimées sur Mars dans le système décimal - et non dans le système sexagésimal utilisé sur Terre - avec les longitudes croissant vers l'est de 0 à 360° E, les angles étant calculés à partir du plan équatorial pour les latitudes et à partir du méridien 0 pour les longitudes.

Dans le système planétographique, développé à partir des données recueillies par et aujourd'hui de moins en moins utilisé, les coordonnées sont exprimées de façon décimale avec les longitudes croissant vers l'ouest de 0 à 360° W en fonction d'un maillage projeté sur la surface de la planète. En pratique, les longitudes planétographiques et planétocentriques se déduisent facilement les unes des autres, en revanche les latitudes planétographiques peuvent être supérieures aux latitudes planétocentriques de plus d'un tiers de degré en valeur absolue.

Le niveau de référence des altitudes martiennes a, quant à lui, été défini arbitrairement comme l'altitude à laquelle la pression atmosphérique moyenne est de 610 Pa. Ceci permet de définir formellement une surface équipotentielle globale à partir de laquelle il est possible de calculer les altitudes en chaque point de la planète, bien qu'en pratique la détermination de cette surface soit assez imprécise en raison des importantes fluctuations saisonnières de la pression atmosphérique résultant du fait que le dioxyde de carbone, constituant majoritaire de l' atmosphère de Mars, est en équilibre avec le dioxyde de carbone gelé aux pôles, état d'équilibre qui varie tout au long de l'année au gré des saisons.

Carte de Mars en 30 quadrangles (par Mars Global Surveyor).

Pour en structurer l'étude, la surface de Mars a été divisée par l' USGS en 30 régions de taille semblable, 15 par hémisphère, dont la topographie établie par le MOLA de Mars Global Surveyor puis THEMIS de Mars Odyssey est disponible sur Internet sous forme de cartes au ¹⁄ 5 000 000,. Chacun de ces quadrangles a été nommé d'après l'un de ses reliefs caractéristiques, mais, dans la littérature, ils sont souvent référencés par leur numéro, préfixé du code " MC " signifiant Mars Chart.

Cette division en quadrangles est une méthode générale de cartographie, d'abord développée sur Terre à des échelles variables, puis étendue progressivement aux planètes du Système solaire pour lesquelles les données géographiques sont suffisantes pour devoir être structurées. Vénus a ainsi été divisée en huit quadrangles au ¹⁄ 10 000 000 et en 62 quadrangles au ¹⁄ 5 000 000.

Carte topographique de Mars élaborée à partir des mesures du Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) de Mars Global Surveyor.

La carte ci-contre permet de repérer les grandes régions martiennes, notamment :

la dichotomie crustale entre hémisphères nord et sud,

les grands bassins d'impact de l'hémisphère sud, Argyre par 50° S et 316° E , et Hellas par 42,7° S et 70° E , et au nord Utopia Planitia par 49,7° N et 118° E ,

le renflement de Tharsis et les trois volcans de Tharsis Montes ainsi qu'Olympus Mons et Alba Mons, dans l'hémisphère nord à gauche, et à droite les volcans d'Elysium, près d'Utopia,

le système de canyons de Valles Marineris, partant de la région de Tharsis jusqu'au petit bassin d'impact de Chryse Planitia, centré autour de 15° S et 300° E .

Le trait le plus frappant de la géographie martienne est sa " dichotomie crustale ", c'est-à-dire l'opposition très nette entre d'une part un hémisphère nord constitué d'une vaste plaine lisse à une altitude d'une demi-douzaine de kilomètres sous le niveau de référence, et d'autre part un hémisphère sud formé de plateaux souvent élevés et très cratérisés au relief pouvant être localement assez accidenté. Ces deux domaines géographiques sont séparés par une limite très nette, légèrement oblique sur l'équateur. Deux régions volcaniques proches l'une de l'autre se trouvent précisément sur cette frontière géologique, dont l'une est un immense soulèvement de 5 500 km de diamètre, le renflement de Tharsis, dont la moitié nord-ouest regroupe une douzaine de volcans majeurs parmi lesquels Olympus Mons, tandis que la région méridionale se compose d'un vaste ensemble de hauts plateaux volcaniques tels que Syria Planum et Solis Planum, et la partie orientale est marquée par le système de canyons de Valles Marineris prolongeant par l'est le réseau de Noctis Labyrinthus. Deux grands bassins d'impact sont nettement visibles dans l'hémisphère sud, Argyre Planitia et surtout Hellas Planitia, au fond duquel a été relevée la plus grande profondeur à la surface de Mars, avec une altitude de −8 200 m par rapport au niveau de référence. Le point le plus élevé se trouve quant à lui au sommet d' Olympus Mons, à 21 229 m au-dessus du niveau de référence ; cinq des six montagnes les plus hautes du Système solaire sont d'ailleurs des volcans martiens, dont quatre se trouvent sur le renflement de Tharsis et le cinquième dans la seconde région volcanique de Mars, Elysium Planitia.

Coucher de soleil vu du cratère Gusev par le rover Spirit le en vraies couleurs restituées à travers des filtres à 750, 530 et 430 nm. Le diamètre apparent du Soleil vu de Mars n'est que des deux tiers de celui vu de la Terre. La lueur de crépuscule se prolonge deux bonnes heures après le passage du soleil sous l'horizon en raison de la grande quantité de poussières présentes jusqu'à une altitude élevée dans l'atmosphère de Mars.

L'étude des bassins d'impact enfouis sous la surface a permis d'établir que la dichotomie crustale martienne remonte à plus de quatre milliards d'années avant le présent, et donc que c'est une structure héritée des premiers âges de la planète. Certaines formations plus récentes à la limite entre les deux domaines suggèrent de surcroît une relaxation isostatique des hautes terres du sud après le comblement volcanique de la dépression de l'hémisphère nord, ce qui plaide également pour la grande ancienneté de cette dichotomie.

Deux types de scénarios ont été proposés pour en rendre compte :

les premiers reposent sur la dynamique interne de la planète, les mouvements de convection du manteau et une ébauche de tectonique des plaques, à la manière de la formation des supercontinents terrestres à l'aube de l'histoire de notre planète ;

les seconds reposent sur un ou plusieurs grands impacts entraînant la fusion de l'écorce dans l'hémisphère nord. En 2022, l'identification de zones de cisaillement profondes, observables dans le canyon de Valles Marineris, les compositions minéralogiques au fond du canyon et des anomalies magnétiques viennent renforcer l'hypothèse d'un impact géant,. Des simulations numériques suggèrent que l'impact s'est produit dans l'hémisphère sud, par un bolide de 1 000 à 1 500 km de diamètre ayant une vitesse de 6 à 7 km/s et un angle d'incidence de 15 à 30 °.

Atmosphère de Mars au-dessus de Noachis Terra à l'horizon, vue depuis une sonde Viking survolant Argyre Planitia en 1976. Les couleurs ont été renforcées pour souligner l'atmosphère.

La pression et la composition exactes de l' atmosphère de Mars sont connues grâce aux premières analyses in situ effectuées en 1976 par les atterrisseurs des sondes et . Le premier observateur à avoir supposé l'existence d'une atmosphère autour de Mars est l'astronome (et compositeur) germano-britannique William Herschel qui, en 1783, attribue à la météorologie martienne certains changements observés à la surface de la planète, notamment des points blancs interprétés comme des nuages. Cette hypothèse est contestée au début du siècle suivant grâce aux progrès des télescopes à miroir, qui fournissent des images de meilleure qualité semblant montrer au contraire une surface plus statique, jusqu'à ce que surgisse à la fin du siècle le débat sur la réalité des canaux de Mars observés en Italie et popularisés par l'astronome amateur américain Percival Lowell. Un autre Américain, William Wallace Campbell, astronome de profession et pionnier de la spectroscopie, demeure sceptique quant à l'existence d'une atmosphère importante autour de Mars et annonce à l'occasion de l' opposition de 1909 n'avoir pu détecter aucune trace de vapeur d'eau dans cette éventuelle atmosphère ; son compatriote Vesto Slipher, qui soutient la théorie des canaux, annonce quant à lui le contraire. En se fondant sur les variations d' albédo du disque martien, Percival Lowell estime en 1908 la pression atmosphérique au sol à 87 (8 700 ), valeur qui demeure plus ou moins la référence jusqu'aux mesures réalisées par la sonde en 1965. La difficulté à analyser la composition de l'atmosphère martienne par spectroscopie est alors généralement attribuée à la présence de diazote, difficile à caractériser par cette technique, et c'est ainsi que l'astronome français Gérard de Vaucouleurs, qui travaille alors en Angleterre, émet en 1950 l'idée que l'atmosphère martienne serait constituée de 98,5 % de diazote, 1,2 % d' argon et 0,25 % de dioxyde de carbone. À l' observatoire McDonald du Texas, l'astronome américain d'origine néerlandaise Gerard Kuiper établit en 1952 à partir du spectre infrarouge de Mars que le dioxyde de carbone est au moins deux fois plus abondant dans l'atmosphère martienne que dans l'atmosphère terrestre, l'essentiel de cette atmosphère devant être, comme la nôtre, constituée selon lui de diazote.

On sait aujourd'hui que Mars possède une atmosphère ténue dont la pression moyenne au niveau de référence martien est par définition de 610 Pa, avec une température moyenne de 210 K (−63 °C). Elle est composée principalement de dioxyde de carbone CO ₂ (96,0 ± 0,7 %), d' argon Ar (1,93 ± 0,01 %) et de diazote N ₂ (1,89 ± 0,03 %). Viennent ensuite le dioxygène O ₂ (0,145 ± 0,009 %), le monoxyde de carbone CO (< 0,1 %), la vapeur d'eau H ₂O (0,03 %) et le monoxyde d'azote NO (0,013 %). Divers autres gaz sont présents à l'état de traces, à des concentrations ne dépassant jamais quelques parties par million, notamment le néon Ne, le krypton Kr, le méthanal (formaldéhyde) HCHO, le xénon Xe, l' ozone O ₃ et le méthane CH ₄, la concentration atmosphérique moyenne de ce dernier étant de l'ordre de 10,5 . La masse molaire moyenne des constituants gazeux de l' atmosphère de Mars serait de 43,34 .

Compte tenu de la faible gravité à la surface de Mars, la hauteur d'échelle de cette atmosphère est de 11 km, plus d'une fois et demie celle de l'atmosphère terrestre, qui n'est que de 7 km. La pression relevée à la surface varie d'à peine 30 Pa au sommet d' Olympus Mons et jusqu'à 1 155 Pa au point le plus bas du bassin d'impact d' Hellas Planitia.

Début 2004, le spectromètre infrarouge PFS de la sonde européenne Mars Express détecte de faibles concentrations de méthane (10 ppb) et de formaldéhyde (130 ppb) dans l'atmosphère martienne. Le méthane étant détruit par le rayonnement ultraviolet au bout de 340 ans seulement, sa présence implique l'existence d'une source interne. Une activité géothermique profonde, un pergélisol bombardé par les particules à haute énergie du rayonnement cosmique et une forme de vie microbienne méthanogène sont autant de sources plausibles. En outre, si l'on considère que le formaldéhyde, dont la durée de vie n'est que de 7 heures, est produit par oxydation du méthane, ces sources doivent être plus abondantes encore. Ainsi, selon cette hypothèse, la production annuelle de méthane est estimée à 2,5 millions de tonnes.

L'eau très pure ne peut exister à l'état liquide qu'en dessous du niveau de référence martien, qui correspond à peu près à la pression du point triple de l'eau, soit 611,73 Pa : à ce niveau, pour peu que la température soit suffisante (0 °C pour de l'eau pure, mais seulement 250 K (−23 °C) pour de nombreuses solutions salines, voire 210 K (−63 °C) pour certains mélanges de solutions d' acide sulfurique H ₂SO ₄), l'eau peut se trouver sous ses trois états physiques (gazeux, liquide, et solide). Au-dessus de ce niveau, en revanche, et notamment dans l'atmosphère, elle ne peut exister qu'à l'état de vapeur d'eau, qui se condense parfois en glace pour former des nuages de cristaux d'H ₂O d'apparence très semblable à celle de nos cirrus, typiquement à une altitude de 10 à 20 km ; on observe de tels nuages par exemple sur les flancs des grands volcans du renflement de Tharsis ou d' Elysium Planitia : visibles au télescope depuis la Terre dès le siècle, les nuages accrochés au sommet d' Olympus Mons avaient été pris pour de la neige, d'où le nom Nix Olympica qui avait été donné à cette région par Giovanni Schiaparelli.

Nuages vus par le rover Curiosity .

Mais le dioxyde de carbone forme lui aussi des nuages, constitués de cristaux de CO ₂ dépassant 1 de diamètre, à des altitudes plus élevées que ceux constitués de glace d'eau ; l'instrument OMEGA de la sonde Mars Express a déterminé en 2007 que ces nuages sont susceptibles d'absorber jusqu'à 40 % du rayonnement solaire, provoquant une baisse de 10 K de la température sous ces nuages, ce qui n'est pas sans conséquence sur le climat martien, notamment sur son régime des vents.

La caractéristique particulière de l'atmosphère martienne est d'être constamment chargée en poussière, dont les grains ont un diamètre moyen de l'ordre de 1,5 , responsable de la teinte ocre du ciel martien,. Cette poussière est continuellement injectée dans l'atmosphère par des tourbillons de poussière (couramment désignés par le terme anglais dust devils), comme celui observé ci-dessous par le rover Spirit le ; les prises de vue durent en tout 575 s (ce qu'indique le compteur de l'angle inférieur gauche), et trois autres tourbillons sont brièvement visibles au loin dans la moitié droite de la vue, au début de la séquence, puis près du tourbillon principal, puis tout à la fin :

Traînées laissées par des tourbillons de poussière vues par l'instrument HiRISE de Mars Reconnaissance Orbiter le au nord du cratère Antoniadi par 26,7° N et 62,8° E . La bande blanchâtre qui traverse l'image est une pente givrée sous un banc de brouillard et traversée de traînées noires.

De tels tourbillons sont loin d'être anecdotiques ; tant leur permanence que leur accumulation conduisent à empoussiérer des volumes considérables d'atmosphère, comme l'illustre un cliché saisissant (ci-contre), où l'on voit une multitude de traînées noires laissées par des tourbillons qui ont emporté la couche de poussières superficielle, de couleur rouge orangé caractéristique de l' oxyde de fer(III) Fe ₂O ₃ ( hématite) amorphe, laissant apparaître les couches plus profondes de sable plus sombre, peut-être en rapport avec la région volcanique voisine de Syrtis Major Planum. La couche de poussières ainsi soulevée n'est jamais très massive ; l'étude de la grande tempête de 2001, au cours de laquelle la poussière a gagné toutes les couches atmosphériques jusqu'à 60 km d'altitude, a conduit à estimer que si toute la poussière alors soulevée se déposait uniformément entre 58° N et 58° S, elle ne formerait qu'une pellicule de 3 µm d'épaisseur. La dynamique de la poussière dans l'atmosphère martienne est conditionnée par la ténuité de cette atmosphère et par la faible gravité à la surface de la planète. Ainsi, alors que les grains de poussière martiens ont typiquement quelques micromètres de diamètre, on a calculé que des grains de 20 µm peuvent être soulevés par des vents d'à peine 2 m/s et maintenus indéfiniment en suspension par des turbulences de seulement 0,8 m/s.

Les grains de poussière en suspension dans l'atmosphère sont responsables de la couleur rouille de cette dernière, qui vire au bleu autour du soleil lors de son coucher, comme l'ont découvert les sondes et et que les sondes suivantes ont bien illustré par la suite :

Deux vues de Mars au télescope spatial Hubble avant et pendant la grande tempête de poussières martienne de l'été 2001.

L'observation de l'activité atmosphérique de Mars à l'aide du télescope spatial Hubble entre 1996 et 1997, alors que la planète exposait son pôle nord au début du printemps, a permis de mettre en évidence le rôle de la sublimation des calottes polaires dans la génération de masses d'air à l'origine de vents qui soulèvent d'importantes quantités de poussières et sont susceptibles de déclencher de véritables tempêtes de poussières, à l'échelle de la planète tout entière, comme celle qui a affecté l'ensemble de l'atmosphère martienne en été 2001.

Du fait de son éloignement plus grand par rapport au Soleil que celui de la Terre, Mars reçoit du Soleil une énergie variant de 492 à 715 W/ m ² selon sa position sur son orbite, contre de 1 321 à 1 413 W/m ² pour la Terre, c'est-à-dire de 37,2 % à 50,6 % entre les aphélies et les périhélies respectivement. L'atmosphère martienne étant de surcroît 150 fois moins dense que celle de la Terre, elle ne produit qu'un effet de serre négligeable, d'où une température moyenne d'environ (−63 °C) à la surface de Mars, avec des variations diurnes importantes en raison de la faible inertie thermique de cette atmosphère : Viking 1 Lander avait ainsi relevé des variations diurnes allant typiquement de 184 à 242 K, soit de −89 à −31 °C, tandis que les températures extrêmes - assez variables selon les sources - seraient d'environ 130 et 297 K, c'est-à-dire de l'ordre de −145 et 25 °C.

L' obliquité de Mars est proche de celle de la Terre (respectivement contre ) mais l' excentricité de l' orbite martienne est sensiblement plus élevée (0,09332 contre 0,01671 pour la Terre) de sorte que, si Mars possède des saisons similaires à celles de la Terre, celles-ci sont d'intensité et de durée très inégales au cours de l'année martienne (voir tableau ci-contre).

L'hémisphère nord connaît ainsi des saisons moins marquées que l'hémisphère sud, car Mars est à son aphélie à la fin du printemps et à son périhélie à la fin de l'automne, d'où des hivers courts et doux et des étés longs et frais ; le printemps dure ainsi 52 jours de plus que l'automne. À l'inverse, l'hémisphère sud connaît des saisons très marquées, avec des hivers longs et très froids tandis que les étés sont courts et plus chauds que ceux de l'hémisphère nord. C'est donc dans l'hémisphère sud qu'on observe les écarts de température les plus élevés.

Le simulateur Mars24 Sunclock de la NASA donne, pour l'hémisphère nord, les dates suivantes pour le début de chaque saison :

Vers la fin du printemps austral, lorsque Mars est au plus près du Soleil, des tempêtes locales et parfois régionales apparaissent. Exceptionnellement, ces tempêtes peuvent devenir planétaires et durer plusieurs mois comme ce fut le cas en 1971 et, dans une moindre mesure, en 2001. De minuscules grains de poussière sont alors soulevés, rendant la surface de Mars quasiment invisible. Ces tempêtes de poussière naissent en général au-dessus du Bassin d'Hellas. Les importantes différences thermiques observées entre le pôle et les régions avoisinantes provoquent des vents violents à l'origine du soulèvement de fines particules dans l'atmosphère. Lors de tempêtes globales, ce phénomène provoque d'importantes modifications climatiques : les poussières en suspension absorbent le rayonnement solaire, réchauffant ainsi l'atmosphère et réduisant dans le même temps l' insolation au sol. Ainsi, lors de la tempête de 2001, la température atmosphérique s'est élevée de 30 alors que la température au sol s'est abaissée de 10 K.

Il n'existe qu'une seule cellule de Hadley sur Mars mais beaucoup plus marquée en altitude et en amplitude, joignant les deux hémisphères et qui s'inverse deux fois par an.

Enfin, l' obliquité de la planète, qui n'est pas stabilisée par la présence d'un satellite massif comme c'est le cas pour la Terre, suit un régime chaotique selon une cyclicité d'environ 120 000 ans. Elle oscille entre 0° et 60° et connaît des phases relativement stabilisées entrecoupées de changements brusques, ce qui bouleverse complètement le climat martien.

L'une des caractéristiques propres à la planète Mars est qu'une fraction significative de son atmosphère se condense alternativement au pôle sud et au pôle nord lors de l'hiver austral et de l'hiver boréal respectivement. Les conditions hivernales aux pôles - pression et température - sont en effet favorables à la condensation du dioxyde de carbone : la pression de vapeur saturante du à 150 (−123 °C) se trouve être voisine de 800 , et tombe à seulement 400 Pa à 145 K (−128 °C), qui sont des températures courantes lors de l'hiver austral ; il y a condensation du CO ₂ dès que la pression partielle de ce gaz dépasse la pression de vapeur saturante correspondant à la température à laquelle il se trouve.

La sonde Viking 1 a mesuré la pression atmosphérique sur une année complète à son point d'atterrissage situé par 22,697° N et 312,778° E dans le bassin de Chryse Planitia, à une altitude d'environ −3 300 par rapport au niveau de référence. La pression atmosphérique moyenne s'est révélée évoluer tout au long de l'année selon les saisons, avec des valeurs approximatives, en chiffres ronds, de 850 Pa au printemps, 680 Pa en été, 900 Pa en automne et 800 Pa en hiver, : ces variations s'expliquent bien si l'on considère que la calotte hivernale australe condense une masse de glace carbonique supérieure à celle de la calotte hivernale boréale, tandis qu'à l'automne de l'hémisphère nord l'essentiel de la calotte australe s'est sublimée alors que la calotte boréale commence tout juste à se condenser.

Les calottes polaires de Mars ont été observées pour la première fois au milieu du siècle par Jean-Dominique Cassini et Christian Huygens. Leur taille varie considérablement au cours des saisons par échange de dioxyde de carbone et d'eau avec l'atmosphère. On distingue ainsi, dans les deux hémisphères, une calotte polaire dite " résiduelle " ou " estivale " qui se maintient tout l'été, et une calotte polaire dite " saisonnière " ou " hivernale " qui vient la recouvrir à partir de l'automne.

L'hiver austral étant plus long et plus froid que l'hiver boréal, la calotte saisonnière australe est plus vaste que la calotte saisonnière boréale. Au cours de l'hiver austral, le CO ₂ contenu dans l'atmosphère se condense en glace carbonique au-dessus de 55° S alors que c'est plutôt au-dessus de 65° N qu'il se condense pendant l'hiver boréal. Il s'agit d'une glace de dioxyde de carbone (CO ₂) très pure et presque transparente, d'une épaisseur ne dépassant pas quelques mètres, qui laisse voir le sol à l'aplomb sur les clichés pris par les sondes spatiales en orbite au-dessus des régions polaires.

Avec ses 300 km de diamètre, la calotte résiduelle australe est à l'inverse trois fois plus petite que la calotte résiduelle boréale (1 000 km de diamètre). Elles sont de nature très différente des calottes saisonnières, contenant une forte proportion de glace d'eau mêlée de terre avec une structure stratifiée révélée par l'instrument THEMIS de la sonde 2001 Mars Odyssey, avec une épaisseur atteignant localement plusieurs kilomètres. Leurs surfaces sont entaillées par de profondes vallées, appelées chasmata (pluriel du latin désignant des vallées encaissées), qui forment des spirales dont le sens de rotation est conditionné par la force de Coriolis. Ainsi, les vallées s'enroulent autour du pôle sud dans le sens des aiguilles d'une montre alors qu'elles s'enroulent autour du pôle nord dans le sens inverse.

La calotte résiduelle boréale ne contient pas de glace carbonique, mais la calotte résiduelle australe en est presque entièrement recouverte d'une croûte d'une dizaine de mètres d'épaisseur dont la surface alvéolée rappelle celle d'une tranche de gruyère ; des observations réalisées par la sonde Mars Global Surveyor ont montré que le diamètre moyen des alvéoles augmentait au fil des saisons, suggérant un réchauffement climatique dans l'hémisphère sud (voir paragraphe suivant).

Les calottes polaires ont un impact important sur la composition atmosphérique globale de la planète. Le cycle des condensations et sublimations du CO ₂ fait varier la pression atmosphérique de près d'un tiers, et, pendant l'été boréal, la glace d'eau qui compose la calotte polaire résiduelle nord se sublime, injectant de grandes quantités de vapeur d'eau dans l'atmosphère. Si toute la vapeur d'eau contenue dans l'atmosphère venait à précipiter, elle formerait une couche de moins de 10 µm d'épaisseur durant l'hiver et de plus de 40 µm en plein été.

Élargissement des alvéoles dans la couche superficielle de glace carbonique de la calotte résiduelle australe observé par Mars Global Surveyor entre deux étés martiens, ici 1999 et 2001.

La comparaison des clichés de la calotte résiduelle australe pris par Mars Global Surveyor en 1999 et en 2001 a mis en évidence une tendance générale à la régression de la croûte de glace carbonique superficielle de cette région. Ceci résulterait de la sublimation progressive du CO ₂ constituant la croûte superficielle de la calotte résiduelle australe pour laisser apparaître les couches plus profondes, constituées essentiellement de glace d'eau mêlée de poussières. Ce phénomène semble avoir été assez rapide, le bord des cavités observées dans la croûte de glace carbonique progressant alors de 3 m par année martienne. Constatée sans ambiguïté sur trois années martiennes consécutives, cette tendance à la sublimation de la calotte résiduelle australe est venue s'ajouter à diverses observations ailleurs sur la planète, telles que l'apparition de ravines sur les bords de cratères ou de dépressions, indiquant que la surface martienne est sujette à davantage de transformations qu'on le pensait jusqu'alors.

Ces données, interprétées par les scientifiques comme le signe que Mars pourrait connaître actuellement une transition entre une période glaciaire et une période interglaciaire similaire à celle qu'a connue la Terre il y a près de 12 000 ans, ont parfois été comprises par le grand public comme révélatrices d'un " réchauffement climatique martien ", d'origine nécessairement non-humaine, et contredisant, par conséquent, les conclusions du Quatrième rapport du GIEC relatives à l'origine humaine du réchauffement climatique terrestre. Les débats sur la question ont été particulièrement aigus en automne 2007, dans la foulée de la publication de ce rapport.

Avec le recul, il apparaît cependant que les observations martiennes n'ont jamais indiqué autre chose qu'un réchauffement climatique localisé à la calotte résiduelle australe, et non un réchauffement climatique global. De plus, le climat martien est très largement conditionné par les tempêtes de poussières et les variations d' albédo qui en découlent, davantage que par le rayonnement solaire - contrairement au climat terrestre - ce qui limite la pertinence des raisonnements établissant des parallèles entre les deux planètes. Et, surtout, les observations les plus récentes, notamment celles de la sonde 2001 Mars Odyssey, qui est en 2018 toujours en fonctionnement, ne confirment pas la tendance à long terme à la sublimation des calottes polaires, mais indiqueraient au contraire des variations annuelles autour d'une valeur stable.

L'absence de magnétosphère autour de Mars a pour conséquence d'exposer directement la surface de la planète aux rayons cosmiques et aux bouffées de protons solaires, à l'origine d'une radioactivité ambiante très supérieure sur Mars à celle relevée à la surface de la Terre. L'instrument MARIE - Mars Radiation Environment - de la sonde 2001 Mars Odyssey a permis, dans les années 2002-2003, d'évaluer la dose efficace en orbite martienne entre 400 et 500 , soit au moins le quadruple de celle reçue dans la station spatiale internationale (50 à 100 mSv/an, tandis qu'au sol, au niveau de référence martien, les doses reçues seraient deux à trois fois plus faibles - un peu moins de 200 mSv/an - en raison de l'absorption d'une partie des radiations solaires et galactiques par l' atmosphère de Mars. À titre de comparaison, la radioactivité moyenne sur Terre s'élève, en France, à environ 3,5 mSv/an et la dose cumulée admise pour un astronaute sur toute sa carrière, quels que soient son sexe et son âge, n'excède pas 1 000 mSv pour plusieurs agences spatiales (européenne, russe et japonaise).

L'instrument MARIE a par ailleurs révélé que cette radioactivité est très inégalement répartie dans le temps, avec un bruit de fond d'environ 220 sur lequel s'inscrivent des pics parfois 150 fois plus intenses, correspondant aux bouffées de protons énergétiques - plusieurs dizaines de mégaélectron-volts - émis lors d'une éruption solaire ou par l'onde de choc d'une éjection de masse coronale.

À cela s'ajoutent les radiations dues aux neutrons émis par spallation des atomes à la surface de Mars sous l'impact du rayonnement cosmique. Cette contribution est estimée grâce aux données de Curiosity et de 2001 Mars Odyssey à jusqu'à 45 ± 7 µSv par jour, soit environ 7 % du total de radiations à la surface.

La géologie martienne est marquée par la dichotomie crustale entre les basses plaines peu cratérisées de l'hémisphère nord et les hautes terres très cratérisées de l'hémisphère sud, avec, entre ces deux domaines principaux, deux régions volcaniques bien différentiées. En vertu du principe empirique selon lequel l'âge d'une région est une fonction croissante de son taux de cratérisation, ces trois types majeurs de terrains martiens ont très tôt été rattachés à trois époques caractéristiques de l'histoire géologique de la planète, nommées d'après des régions typiques de ces périodes:

Le Noachien (du nom de Noachis Terra) correspond aux terrains les plus anciens, depuis la formation de la planète il y a 4,6 milliards d'années, jusqu'à 3,7 milliards d'années selon l' échelle de Hartmann & Neukum (mais 3,5 milliards d'années selon l'échelle de Hartmann standard), fortement cratérisés et situés majoritairement dans l'hémisphère sud. Mars avait sans doute une atmosphère épaisse à cette époque, dont la pression et l' effet de serre ont certainement permis l'existence d'une hydrosphère grâce à de grandes quantités d'eau liquide. La fin de cette époque aurait été marquée par les impacts d' astéroïdes du grand bombardement tardif, daté aux environs de 4,1 à 3,8 milliards d'années, ainsi que par le début d'une intense activité volcanique, notamment dans la région du renflement de Tharsis.

L' Hespérien (du nom d' Hesperia Planum) correspond aux terrains de 3,7 à 3,2 milliards d'années selon l' échelle de Hartmann & Neukum (mais de 3,5 à 1,8 milliard d'années selon l'échelle de Hartmann standard), marqués par un épisode d'activité volcanique majeur se traduisant par des coulées de lave et des dépôts soufrés. Le champ magnétique global aurait disparu dès la fin du Noachien, permettant au vent solaire d'éroder l' atmosphère de Mars, dont la température et la pression au sol auraient commencé à baisser significativement, de sorte que l'eau liquide aurait cessé d'exister de façon permanente à la surface de la planète.

L' Amazonien (du nom d' Amazonis Planitia) correspond aux terrains de moins de 3,2 milliards d'années selon l' échelle de Hartmann & Neukum (mais de seulement 1,8 milliard d'années selon l'échelle de Hartmann standard), très peu cratérisés et situés très majoritairement dans l'hémisphère nord, à une altitude inférieure au niveau de référence de la planète. L'activité volcanique se serait prolongée, en perdant de son intensité tout au long de cette époque, en quatre épisodes majeurs, le dernier survenant il y a environ cent millions d'années, certains terrains volcaniques semblant même ne dater que de quelques millions d'années. L'érosion de l'atmosphère par le vent solaire se serait prolongée pendant des milliards d'années jusqu'à ce que la pression se stabilise au voisinage du point triple de l'eau pure, dont la pression est de 611,73 . Les structures géologiques amazoniennes sont marquées par l'aridité extrême de l'environnement martien, alors totalement dépourvu d' hydrosphère - ce qui n'empêche pas l'existence discontinue et épisodique d'eau liquide en certains points de la surface.

Cette chronologie en trois époques est aujourd'hui bien acceptée - la datation de chacune de ces époques demeure, en revanche, très incertaine - et permet de rendre compte des phénomènes observés à la surface de Mars par les différentes sondes en activité autour de cette planète, notamment la présence simultanée de minéraux, formés à des époques différentes, supposant pour les uns un environnement très humide et pour les autres au contraire l'absence totale d'eau liquide. Les datations proposées pour ces trois époques - ou éons - géologiques, selon l'échelle de Hartmann standard et l'échelle de Hartmann & Neukum, sont les suivantes (âges en millions d'années) :

Entre les années 1970 et 2010 les modèles de la composition de Mars se sont fondés sur celle des chondrites carbonées de type CI, considérées comme représentatives de la partie condensable de la nébuleuse protosolaire, et sur les modèles de condensation de la nébuleuse, compte tenu de la distance de Mars au Soleil. Ils ont pour l'essentiel admis que les proportions relatives des éléments aussi ou plus réfractaires que le manganèse étaient celles des CI, et que celles des éléments moins réfractaires étaient données par leurs corrélations avec les éléments réfractaires, observées ou déduites des modèles de condensation.

Au début du siècle sont apparues des discordances entre les données spectroscopiques sur la composition de la photosphère solaire et d'autres approches de la composition du Soleil ( héliosismologie, flux de neutrinos solaires, composition du vent solaire et données expérimentales sur l'opacité des métaux dans les plasmas de haute température), qui ont remis en question la représentativité des CI. Les compositions isotopiques (notamment des éléments O, Ni, Cr, Ti, Mo et W) et les teneurs en éléments en traces ont par ailleurs conduit à considérer les chondrites carbonées séparément des autres chondrites (essentiellement les chondrites ordinaires et les chondrites à enstatite), les premières restant représentatives des corps accrétés loin du Soleil mais les secondes étant désormais considérées comme mieux représentatives de la matière condensée dans les zones internes du Système solaire (dont la Terre et Mars). Un nouveau modèle de composition, fondé sur l'analyse des météorites martiennes, sur les mesures des sondes martiennes et sur les corrélations observées dans les chondrites non carbonées, implique des teneurs en éléments réfractaires 2,26 fois supérieures à celles des CI, et des teneurs en éléments lithophiles modérément volatils systématiquement plus basses (le rapport dépendant de la température de condensation de chaque élément). L'une des conséquences de ce modèle est que le noyau martien comporterait moins de de soufre (contre plus de 10 % selon les modèles antérieurs) mais en revanche un peu d' oxygène et d' hydrogène.

Structure interne " standard " de Mars :
- croûte d'environ 50 km d'épaisseur ;
- manteau d'environ 1 860 km d'épaisseur ;
- noyau d'environ 1 480 km de rayon, essentiellement, voire entièrement, liquide.

Estimations antérieures à la mission Insight

En l'absence de données sismiques exploitables - les sismomètres des sondes Viking étaient trop sensibles au vent pour effectuer des mesures fiables -, il n'a longtemps pas été possible de déterminer directement la structure interne de la planète. Un modèle standard a donc été élaboré à partir des données indirectes recueillies par les différentes sondes qui ont exploré la planète, permettant de préciser notamment la structure de son champ gravitationnel, son moment d'inertie et la densité de ses différentes couches de matériaux.

Le résultat le plus frappant est que le noyau de Mars, dont la température serait de l'ordre de 2 000 , est très certainement liquide, au moins dans sa plus grande partie,, en raison d'une charge élevée - précisément une fraction pondérale d'au moins 14,2 % - en éléments légers, notamment en soufre, qui abaissent le point de fusion du mélange de fer et de nickel supposé constituer l'essentiel du noyau. Ce noyau aurait un rayon compris entre 1 300 et 2 000 km (soit entre 38 % et 59 % du rayon de la planète), peut-être plus précisément entre 1 520 et 1 840 km (soit entre 45 % et 54 % du rayon de Mars), incertitude due en partie à l'inconnue concernant la fraction de manteau qui pourrait être liquide et réduirait par conséquent la taille du noyau ; on trouve assez souvent citée la valeur 1 480 km comme rayon du noyau de Mars, soit 43,7 % du rayon moyen de la planète elle-même (3 389,5 km). Les caractéristiques physiques (taille, densité) du noyau peuvent être approchées qualitativement par le moment d'inertie de la planète, qui peut être évalué en analysant la précession de son axe de rotation ainsi que les variations de sa vitesse de rotation à travers les modulations par effet Doppler des signaux radio émis par les sondes posées à sa surface ; les données de Mars Pathfinder ont ainsi permis d'affiner celles précédemment recueillies avec les sondes Viking et d'établir que la masse de Mars est plutôt concentrée en son centre, ce qui plaide pour un noyau dense et pas trop gros.

Le manteau de Mars serait très semblable à celui de la Terre, constitué de phases solides où dominent les silicates riches en fer, ce dernier représentant une fraction pondérale de 11 à 15,5 % du manteau.

La croûte martienne semble, en cohérence avec la topographie, bien plus épaisse dans l'hémisphère sud que dans l'hémisphère nord : un modèle simple avec une masse volumique uniforme de 2 900 kg/m ³ conduit à une épaisseur moyenne d'environ 50 km, soit 4,4 % du volume de la planète, avec comme valeurs extrêmes 92 km dans la région de Syria Planum et à peine 3 km sous le bassin d'impact d' Isidis Planitia, tandis que la croûte aurait moins de 10 km sous toute la région d' Utopia Planitia.

Résultats de la mission Insight

L'atterrisseur InSight a été construit dans le but d'étudier la structure interne de Mars grâce au sismomètre SEIS. Il fournit le le premier enregistrement d'un séisme martien.

En 2021, les données sismiques recueillies permettent pour la première fois de déterminer avec certitude le rayon du noyau martien : entre 1 810 et 1 860 km, soit environ la moitié de celui du noyau terrestre. Ce résultat, nettement supérieur aux estimations basées sur la masse et le moment d'inertie, implique que le noyau martien contient des éléments légers, peut-être de l' oxygène, en plus du fer- nickel et du soufre.

En 2023, l'analyse des ondes sismiques résultant de l'impact d'une météorite permet d'établir la présence, au-dessus du noyau, d'une couche mantellique fondue,.

Mars ne possède pas de magnétosphère. Toutefois, le magnétomètre et réflectomètre à électrons MAG/ER de la sonde Mars Global Surveyor a mis en évidence dès 1997 un magnétisme rémanent, jusqu'à 30 fois supérieur à celui de l' écorce terrestre, au-dessus de certaines régions géologiquement anciennes de l'hémisphère sud, et notamment dans la région de Terra Cimmeria et Terra Sirenum. Les mesures font état d'un champ magnétique atteignant 1,5 à 100 km d'altitude, ce qui requiert la magnétisation d'un volume significatif d'écorce martienne, d'au moins 10 ⁶ . Pendant neuf ans, Mars Global Surveyor a mesuré les paramètres magnétiques au-dessus de la surface martienne, l'instrument MGS MAG ( MGS Magnetometer) recueillant des données vectorielles depuis une altitude typiquement de 400 km, s'approchant parfois à 90 km de la surface, et MGS ER ( MGS Electron Reflectometer) mesurant le magnétisme total depuis une altitude de 185 km en moyenne. Il n'existe donc pas à l'heure actuelle de carte magnétique de la surface martienne elle-même, de même que la nature exacte des minéraux magnétisés ne peut qu'être supposée dans l'état actuel de nos connaissances.

L'étude des météorites de Mars suggère que ce paléomagnétisme résulte, comme sur Terre, de la magnétisation de minéraux ferromagnétiques tels que la magnétite Fe ₃O ₄ et la pyrrhotite Fe 1-δS dont les atomes alignent leur moment magnétique sur le champ magnétique global et figent cette configuration en passant en dessous de la température de Curie du minéral, soit par exemple 858 K (585 °C) pour la magnétite, mais seulement 593 K (320 °C) pour la pyrrhotite. Les autres minéraux candidats en tant que vecteurs du paléomagnétisme de l'écorce martienne sont l' ilménite FeTiO ₃ en solution solide avec l' hématite Fe ₂O ₃, de même structure, pour former des titanohématites, et dans une moindre mesure la titanomagnétite Fe ₂TiO ₄, dont la magnétisation et la température de Curie sont cependant inférieures.

L'absence d'un tel paléomagnétisme au-dessus des bassins d'impacts de l'hémisphère sud tels qu' Hellas et Argyre est généralement interprétée comme l'indication que Mars ne possédait plus de champ magnétique global lors de ces impacts, bien qu'il soit également possible que le refroidissement des matériaux sur le lieu de l'impact ait été trop rapide pour permettre l'alignement de leur magnétisation éventuelle sur le champ magnétique global. A contrario, un paléomagnétisme significatif, et parfois même assez élevé, a été relevé au-dessus des 14 bassins les plus anciens identifiés sur la planète. De la même façon, aucun champ magnétique notable n'a été détecté au-dessus des régions volcaniques majeures d' Elysium Planitia et du renflement de Tharsis, en revanche un magnétisme faible mais de plus forte intensité a été relevé au-dessus des provinces volcaniques plus petites et plus anciennes des hautes terres australes.

L'analyse des composantes tridimensionnelles du champ magnétique relevé en quelques dizaines de points significatifs de la surface martienne a permis à plusieurs équipes d'extrapoler la position du pôle paléomagnétique de Mars. Ces simulations - qui doivent néanmoins être prises avec un certain recul - sont assez cohérentes entre elles et conduisent à localiser l'un des pôles paléomagnétiques martiens entre 150° E et 330° E d'une part et 30° S et 90° N d'autre part, c'est-à-dire approximativement dans un rayon de 3 600 km autour d'un point situé à mi-chemin entre Alba Mons et Olympus Mons.

Fait remarquable, la magnétisation mesurée par Mars Global Surveyor est structurée en bandes parallèles de polarité opposée, rappelant celles du plancher océanique sur Terre (voir schéma ci-contre) : celui-ci cristallise de part et d'autre des dorsales au fur et à mesure que les plaques s'écartent en " mémorisant " l'orientation du champ magnétique terrestre au moment de la solidification ; chaque inversion du champ magnétique terrestre est donc " enregistrée " dans les roches ainsi formées, dont la magnétisation est par conséquent symétrique de chaque côté de chaque dorsale. Une telle symétrie n'a en revanche jamais été relevée sur Mars, de sorte qu'aucun élément ne permet actuellement de supposer l'existence passée d'une quelconque tectonique des plaques sur la planète rouge. Seule une observation à de plus hautes résolutions permettrait de clore le débat.

Lorsqu'il est global, le champ magnétique d'une planète est principalement d'origine interne. On suppose qu'il est provoqué par la convection des fluides conducteurs (c'est-à-dire des métaux liquides) composant la partie externe du noyau. Ce processus est connu sous le nom d' effet dynamo. Ces mouvements de convection impliquent l'existence d'un gradient thermique suffisant du noyau vers le manteau ; en l'absence d'un tel gradient, l'effet dynamo ne pourrait pas se maintenir.

Ce fait serait à l'origine de la disparition du champ magnétique global de Mars, il y a sans doute au moins quatre milliards d'années : les impacts d' astéroïdes du grand bombardement tardif auraient injecté suffisamment d' énergie thermique dans le manteau de Mars en convertissant en chaleur l' énergie cinétique des impacteurs, ce qui aurait stoppé l'effet dynamo en annulant le gradient thermique nécessaire à son maintien.

L'attribution de la disparition du champ magnétique global martien à un impact cosmique a été reprise dans une théorie alternative impliquant cette fois une protoplanète résiduelle de la taille de la Lune percutant Mars bien avant le grand bombardement tardif, c'est-à-dire quelques dizaines de millions d'années seulement après la formation de la planète (de façon similaire à l' impact hypothétique de Théia avec la proto-Terre), au voisinage du pôle nord actuel et sous un angle d'incidence assez faible : cet impact serait à l'origine d'une part de la dichotomie crustale, (l'idée n'est pas nouvelle, recoupant la théorie, assez discutée, du bassin boréal) et d'autre part de l'absence de paléomagnétisme dans l'écorce de l'hémisphère nord, en raison de la disparition du gradient thermique entre le noyau et le manteau dans l'hémisphère nord uniquement, laissant subsister un effet dynamo concentré dans l'hémisphère sud. Mars aurait ainsi connu transitoirement un magnétisme non pas global, mais " hémisphérique " et décentré vers le pôle sud, ce qui expliquerait l'intensité exceptionnelle du magnétisme rémanent dans certaines parties de l'écorce de l'hémisphère sud, ainsi que l'absence de paléomagnétisme notable dans l'hémisphère nord.

Cette théorie n'est pas la seule proposée pour rendre compte de la superposition d'une " dichotomie magnétique " à la dichotomie crustale martienne : la différence d'épaisseur et de structure de l'écorce martienne entre les deux hémisphères, la fonte partielle de l'écorce de l'hémisphère nord à l'origine du remodelage de sa surface, et la serpentinisation de l'écorce martienne au Noachien, sont les explications les plus couramment avancées.

Le volcanisme martien aurait débuté il y a près de quatre milliards d'années, à la fin du Noachien après le grand bombardement tardif. Il aurait connu son intensité maximale à l' Hespérien - entre 3,7 et 3,2 selon l' échelle de Hartmann & Neukum - puis se serait progressivement affaibli tout au long de l' Amazonien. Il a produit d'énormes volcans boucliers qui sont les plus grands édifices volcaniques connus du Système solaire : le plus large d'entre eux, Alba Mons, a un diamètre d'environ 1 600 km à la base, tandis que le plus gros est Olympus Mons, sur la marge occidentale du renflement de Tharsis, qui atteint 22,5 km de haut de la base au sommet. Il a également produit de nombreux stratovolcans, bien plus petits, plusieurs centaines de petits volcans de quelques centaines de mètres de large (par exemple sur Syria Planum) ainsi que des plaines de lave, similaires aux étendues volcaniques identifiées sur la Lune, sur Vénus ou sur Mercure.

La plus ancienne forme de volcanisme martien, remontant à la fin du Noachien et perdurant jusqu'au début de l'Hespérien, serait celle des étendues basaltiques qui recouvrent le fond des bassins d'impact d' Argyre Planitia et d' Hellas Planitia, ainsi que certaines étendues planes et lisses localisées entre ces deux bassins et celui d' Isidis, de façon rappelant les terrains volcaniques lisses identifiés sur Mercure (par exemple Borealis Planitia), sur Vénus (typiquement Guinevere Planitia) et sur la Lune (les " mers " lunaires), la plupart du temps corrélées à des impacts cosmiques.

Sur Mars, ces plaines de lave noachiennes constituent les régions de Malea Planum, Hesperia Planum et Syrtis Major Planum, qui se présentent comme des plateaux basaltiques dont la surface, typique de l' Hespérien, est géologiquement plus récente. La dynamique sous-jacente à ce type de volcanisme, entre fissure et point chaud, n'est pas vraiment comprise ; en particulier, on n'explique pas complètement le fait que les volcans de Malea, d' Hesperia et d' Elysium sont plus ou moins alignés sur plus d'un tiers de circonférence martienne.

Cliché d'Olympus Mons obtenu par la sonde Mars Global Surveyor . Son sommet culmine à 21,2 km au-dessus du niveau de référence martien (22,5 km au-dessus des plaines alentour), et sa base atteint 624 km de large. Il s'agit du plus haut volcan connu du Système solaire.

Le volcanisme martien est surtout connu pour ses volcans boucliers, les plus grands du Système solaire. Ce type de volcan est caractérisé par la très faible pente de ses flancs. Sur Terre, un tel volcan résulte d'épanchements de laves pauvres en silice, très fluides, qui s'écoulent facilement sur de grandes distances, formant des structures aplaties s'étalant sur des surfaces très importantes, contrairement, par exemple, aux stratovolcans, dont le cône, bien formé, a une base bien plus restreinte. Le type même de volcan bouclier est, sur Terre, le Mauna Loa, à Hawaï ; le Piton de la Fournaise, à La Réunion, en est un autre, plus petit mais très actif.

Le plus emblématique des volcans boucliers martiens, Olympus Mons, mesure quelque 22,5 km de haut pour 648 km de large et possède une caldeira sommitale de 85 × 60 × 3 km résultant de la coalescence de six cratères distincts. Mars possède les cinq plus hauts volcans connus du Système solaire (altitudes données par rapport au niveau de référence martien) :

1. Olympus Mons (21 229 m), en marge occidentale du renflement de Tharsis ;

2. Ascraeus Mons (18 225 m), volcan septentrional de Tharsis Montes ;

3. Arsia Mons (17 761 m), volcan méridional de Tharsis Montes ;

4. Pavonis Mons (14 058 m), volcan central de Tharsis Montes ;

5. Elysium Mons (14 028 m), volcan principal d'Elysium Planitia.

À titre de comparaison, le plus haut volcan vénusien, Maat Mons, ne culmine qu'à 8 000 m environ au-dessus du rayon moyen de Vénus, qui sert de niveau de référence sur cette planète.

Sur Mars se trouve également le plus large des volcans du Système solaire, Alba Mons, dont l'altitude ne dépasse pas 6 600 m mais qui s'étend sur environ 1 600 km de large.

Les volcans boucliers martiens atteignent des tailles gigantesques par rapport à leurs équivalents terrestres en raison de l'absence de tectonique des plaques sur Mars : l'écorce martienne demeure immobile par rapport aux points chauds, qui peuvent ainsi la percer au même endroit pendant de très longues périodes de temps pour donner naissance à des édifices volcaniques résultant de l'accumulation de laves pendant parfois plusieurs milliards d'années, alors que, sur Terre, le déplacement des plaques lithosphériques au-dessus de ces points chauds conduit à la formation d'un chapelet de parfois plusieurs dizaines de volcans, chacun ne demeurant actif que pendant quelques millions d'années, ce qui est bien trop bref pour permettre la formation de structures aussi imposantes que sur Mars. L' archipel d'Hawaï est le meilleur exemple terrestre illustrant le déplacement d'une plaque tectonique au-dessus d'un point chaud, en l'occurrence de la plaque pacifique au-dessus du point chaud d'Hawaï ; de la même façon, l'archipel des Mascareignes résulte du déplacement de la plaque somalienne au-dessus du point chaud de la Réunion.

Les six volcans boucliers martiens se répartissent géographiquement en deux régions volcaniques voisines d'inégale importance :

la région d'Elysium Planitia, à l'ouest d'Amazonis Planitia, où se trouvent Elysium Mons, qui semble être de nature différente (moins " rouge " et plus " gris ") des autres volcans, et trois autres volcans plus petits ;

le renflement de Tharsis, immense soulèvement crustal de 5 500 km de diamètre au sud-est d'Amazonis, où se trouvent les cinq autres grands volcans boucliers martiens ainsi que d'innombrables volcans plus petits, dont cinq seulement ont reçu un nom.

Ces volcans plus petits sont souvent des volcans boucliers anonymes, comme ceux de Syria Planum,, mais certains de taille intermédiaire rappellent davantage les stratovolcans, qui résultent de l'accumulation de dépôts de laves mêlées de cendres volcaniques. Ce sont les tholi (pluriel latin de ), édifices de taille plus modeste que les volcans boucliers, aux pentes plus accusées, surtout près du cratère, ainsi que les paterae, qui se réduisent parfois à leur caldeira. Tous ces types de volcans sont présents dans les régions du renflement de Tharsis et d' Elysium Planitia, la tendance générale étant cependant d'observer les volcans boucliers plutôt dans la région de Tharsis tandis que les volcans d'Elysium s'apparentent davantage à des stratovolcans.

La discontinuité entre Phyllosien et Theiikien, qui coïnciderait plus ou moins avec les débuts de l'hypothétique " grand bombardement tardif " ( LHB en anglais), matérialiserait l'époque d'activité volcanique maximum, qui se prolongerait au Theiikien et au Sidérikien - et donc à l' Hespérien et à l' Amazonien - en disparaissant progressivement au fur et à mesure que la planète aurait perdu l'essentiel de son activité interne. Une corrélation entre le volcanisme de l'Hespérien et les impacts cosmiques du Noachien n'est d'ailleurs pas à exclure. Ce volcanisme aurait atteint son maximum à la suite des impacts cosmiques massifs à la fin de l' éon précédent, et chacune des cinq régions volcaniques de la planète jouxte directement un bassin d'impact :

le renflement de Tharsis, plus grande formation volcanique martienne, en bordure de l'hypothétique bassin boréal, plus grand bassin d'impact de la planète (et du Système solaire), le bouclier d'Alba Mons étant, de surcroît, situé exactement aux antipodes d'Hellas Planitia ;

la région d'Elysium Mons, en bordure d'Utopia Planitia et voisine des antipodes d'Argyre Planitia ;

Malea Planum, en bordure sud-ouest d'Hellas Planitia, et Hesperia Planum en bordure nord-est, cette dernière région étant également voisine des antipodes de Chryse Planitia ;

Syrtis Major Planum, en bordure d'Isidis Planitia.

La superficie et la masse de Mars étant respectivement 3,5 et 10 fois moindres que celles de la Terre, cette planète s'est refroidie plus rapidement que la nôtre et son activité interne s'est donc réduite également plus vite : alors que le volcanisme et, plus généralement, la tectonique ( orogenèse, séismes, tectonique des plaques, etc.) sont encore très actifs sur Terre, ils ne semblent plus être notables sur Mars, où aucune tectonique des plaques, même passée, n'a jamais pu être mise en évidence.

Le volcanisme martien paraît également avoir cessé d'être actif, bien que l'âge, semble-t-il très récent, de certaines coulées de lave suggère, pour certains volcans, une activité actuellement certes très réduite, mais peut-être pas rigoureusement nulle, d'autant que Mars, contrairement à la Lune, n'a pas fini de se refroidir, et que son intérieur, loin d'être entièrement figé, contient en réalité un noyau peut-être entièrement liquide,. D'une manière générale, l'analyse des données recueillies par Mars Express a conduit une équipe de planétologues de l' ESA dirigée par l'Allemand Gerhard Neukum à proposer une séquence en cinq épisodes volcaniques :

1 : épisode volcanique majeur de l'Hespérien il y a environ 3,5 milliards d'années ;

2 et 3 : regain de volcanisme il y a environ 1,5 milliard d'années, puis entre 800 et 400 millions d'années avant le présent ;

4 et 5 : épisodes volcaniques récents d'intensité rapidement décroissante il y a environ 200 et 100 millions d'années.

Ces datations reposent sur l'évaluation du taux de cratérisation des coulées de lave correspondantes, qui semble recoupée par les observations indirectes sur le moyen terme mais contredites par les observations directes à court terme déduites de la fréquence des impacts récents observés sur plus de dix ans par les sondes satellisées autour de Mars, la principale difficulté de ce type de datation étant d'évaluer les biais statistiques introduits par la différence notable d'ordres de grandeur entre les surfaces anciennes (âgées de plus 2 milliards d'années), qui représentent une fraction importante de la surface de Mars, et les surfaces les plus récentes (âgées de moins de 200 millions d'années), qui sont comparativement extrêmement réduites.

Par ailleurs, si la fréquence des impacts récents relevée par les sondes satellisées autour de Mars semble suggérer un taux de cratérisation plus élevé que celui habituellement retenu pour dater les formations martiennes (ce qui conduirait à devoir " rajeunir " toutes ces datations), il semblerait plutôt que, sur le long terme, ce taux de cratérisation ait au contraire été divisé par trois depuis 3 milliards d'années, ce qui tendrait à " vieillir " les datations martiennes, et ce d'autant plus qu'elles sont relatives à des phénomènes récents.

La minéralogie de la surface martienne n'a longtemps pu être approchée qu'à travers l'étude de quelques dizaines de météorites de Mars. Bien que peu nombreuses et restreintes à des époques géologiques limitées, ces météorites permettent d'évaluer l'importance des roches basaltiques sur Mars. Elles soulignent les différences de composition chimique entre Mars et la Terre et témoignent de la présence d'eau liquide à la surface de la planète il y a plus de quatre milliards d'années. Les " orbiteurs ", dont les spectromètres permettent de déterminer la nature des phases solides présentes en surface, et les atterrisseurs, qui peuvent analyser chimiquement la composition d'échantillons prélevés sur des rochers ou dans le sol, nous ont permis depuis d'affiner notre connaissance des minéraux martiens.

Sphérule d'hématite sur " El Capitan " vue par le rover Opportunity en dans Meridiani Planum.

Analyses in situ par les atterrisseurs

Dès les années 1970, les sondes et ont analysé le sol martien, révélant une nature qui pourrait correspondre à l'érosion de basaltes. Ces analyses ont montré une abondance élevée en silicium Si et en fer Fe, ainsi qu'en magnésium Mg, aluminium Al, soufre S, calcium Ca et titane Ti, avec des traces de strontium Sr, d' yttrium Y et peut-être de zirconium Zr. Le taux de soufre était près de deux fois supérieur, et celui de potassium cinq fois inférieur, à la moyenne de l' écorce terrestre. Le sol contenait également des composés de soufre et de chlore ressemblant aux dépôts d' évaporites, résultant sur Terre de l'évaporation de l' eau de mer. La concentration en soufre était plus élevée en surface qu'en profondeur. Les expériences destinées à déterminer la présence d'éventuels microorganismes dans le sol martien en mesurant la libération d' oxygène après adjonction de " nutriments " ont mesuré un dégagement de molécules O ₂ significatif, ce qui, en l'absence d'autres traces biologiques par ailleurs relevées, a été attribué à la présence d' ions superoxyde O ₂−,. Le spectromètre APXS de Mars Pathfinder a réalisé en automne 1997 un ensemble de mesures exprimées en pourcentage pondéral d'oxydes qui sont venues compléter ces résultats avec ceux d'une région différente de la surface de Mars.

La teinte rougeâtre de la planète provient avant tout de l' oxyde de fer(III) Fe ₂O ₃, omniprésent à sa surface. Cette hématite amorphe (l'hématite cristallisée, quant à elle, est de couleur grise) est très présente à la surface des roches ainsi que des grains de poussière transportés par les vents qui balayent continuellement la surface de la planète, mais ne semble pas pénétrer très profondément dans le sol, à en juger par les traces laissées depuis l'hiver 2004 par les roues des roots de Mars Exploration Rover, qui montrent que la couleur rouille est celle des couches de poussières, plus épaisses et recouvertes de poussières sombres pour Opportunity, tandis que les roches elles-mêmes sont nettement plus sombres.

Par ailleurs, le sol de Mars analysé in situ par la sonde Phoenix en automne 2008 s'est révélé être alcalin () et contenir de nombreux sels, avec une abondance élevée de potassium K⁺, de chlorures Cl −, de perchlorates ClO ₄− et de magnésium Mg ²⁺,. La présence de perchlorates, notamment, a été abondamment commentée, car a priori assez peu compatible avec la possibilité d'une vie martienne. Ces sels ont la particularité d'abaisser sensiblement la température de fusion de la glace d'eau et pourraient expliquer les " ravines " - gullies en anglais - régulièrement observées par les sondes en orbite autour de la planète, qui seraient ainsi les traces d'écoulements de saumures sur des terrains en pente.

En 2018, le mini-laboratoire SAM à bord du rover Curiosity détecte des composés organiques ( thiophéniques, aromatiques et aliphatiques) dans les sols du cratère Mojave et de Confidence Hills.

Nature des terrains martiens d'après le spectroscope TES de Mars Global Surveyor . L'hématite grise (cristallisée) apparaît en rouge ; cela a permis de sélectionner le site d'atterrissage du rover Opportunity dans Meridiani Planum.

Taux d'hématite grise dans le cratère Eagle vu par l'instrument Mini-TES du lander du rover Opportunity superposés à une vue panoramique du cratère. Les taches bleues au premier plan indiquent que les rebonds des airbags protecteurs sur le sol ont enlevé la poussière riche en hématite.

Des sondes américaines (notamment 2001 Mars Odyssey et Mars Reconnaissance Orbiter) et européenne (Mars Express) étudient globalement la planète depuis plusieurs années (respectivement 2002, 2006 et 2003), permettant d'élargir et d'affiner notre compréhension de sa nature et de son histoire. Si elles ont confirmé la prédominance des basaltes à la surface de la planète, ces sondes ont également recueilli quelques résultats inattendus.

Ainsi, la sonde Mars Express, de l' ESA, possède un instrument appelé OMEGA - " Observatoire pour la Minéralogie, l'Eau, les Glaces et l'Activité " - de réalisation essentiellement française, sous la responsabilité de Jean-Pierre Bibring, de l' IAS à Orsay, qui mesure le spectre infrarouge (dans les longueurs d'onde comprises entre 0,35 et 5,2 ) de la lumière solaire réfléchie par la surface martienne dans le but d'y déceler le spectre d'absorption des différents minéraux qui la composent. Cette expérience a pu confirmer l'abondance des roches ignées sur la surface de Mars, notamment des olivines et des pyroxènes, ces derniers ayant un taux de calcium plus bas dans les hautes terres cratérisées de l'hémisphère sud que dans le reste de la planète, où on le rencontre avec de l' olivine ; ainsi, les matériaux les plus anciens de l'écorce martienne se seraient formés à partir d'un manteau appauvri en aluminium et en calcium.

Olivines et pyroxènes sont les constituants principaux des péridotites, des roches plutoniques bien connues sur Terre pour être le principal constituant du manteau.

Une découverte déterminante dans la compréhension de l'histoire de Mars a été l'identification par OMEGA de phyllosilicates largement répandus dans les régions les plus anciennes de la planète, révélant l'interaction prolongée des roches ignées avec l'eau liquide. L'instrument CRISM - Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars - de la sonde Mars Reconnaissance Orbiter a permis de préciser la nature de ces minéraux.

OMEGA a également permis de détecter, en de nombreux endroits de la planète, des sulfates hydratés, tels que, par exemple, de la kiesérite MgSO ₄*H ₂O dans la région de Meridiani Planum, voire, dans la région de Valles Marineris, des sulfates encore davantage hydratés dont il n'a pas été possible d'identifier la nature minéralogique, ainsi que des dépôts de gypse CaSO ₄*2H ₂O sur de la kiesérite au fond d'un lac asséché, indiquant un changement de nature saline de ce plan d'eau au cours de son assèchement, passant du sulfate de magnésium au sulfate de calcium.

De vastes étendues de sulfate de calcium hydraté, vraisemblablement du gypse, ont également été détectées en bordure de la calotte polaire boréale. La présence de ces minéraux hydratés est une indication forte de la présence passée d'étendues d'eau liquide à la surface de Mars, une eau contenant notamment des sulfates de magnésium et de calcium dissous.

La sonde 2001 Mars Odyssey a détecté également la présence de chlorures dans les hautes terres de l'hémisphère sud, résultant de l'évaporation de plans d'eau salée ne dépassant pas 25 en divers endroits de ces terrains anciens remontant au Noachien voire, pour certains, au début de l' Hespérien.

L'un des résultats les plus étonnants de Mars Reconnaissance Orbiter provient de l'étude détaillée en 2008 de la région de Nili Fossae, identifiée début 2009 comme source d'importants dégagements de méthane. Le méthane a été détecté dès 2003 dans l' atmosphère de Mars, aussi bien par des sondes telles que Mars Express que depuis la Terre ; ces émissions de se concentreraient notamment en trois zones particulières de la région de Syrtis Major Planum. Or le méthane est instable dans l'atmosphère martienne, des études récentes suggérant même qu'il soit six cents fois moins stable qu'estimé initialement (on évaluait sa durée de vie moyenne à 300 ans) car le taux de méthane n'a pas le temps de s'uniformiser dans l'atmosphère et demeure concentré autour de ses zones d'émission, ce qui correspondrait à une durée de vie de quelques centaines de jours ; la source de méthane correspondante serait par ailleurs 600 fois plus puissante qu'estimé initialement, émettant ce gaz une soixantaine de jours par année martienne, à la fin de l'été de l'hémisphère nord.

Visualisation d'un dégagement de méthane dans l'atmosphère de Mars début 2009, pendant l'été de l'hémisphère nord martien.

Les analyses géologiques menées en 2008 par la sonde Mars Reconnaissance Orbiter dans la région de Nili Fossae ont révélé la présence d' argiles ferromagnésiennes (smectites), d' olivine (silicate ferromagnésien (Mg,Fe) ₂SiO ₄, détectée dès 2003) et de magnésite (carbonate de magnésium MgCO ₃), révélant la présence d'argiles riches en fer, en magnésium, en olivine et en carbonate de magnésium ainsi qu'en serpentine. La présence simultanée de ces minéraux permet d'expliquer assez simplement la formation de méthane, car, sur Terre, du méthane CH ₄ se forme en présence de carbonates - tels que le MgCO ₃ détecté en 2008 - et d'eau liquide lors du métamorphisme hydrothermal d' oxyde de fer(III) Fe ₂O ₃ ou d'olivine (Mg,Fe) ₂SiO ₄ en serpentine (Mg,Fe) ₃Si ₂O ₅(OH) ₄, particulièrement lorsque le taux de magnésium dans l'olivine n'est pas trop élevé et lorsque la pression partielle de dioxyde de carbone CO ₂ est insuffisante pour conduire à la formation de talc Mg ₃Si ₄O ₁₀(OH) ₂ mais aboutit au contraire à la formation de serpentine et de magnétite Fe ₃O ₄, comme dans la réaction :

L' olivine, découverte dans la région de Nili Fossae ainsi qu'en d'autres régions martiennes par le Thermal Emission Spectrometer (TES) de Mars Global Surveyor, est un minéral instable en milieu aqueux, donnant facilement d'autres minéraux tels que de l' iddingsite, de la goethite, de la serpentine, des chlorites, des smectites, de la maghémite et de l' hématite ; la présence d'olivine sur Mars indique donc des surfaces qui n'ont pas été exposées à l'eau liquide depuis la formation de ces minéraux, laquelle remonte à plusieurs milliards d'années, jusqu'au Noachien pour les terrains les plus anciens. Il s'agit donc d'une indication forte de l'aridité extrême du climat martien au cours de l' Amazonien, aridité qui avait, semble-t-il, déjà commencé, au moins localement, à la fin de l' Hespérien.

Par ailleurs, la découverte, par le rover martien Opportunity sur Meridiani Planum en 2004, de jarosite, un sulfate ferrique hydraté de sodium (sur Terre, le sodium y est remplacé par le potassium) de formule NaFe(III)₃(OH) ₆(SO ₄) ₂, a permis de préciser encore davantage l'enchainement des épisodes climatiques sur Mars. Ce minéral se forme en effet, sur Terre, par l'altération de roches volcaniques en milieu aqueux oxydant acide, de sorte que sa détection sur Mars implique l'existence d'une période de climat humide permettant l'existence d'eau liquide acide. Mais ce minéral est également assez rapidement dégradé par l'humidité, pour former des oxyhydroxydes ferriques tels que la goethite α-FeO(OH), qui a par ailleurs été retrouvée en d'autres endroits de la planète (notamment par le rover Spirit dans le cratère Gusev). Par conséquent, la formation de la jarosite en climat humide a dû être rapidement suivie jusqu'à nos jours d'un climat aride afin de préserver ce minéral, nouvelle indication que l'eau liquide avait cessé d'exister à l' Amazonien mais avait été présente aux époques antérieures de l'histoire de Mars.

Le , la Nasa annonce y avoir détecté des écoulements de " saumures de différentes compositions, faites de chlorate et perchlorate de magnésium et de perchlorate de sodium, mêlés à un peu d'eau. ". D'après les analyses, il y aurait de l'eau liquide ou glacée dans le sous-sol martien.

Le scénario qui suit se veut une synthèse plausible déduite des connaissances actuelles issues des différentes campagnes d'exploration de Mars depuis une quarantaine d'années et dont les résultats sont résumés dans l'article Géologie de Mars.

Comme les autres planètes du Système solaire, Mars se serait formée il y a environ 4,6 milliards d'années par accrétion gravitationnelle de planétésimaux résultant de la condensation de la nébuleuse solaire. Étant située en deçà de la limite des 4 du Soleil, au-delà de laquelle peuvent se condenser les composés volatils tels que l' eau H ₂O, le méthane CH ₄ ou encore l' ammoniac NH ₃, Mars s'est formée à partir de planétésimaux de nature essentiellement sidérophile (riches en fer) et lithophile (constitués de silicates), mais avec une teneur accrue en éléments chalcophiles, à commencer par le soufre qui semble bien plus abondant sur Mars que sur Terre, comme l'ont révélé des mesures réalisées par Mars Global Surveyor.

Cette teneur élevée en soufre aurait eu pour effet de favoriser la différenciation du globe martien, d'une part en abaissant la température de fusion des matériaux qui le constituent, et d'autre part en formant des sulfures de fer qui ont séparé chimiquement le fer des silicates et ont accéléré sa concentration au centre de la planète pour y former un noyau d'éléments sidérophiles, plus riche en éléments chalcophiles que le noyau terrestre ; l'étude des isotopes radiogéniques des météorites de Mars, et notamment du système /, a ainsi révélé que le noyau de Mars se serait formé en à peine 30 millions d'années, contre plus de 50 millions d'années pour la Terre. Ce taux d'éléments légers expliquerait à la fois pourquoi le noyau de Mars est encore liquide, et pourquoi les épanchements de lave les plus anciens identifiés à la surface de la planète semblent avoir été particulièrement fluides, jusqu'à s'écouler sur près d'un millier de kilomètres autour d' Alba Patera par exemple.

La nature des planétésimaux qui ont conduit à la formation de la planète a déterminé la nature de l' atmosphère primordiale de Mars, par dégazage progressif des matériaux en fusion dans la masse de la planète en cours de différenciation. En l'état actuel des connaissance, cette atmosphère devait être bien plus dense qu'aujourd'hui, essentiellement constituée de vapeur d'eau H ₂O ainsi que de dioxyde de carbone CO ₂, d' azote N ₂, de dioxyde de soufre SO ₂, et peut-être d'assez grandes quantités de méthane CH ₄.

Au début de son existence, Mars a certainement dû perdre, plus rapidement que la Terre, une fraction importante de la chaleur issue de l'énergie cinétique des planétésimaux qui se sont écrasés les uns sur les autres pour conduire à sa formation : sa masse est en effet 10 fois moindre que celle de la Terre, alors que sa surface est seulement 3,5 fois plus réduite, ce qui signifie que le rapport surface/masse de la planète rouge est près de trois fois plus élevé que celui de notre planète. Une croûte a donc certainement dû se solidifier à sa surface en une centaine de millions d'années, et il est possible que la dichotomie crustale observée aujourd'hui entre les hémisphères nord et sud remonte aux quelques centaines de millions d'années qui ont suivi la formation de la planète.

Une fois suffisamment refroidie, il y a environ 4,5 à 4,4 milliards d'années, la surface solide de la planète dut recevoir en pluie la vapeur d'eau atmosphérique condensée, qui réagit avec le fer contenu dans les minéraux chauffés pour l' oxyder en libérant de l' hydrogène H ₂, lequel, trop léger pour s'accumuler dans l'atmosphère, s'échappa dans l'espace. Ceci aurait conduit à une atmosphère primitive où ne subsistèrent plus que le , le et le comme constituants majoritaires de l'atmosphère martienne primitive, avec une pression atmosphérique totale alors plusieurs centaines de fois supérieure à ce qu'elle est aujourd'hui ; la pression standard actuelle au niveau de référence martien est, par définition, de 610 Pa.

Pendant l' époque géologique appelée qui prit fin il y a environ 3,7 à 3,5 milliards d'années, Mars semble avoir offert des conditions très différentes de celles d'aujourd'hui et assez similaires à celles de la Terre à cette époque, avec un champ magnétique global protégeant une atmosphère épaisse et peut-être tempérée permettant l'existence d'une hydrosphère centrée autour d'un océan boréal occupant l'actuelle étendue de Vastitas Borealis.

L'existence passée d'un champ magnétique global autour de Mars a été découverte à travers l'observation, réalisée dès 1998 par Mars Global Surveyor, d'un paléomagnétisme au-dessus des terrains les plus anciens de l'hémisphère sud, notamment dans la région de Terra Cimmeria et Terra Sirenum. La magnétosphère produite par ce champ magnétique global devait agir, comme la magnétosphère terrestre de nos jours, en protégeant l' atmosphère de Mars de l' érosion par le vent solaire, qui tend à éjecter dans l'espace les atomes de la haute atmosphère en leur transférant l'énergie nécessaire pour atteindre la vitesse de libération.

Un effet de serre aurait été à l'œuvre pour tempérer l'atmosphère martienne, qui sinon aurait été plus froide qu'aujourd'hui en raison du plus faible rayonnement émis par le Soleil, alors encore jeune et en voie de stabilisation. Les simulations montrent qu'une pression partielle de 150 kPa de CO ₂ aurait permis d'avoir une température moyenne au sol égale à celle d'aujourd'hui, soit 210 (un peu moins de −60 °C). Un renforcement de cet effet de serre au-delà de cette température aurait pu provenir de plusieurs facteurs complémentaires :

la condensation du CO₂ en nuages réfléchissants dans le domaine de l'infrarouge aurait contribué à renvoyer au sol le rayonnement thermique qu'il émet, de façon encore plus efficace que ne le font les nuages terrestres, constitués d'eau,

la présence en haute altitude de SO₂ très absorbant dans le domaine de l'ultraviolet aurait contribué à réchauffer la haute atmosphère, comme le fait la couche d'ozone sur Terre par un mécanisme similaire,

le rôle de l'eau et du méthane (le CH₄ engendre un effet de serre vingt fois plus puissant que celui du CO₂) n'est peut-être pas non plus à négliger.

Évolution proposée de l'hydrosphère martienne.

Nous savons que l' eau liquide était alors abondante sur Mars car l'étude minéralogique de la surface de la planète a révélé la présence significative de phyllosilicates dans les terrains remontant à cette époque,,. Or les phyllosilicates sont de bons indicateurs de l'altération de roches ignées en milieu humide. L'abondance de ces minéraux dans les sols antérieurs à environ 4,2 milliards d'années a conduit l'équipe de planétologues de l' ESA responsable de l'instrument OMEGA et dirigée par Jean-Pierre Bibring à proposer la dénomination de Phyllosien pour l' éon stratigraphique correspondant : c'est l'époque semble-t-il la plus humide qu'ait connu la planète Mars.

Des études plus fines réalisées in situ par les deux Mars Exploration Rovers, Spirit et Opportunity, respectivement dans le cratère Gusev, au sud d' Apollinaris Patera, et sur Meridiani Planum, suggèrent même l'existence passée d'une hydrosphère suffisamment importante pour avoir pu homogénéiser le taux de phosphore des minéraux analysés sur ces deux sites situés de part et d'autre de la planète. Une approche différente, fondée sur la cartographie de l'abondance du thorium, du potassium et du chlore à la surface de Mars par le spectromètre gamma (GRS) de la sonde Mars Odyssey, aboutit au même résultat.

Par ailleurs, l'étude détaillée des traces laissées dans le paysage martien par de supposés cours d'eau et étendues liquides a conduit à proposer l'existence d'un véritable océan couvrant près du tiers de la surface de la planète au niveau de l'actuel Vastitas Borealis. Dans un article de 1991 devenu classique, Baker et al. allaient jusqu'à identifier certaines structures aux traces d'un ancien rivage. Les lignes côtières ainsi identifiées se trouvaient de surcroît correspondre aux courbes d'altitude constante corrigées des déformations ultérieures déduites du volcanisme et d'estimations quant au changement d'axe de rotation de la planète. Ces projections, parfois assez hardies, n'ont cependant pas convaincu tout le monde, et d'autres théories ont également été proposées pour rendre compte de ces observations, notamment en se fondant sur la possible origine volcanique des structures ainsi interprétées.

L'idée d'un océan boréal au cœur d'une hydrosphère étendue demeure néanmoins toujours aussi séduisante, et de nombreuses équipes travaillent à analyser, avec des outils toujours plus performants, les données topographiques continuellement enrichies des informations recueillies par les sondes actuellement en fonctionnement autour de Mars, dans l'espoir d'établir la distribution géographique de l'hydrosphère martienne au Noachien.

Dans le même ordre d'idées, l'existence du lac Eridania au cœur des hautes terres de Terra Cimmeria a été suggérée pour expliquer notamment la genèse de Ma'adim Vallis à partir de l'observation de certaines formations topographiques interprétées comme d'anciens rivages fossilisés,.

Les conditions martiennes du Noachien auraient peut-être pu permettre l'émergence de formes de vie sur Mars comme cela s'est passé sur Terre : outre la présence d'eau liquide et l' effet de serre qui aurait pu maintenir une température suffisamment élevée, l'abondance des argiles permet d'envisager des scénarios d'apparition de la vie élaborés dans le cadre de certaines des (nombreuses) théories d' abiogenèse, tandis que d'autres théories (par exemple celle conçue à la fin du par Günter Wächtershäuser,,,) envisagent l'abiogenèse terrestre dans des sources hydrothermales riches en sulfure de fer(II) FeS, un environnement également susceptible d'avoir existé sur Mars au Noachien. Ces conditions seraient cependant rapidement devenues nettement moins favorables à l'éon suivant, l' Hespérien, qui aurait débuté au plus tard il y a 3,5 milliards d'années : dominé par la chimie du soufre, il s'est certainement traduit par un abaissement significatif du pH de l' eau martienne sous l'effet de pluies d' acide sulfurique H ₂SO ₄, qui auraient eu accessoirement pour conséquence de permettre l'existence d'eau liquide à des températures sensiblement inférieures à 0 °C.

Or les plus anciennes traces de " vie " détectées sur notre planète ne remontent pas au-delà de 3,85 milliards d'années pour la plus reculée de toutes les dates publiées (autour de la limite conventionnelle entre l' Hadéen et l' Archéen), soit 700 millions d'années après la formation de la Terre, c'est-à-dire presque autant que la durée totale du premier éon martien dans l'hypothèse la plus favorable, comme le rappelle la chronologie ci-dessous des éons terrestres comparée à l'échelle de Hartmann standard et à l' échelle de Hartmann & Neukum :

Dans ces conditions, si un processus d' abiogenèse avait pu aboutir sur Mars au Noachien, il aurait conduit à des formes de vie qui auraient eu très peu de temps pour évoluer avant les bouleversements de l' Hespérien, à une époque - autour de 4 à 3,8 milliards d'années avant le présent - marquée par les impacts d' astéroïdes du grand bombardement tardif.

À titre de comparaison, la photosynthèse ne serait pas apparue sur Terre avant 3 milliards d'années, voire seulement 2,8 milliards d'années,, tandis que les plus anciennes cellules eucaryotes ne remonteraient pas au-delà de 2,1 milliards d'années, et la reproduction sexuée ne daterait pas de plus de 1,2 milliard d'années.

Alors que le Phyllosien semble avoir été plutôt dépourvu d'activité volcanique, l'analyse détaillée des données recueillies par l'instrument OMEGA de Mars Express, conçu pour l'analyse minéralogique de la surface martienne, a conduit à identifier, à la fin de cet éon, une période de transition, s'étendant d'environ 4,2 à 4,0 milliards d'années avant le présent, marquée par l'apparition d'une activité volcanique significative alors que la planète connaissait vraisemblablement encore des conditions tempérées et humides sous une atmosphère plutôt épaisse.

De surcroît, l'exploration par des sondes de la surface des planètes telluriques - à commencer par la Lune - à la fin du a conduit à postuler un épisode dit de " grand bombardement tardif " (appelé Late Heavy Bombardment par les Anglo-saxons) s'étendant sur une période datée approximativement de 4,0 à 3,8 milliards d'années avant le présent, à plus ou moins 50 millions d'années près. C'est au cours de cet épisode que se seraient formés les grands bassins d'impact aujourd'hui visibles sur Mars, tels qu' Hellas, Argyre ou encore Utopia.

Survenu à la fois sur Terre et sur Mars, ce cataclysme serait peut-être également à l'origine de la différence de concentration en oxyde de fer (plus du simple au double) observée entre le manteau de la Terre et celui de Mars. Les impacts cosmiques auraient en effet liquéfié le manteau terrestre sur peut-être 1 200 à 2 000 km d'épaisseur, portant la température de ce matériau jusqu'à 3 200 °C, température suffisante pour réduire le FeO en fer et en oxygène. Le noyau terrestre aurait ainsi connu un apport supplémentaire en fer issu de la réduction du manteau à l'issue de ce bombardement météoritique, ce qui expliquerait la teneur pondérale résiduelle d'environ 8 % de FeO dans le manteau terrestre. Sur Mars, au contraire, la température du manteau fondu n'aurait jamais dépassé 2 200 °C, température insuffisante pour réduire l' oxyde de fer(II) et laissant donc inchangée la teneur en FeO du manteau martien à environ 18 %. Cela expliquerait pourquoi Mars est aujourd'hui extérieurement plus de deux fois plus riche en oxydes de fer que la Terre alors que ces deux planètes sont supposées avoir été originellement similaires.

À l'issue de ces impacts géants, les conditions à la surface de la planète ont vraisemblablement été sensiblement altérées. En premier lieu, Mars aurait perdu une fraction importante de son atmosphère, dispersée dans l'espace sous l'effet de ces collisions. Le climat général de la planète aurait été bouleversé par les poussières et les gaz injectés dans l'atmosphère lors de ces collisions, ainsi que par un possible changement d' obliquité lors de tels impacts. Mais il est également possible que l' énergie cinétique des impacteurs, en injectant de l'énergie thermique dans le manteau martien, ait modifié le gradient thermique dont on suppose qu'il entretient, dans le noyau planétaire, les mouvements de convection à l'origine de l' effet dynamo engendrant le champ magnétique global, ce qui aurait fait disparaître la magnétosphère martienne dès la fin du Noachien.

Les impacts à l'origine des grands bassins martiens ont peut-être initié le plus grand épisode volcanique de l'histoire de la planète, définissant l'époque qu'on appelle l' Hespérien. Celle-ci est caractérisée, d'un point de vue pétrologique, par l'abondance des minéraux contenant du soufre, et notamment de sulfates hydratés tels que la kiesérite MgSO ₄*H ₂O et le gypse CaSO ₄*2H ₂ O.

Les principales formations volcaniques martiennes seraient apparues à l'Hespérien, peut-être même, pour certaines, dès la fin du Noachien ; c'est notamment le cas des plaines de laves telles que Malea Planum, Hesperia Planum et Syrtis Major Planum. Alba Mons aurait peut-être également commencé son activité à ce moment, à la suite de l'impact à l'origine du bassin d' Hellas Planitia situé aux antipodes. Le renflement de Tharsis et les volcans d' Elysium Planitia, en revanche, remonteraient au milieu de l' Hespérien, aux alentours de 3,5 milliards d'années avant le présent, date qui correspondrait à la période d'activité volcanique maximum sur la planète rouge ; Alba Mons aurait ainsi connu sa plus grande activité dans la seconde moitié de l'Hespérien jusqu'au début de l' Amazonien.

Ce volcanisme aurait libéré dans l' atmosphère de Mars de grandes quantités de dioxyde de soufre SO ₂ qui, en réagissant avec l'eau dans les nuages, aurait formé du trioxyde de soufre SO ₃ donnant, en solution dans l'eau, de l' acide sulfurique H ₂SO ₄. Cette réaction aurait sans doute été favorisée sur Mars par la photolyse à haute altitude des molécules d' eau, sous l'action du rayonnement ultraviolet du Soleil, qui libère notamment des radicaux hydroxyle HO * et produit du peroxyde d'hydrogène H ₂O ₂, un oxydant. La comparaison avec l' atmosphère de Vénus, qui possède des nuages d' acide sulfurique dans une atmosphère de dioxyde de carbone, souligne également le rôle de la dissociation photochimique du dioxyde de carbone (CO ₂) par les ultraviolets de moins de 169 pour initier l' oxydation du dioxyde de soufre :

L'eau martienne aurait donc été chargée d'acide sulfurique à l' Hespérien, ce qui aurait à la fois pour conséquence d'abaisser sensiblement son point de congélation - l' eutectique du mélange H ₂SO ₄*2H ₂O - H ₂SO ₄*3H ₂O gèle ainsi un peu en dessous de −20 °C, et celui du mélange H ₂SO ₄*6,5H ₂O - H ₂O gèle autour de 210 , température légèrement inférieure à −60 °C, qui est la température moyenne actuelle sur Mars - et de conduire à la formation de sulfates plutôt que de carbonates. Ainsi s'expliquerait pourquoi, alors que Mars possédait a priori une atmosphère de CO ₂ et de grandes étendues d'eau liquide, on n'y trouve quasiment pas de carbonates, alors que les sulfates semblent, au contraire, particulièrement abondants, : la formations des carbonates est inhibée par l' acidité - que la présence de sulfates laisse supposer (la sidérite FeCO ₃, a priori le carbonate le moins soluble, ne précipite qu'à pH supérieur à 5) - et la libération continue de par l'activité volcanique à l' Hespérien aurait déplacé le des carbonates qui auraient pu s'être formés au Noachien pour les remplacer par des sulfates, comme cela se produit par exemple à pH faible avec le magnésium :

La chronostratigraphie minéralogique proposée par l'équipe de planétologues responsable de l'instrument OMEGA de la sonde Mars Express fait correspondre, à l'Hespérien, l' éon stratigraphique appelé " Theiikien ", terme forgé via l'anglais à partir du grec ancien τὸ θεΐον signifiant " soufre " - la racine exacte serait plutôt l'adjectif *θειικον dans le sens de " sulfurique ". Cet éon serait cependant daté de 4,0 à 3,6 milliards d'années avant le présent, c'est-à-dire avec un décalage de 300 à 400 millions d'années vers le passé par rapport à l' échelle de Hartmann & Neukum.

Une fois passé l'épisode volcanique majeur de l' Hespérien, Mars aurait progressivement vu son activité interne se réduire jusqu'à nos jours, où elle semble être devenue imperceptible, voire peut-être nulle. En effet, plusieurs épisodes volcaniques, d'intensité décroissante, auraient eu lieu au cours de l' Amazonien, notamment au niveau d' Olympus Mons, et certaines éruptions se seraient même produites il y a seulement 2 millions d'années, mais cette activité demeure épisodique et, en tout état de cause, insignifiante comparée par exemple au volcanisme existant actuellement sur Terre.

Parallèlement, l' atmosphère de Mars aurait subi une érosion continue depuis le début de l'Hespérien sous l'effet du vent solaire à la suite de la disparition de la magnétosphère, sans doute dès la fin du Noachien. Une telle érosion, même modérée, mais continue sur plusieurs milliards d'années, aurait sans difficulté dispersé dans l'espace l'essentiel de ce qu'il restait d'enveloppe gazeuse à la surface de Mars après le grand bombardement tardif. Il s'est ensuivi la disparition progressive de l' effet de serre dû au Dioxyde de carbone CO ₂ martien, d'où la baisse continue de la température et de la pression atmosphérique de la planète à partir de l'Hespérien et tout au long de l'Amazonien.

La présence d'eau liquide sur Mars a donc progressivement cessé d'être continue pour ne plus être qu'éparse et épisodique. Les conditions martiennes actuelles permettent en effet l'existence d'eau liquide dans les régions les plus basses de la planète dans la mesure où cette eau est chargée de chlorures et/ou d' acide sulfurique, ce qui semble précisément être le cas sur Mars compte tenu du résultat des analyses effectuées in situ par les sondes qui ont étudié chimiquement le sol de la planète rouge. Des précipitations significatives semblent également avoir eu lieu jusqu'au milieu de l'Amazonien, à en juger par les arêtes sinueuses identifiées par exemple à l'est d' Aeolis Mensae. Mais, au cours de l'Hespérien et de l'Amazonien, les conditions martiennes globales sont passées d'une atmosphère épaisse, humide et tempérée à une atmosphère ténue, aride et froide.

Ces conditions particulières, exposant, pendant des milliards d'années, les minéraux de la surface martienne à une atmosphère sèche chargée d' ions oxydants, ont favorisé l'oxydation anhydre du fer sous forme d' oxyde de fer(III) Fe ₂O ₃ (hématite) amorphe, à l'origine de la couleur rouille caractéristique de la planète. Cette oxydation demeure néanmoins limitée à la surface, les matériaux situés immédiatement en dessous étant la plupart du temps demeurés dans leur état antérieur, avec une couleur plus sombre. Cette prédominance des oxydes ferriques est à l'origine du terme sidérikien désignant l' éon stratigraphique correspondant, forgé par les planétologues responsables de l'instrument OMEGA de la sonde Mars Express à l' ESA, à partir du grec ancien ὁ σίδηρος signifiant " fer " - la racine exacte serait plutôt l'adjectif *σιδηρικος dans le sens de " ferrique " - et qui débuterait dès 3,6 milliards d'années avant le présent.

La transition entre Hespérien et Amazonien aurait été assez progressive, ce qui explique l'extrême variabilité des dates définissant la limite entre ces deux époques : 3,2 milliards d'années avant le présent selon l' échelle de Hartmann & Neukum, mais seulement 1,8 milliard d'années selon l'échelle standard de Hartmann.

Eau sur Mars

De l'abondance d'eau liquide du Noachien, il ne reste plus, aujourd'hui, que des traces dans l'atmosphère de Mars et, sans doute, d'importantes quantités d'eau gelée dans le sol et les calottes polaires de Mars, sous forme de pergélisol, voire de mollisol. En 2005, la sonde Mars Express a détecté, à proximité du pôle nord, un lac de glace d'eau dans un cratère. En 2007, le radar MARSIS de Mars Express a mis en évidence de grandes quantités de glace d'eau enfouies dans les terrains qui bordent la calotte résiduelle australe. Ainsi, le volume de glace d'eau contenue dans le pôle sud est estimé à 1,6 million de kilomètres cubes, soit approximativement le volume de glace d'eau de la calotte résiduelle boréale.

La présence d'eau dans le sous-sol a également été détectée à mi-distance entre l'équateur et le pôle nord. Ainsi, en 2009, la sonde Mars Reconnaissance Orbiter a révélé que des cratères d'impact récemment formés contenaient de la glace pure à 99 %.

La présence durable d'eau liquide à la surface de Mars est considérée comme improbable. En effet, compte tenu de la pression et de la température à la surface de Mars, l'eau ne peut exister à l'état liquide et passe directement de l'état solide à l'état gazeux par sublimation. Cependant, de récents éléments suggèreraient la présence temporaire d'eau liquide dans des conditions particulières. Expérimentalement, des écoulements d'eau et de saumure à basse pression ont été réalisés pour étudier leurs répercussions sur la surface,.

En 2004, l'équipe scientifique de THEMIS, l'instrument de Mars Odyssey prévu pour détecter la présence d'eau passée sur Mars, a découvert sur une des images de la sonde une " structure qui ressemble à un lac située au centre du cratère ".

De très brèves coulées pourraient encore avoir lieu. Ainsi, Michael Malin et Kenneth Edgett (et coauteurs), chercheurs de la Nasa, ont annoncé en avoir désormais la preuve d'écoulements granulaires épisodiques actifs. L'analyse d'images haute résolution MOC prises par la sonde Mars Global Surveyor a révélé la présence de nouvelles ravines (gullies ) dont la mise en place pourrait être liée à des écoulements de boue ou de débris,. Mais des analyses ultérieures ont montré que ces observations pouvaient tout aussi bien être expliquées par des écoulements secs. L'analyse de ces écoulements avec les données HiRISE montrent qu'ils sont saisonniers et qu'ils se produisent à la fin de l'hiver ainsi qu'au début du printemps.

Au niveau du bassin d'impact d'Hellas Planitia, la différence d'altitude entre le rebord et le fond est d'environ 9 km. La profondeur du cratère (7 152 mètres sous le niveau topographique de référence) explique la pression atmosphérique en contrebas : 1 155 Pa (soit 11,55 mbar ou encore 0,01 atm). C'est 89 % plus élevé que la pression au niveau zéro (610 Pa, soit 6,1 mbar) et au-dessus du point triple de l'eau, suggérant que la phase liquide serait éphémère (évaporation à mesure de la fusion de la glace) si la température dépasse 273,16 K (0,01 °C) dans le cas de l'eau pure. Une température inférieure serait néanmoins suffisante pour de l'eau salée, ce qui serait justement le cas de l'eau martienne - de l'eau liquide existe sur Terre jusqu'à des températures très basses, par exemple dans le très salé lac Don Juan, en Antarctique, et certaines saumures demeurent liquides à des températures encore plus basses, de même que certaines solutions d'acide sulfurique.

Traces d'écoulements observées par l'instrument HiRISE de la sonde MRO le par 41,6° S et 202,3° E sur les bords du cratère Newton.

Des traces saisonnières d'écoulements ont également été identifiées au printemps 2011 par l'instrument HiRISE de la sonde Mars Reconnaissance Orbiter en plusieurs points de la surface martienne sous forme de traces sombres qui s'allongent et s'élargissent sur des pentes exposées au soleil, notamment sur les bords du cratère Newton. Ces formations assez sombres, larges de 0,5 à 5 mètres, se forment préférentiellement face à l'équateur sur des pentes inclinées de 25° à 40° entre 48° S et 32° S, avec une longueur maximale à la fin de l'été et au début de l'automne local, alors que la température de surface se situe entre 250 et 300 K.

Les variations d'éclat, la distribution en latitude et la saisonnalité de ces manifestations suggèrent qu'elles soient provoquées par une substance volatile, mais celle-ci n'a pas été directement détectée. Elles se trouvent en des points trop chauds de la surface martienne pour qu'il puisse s'agir de dioxyde de carbone gelé, et généralement trop froids pour qu'il puisse également s'agir d'eau pure gelée. Ces observations plaident donc également en faveur de saumures, qui semblent se former ponctuellement de temps en temps à la surface de la planète,. Le la NASA annonce que des analyses des images en provenance de la sonde Mars Reconnaissance Orbiter confirmeraient la présence de liquide sur Mars sous forme de sels hydratés,.

En , à la suite de l'exploration menée par le robot Curiosity , la NASA annonce qu'un grand lac aurait rempli le cratère Gale alimenté par des rivières pendant des millions d'années,.

Une étude publiée en a montré que les écoulements seraient finalement secs. En effet, les quantités d'eau nécessaires pour expliquer ces sources d'eau chaque année ne sont pas suffisantes dans l'atmosphère. La source souterraine est aussi très improbable car les écoulements sombres ( Recurring Slope Lineae , RSL) se forment parfois sur des sommets. La nouvelle hypothèse propose l'effet de pompe de Knudsen comme déclencheur des écoulements, qui seraient donc totalement secs.

Le , la sonde spatiale Mars Express lancée par l' Agence spatiale européenne détecte au niveau de la calotte polaire australe la présence d'un lac souterrain d'eau liquide de 20 km de large, à 1,5 km sous la surface de Mars. Bien qu'à une température inférieure au point de congélation de l'eau pure, ce lac serait liquide en raison de sa forte concentration en sels et minéraux martiens.

Satellites naturels

Cratère Stickney, de 9 km de diamètre, vu par l'instrument HiRISE de Mars Reconnaissance Orbiter à 6 000 km de Phobos le , le cratère Limtoc étant visible à l'intérieur et les sillons parallèles au premier plan ; agrandissement de l'image ci-dessous.

Mars possède deux petits satellites naturels, Phobos et Déimos, ressemblant à des astéroïdes de type chondrite carbonée ou de type D, dont l'origine demeure incertaine avec plusieurs hypothèses soulevées :

Il pourrait s'agir d'astéroïdes incidents capturés par Mars, mais la difficulté de ce scénario est d'expliquer comment, dans ce cas, ces deux satellites ont pu acquérir leurs orbites actuelles, circulaires et peu inclinées - à peine 1° - par rapport à l'équateur martien : ceci impliquerait des mécanismes de freinage atmosphérique et de régularisation par effets de marée, scénarios qui présentent des difficultés par rapport à l'insuffisance de l'atmosphère de Mars pour réaliser un tel freinage dans le cas de Phobos, et à l'insuffisance du temps requis pour circulariser l'orbite de Déimos. Néanmoins, ce mécanisme de capture aurait pu être grandement facilité dans le cas d'astéroïdes doubles dont l'une des composantes aurait été éjectée tandis que l'autre se satellisait autour de la planète rouge.

Les deux satellites de Mars pourraient également s'être formés en même temps que leur planète mère, la difficulté étant dans ce cas d'expliquer la différence de composition entre Mars d'une part et ses deux satellites d'autre part.

Enfin, une troisième hypothèse propose que Phobos et Deimos soient deux corps agglomérés à partir des résidus satellisés à la suite d'un ou plusieurs impacts majeurs de planétésimaux peu après la formation de Mars, scénario rejoignant l'hypothèse " Théia " expliquant la formation de la Lune par un mécanisme similaire intervenu sur la proto-Terre.

Le satellite Phobos de Mars vu le à 6 800 km de distance par l'instrument HiRISE de la sonde MRO. Les sillons sont bien visibles. La résolution de cette image permet d'y percevoir des détails de 20 m.

Phobos, le satellite naturel de Mars le plus proche de sa planète, est une masse irrégulière de 27 × 22 × 18 km qui orbite à moins de 6 000 km d'altitude, au point de n'être pas visible depuis les régions polaires de la surface martienne, au-delà de 70,4° de latitude nord ou sud, où il est masqué par la courbure de la planète. La sonde Mars Global Surveyor a révélé que sa surface, très cratérisée, est recouverte d'un régolithe épais d'une centaine de mètres provenant sans doute des myriades d'impacts survenus à la surface de cet objet. Sa masse volumique moyenne est moitié moindre que celle de Mars, à un peu moins de 1 890 kg/m ³, suggérant une nature poreuse résultant d'une structure en blocs agglomérés dont la cohésion globale serait assez faible. Il s'agirait d'un astéroïde de type D, c'est-à-dire constitué de matériaux où dominent les silicates anhydres avec une proportion notable de carbone, de composés organiques ainsi que, peut-être, de glace d'eau. Il aurait une composition proche d'une chondrite carbonée, expliquant son albédo d'à peine 0,071. La nature minéralogique de la surface examinée par le spectromètre infrarouge ISM de la sonde Phobos 2 semble correspondre à de l' olivine avec localement des concentrations d' orthopyroxène. La présence d'eau en surface du satellite a clairement été écartée par plusieurs études, mais ne demeure pas exclue en profondeur.

L'un des traits caractéristiques de Phobos est la présence de sillons parallèles d'au plus 30 m de profondeur, 200 m de large et 20 km de long, qui semblent envelopper le satellite radialement autour du cratère Stickney, et qui pourraient être les traces de débris projetés dans l'espace lors d' impacts sur Mars qui auraient été balayés en orbite par Phobos : les sillons semblent en réalité " s'écouler " sur la surface du satellite à partir de son point " avant " - dans le sens de sa révolution synchrone autour de Mars - davantage qu'à partir du cratère Stickney lui-même, situé à proximité du point avant. Ces sillons sont plus précisément des catenae, qui résultent de chaînes de cratères alignés.

Orbitant à l'intérieur de l' orbite synchrone de Mars, située à 17 000 km d'altitude, Phobos est ralenti par les forces de marée exercées par le globe martien, ce qui lui fait perdre de l'altitude à raison d'environ 18 cm par an : à cette vitesse, il atteindra sa limite de Roche dans environ 11 millions d'années et se désagrégera à environ 4 000 km d'altitude au-dessus de la surface martienne où il devrait progressivement former un anneau.

Vue de Déimos par l'instrument HiRISE de la sonde MRO le montrant des détails de 60 m.

Le second satellite de Mars, Déimos, est encore plus petit que le premier, avec des dimensions de 15 × 12,2 × 10,4 km. Il orbite à un peu plus de 23 000 km d'altitude, sur une orbite quasiment circulaire inclinée de moins d'un degré par rapport à l'équateur martien. Il semble être de même nature que Phobos - astéroïde de type D de composition proche d'une chondrite carbonée - mais sa surface, a priori tout aussi cratérisée que celle de Phobos, serait nettement plus adoucie par une couche de régolithe suffisamment épaisse pour combler la plupart des cratères. La masse volumique de ce régolithe a été estimée au radar à environ 1 100 kg/m ³, celle du satellite dans son ensemble étant de l'ordre de 1 470 kg/m ³.

Les vues prises par Mars Reconnaissance Orbiter ont montré une surface de couleur variable selon les régions, le régolithe ayant une teinte rouge sombre plus prononcée que les surfaces semble-t-il plus récentes, situées autour de certains cratères et sur le bord des arêtes. Les catenae formant les sillons caractéristiques de la surface de Phobos n'ont pas été observées sur Déimos.

Les deux satellites ont été découverts lors de l' opposition d' par Asaph Hall à l'aide d'un télescope de 26 pouces depuis l' observatoire naval des États-Unis de Washington,.

Ils ont été originellement nommés Phobus et Deimus d'après une suggestion d'Henry Madan professeur au collège d'Eton d'après la ligne 119 du chant XV de l'Iliade :

" Il parla ainsi, et il ordonna à la Terreur et à la Crainte d'atteler ses chevaux, et il se couvrit de son armure splendide. "

Dans la mythologie grecque, Phobos et Déimos sont les fils du dieu Arès, en grec ancien Φόϐος / Phóbos signifie " peur " et Δεῖμος / Deĩmos " terreur ". Cette dénomination est un jeu de mots sur la polysémie du mot satellite qui peut désigner à la fois un astre (les satellites de la planète) ou bien une personne, un garde du corps (les satellites du dieu).

Actuellement sont connus quatre troyens dans le sillage de Mars. Le premier, découvert en 1990, et le plus connu d'entre eux, est (5261) Eurêka, situé au point de Lagrange L ₅. Les trois autres sont 1998 VF31 (au point L ₄), 1999 UJ7 (au point L ₅), et 2007 NS2 (au point L ₅).

Mars possède aussi un astéroïde coorbital : (26677) 2001 EJ18.

Six autres astéroïdes sont également étroitement liés à Mars, mais ne semblent pas en être des troyens : 2001 FR127, 2001 FG24, 2001 DH47, 1999 ND43, 1998 QH56 et 1998 SD4.

est un astéroïde géocroiseur et aréocroiseur de 50 m de long découvert le par Andrea Boattini, du Catalina Sky Survey. Selon le Near Earth Object Program de la NASA, il avait une chance sur 10 000 (soit 0,01 %) d'impacter Mars le , impact qui ne s'est finalement pas produit.

Mars faisant partie des cinq planètes visibles à l'œil nu (avec Mercure, Vénus, Jupiter, et Saturne), elle est observée depuis que les hommes regardent le ciel nocturne. Lors de ses oppositions, elle est la planète la plus brillante après Vénus (sa magnitude apparente peut alors atteindre -2,9, le reste du temps, la deuxième planète la plus brillante est Jupiter).

La couleur rouge caractéristique de Mars lui valut dans l' Antiquité le rapprochement avec le dieu grec de la guerre puis avec son équivalent romain , le rouge évoquant le sang des champs de bataille.

Les Babyloniens la nommaient Nirgal ou , le dieu de la mort, des destructions et du feu.

Les Égyptiens la nommaient " Horus rouge " ( ḥr Dšr, Hor-desher) et connaissaient son " déplacement à reculons " (actuellement connu sous le nom de mouvement rétrograde).

Dans la mythologie hindoue, Mars est nommée (मंगल) du nom du dieu de la guerre. Dans le quadrangle de Memnonia, Mangala Valles est nommé en son honneur.

En hébreu, elle est nommée Ma'adim (מאדים) : " Celui qui rougit "). Ma'adim Vallis reprend ce vocable.

Mars est encore connue de nos jours sous le nom de " Planète rouge ".

Des observations de l' astronomie pré-télescopique, il reste peu de documents, et ceux-ci sont teintés de religion ou d'astrologie (comme le zodiaque de Dendérah en Haute-Égypte). De plus, les observations à l'œil nu ne permettent pas d'observer la planète elle-même mais plutôt sa trajectoire dans le ciel.

Description de Johannes Kepler des mouvements géocentriques de Mars, Astronomia nova (1609).

En 1600 à Prague, Johannes Kepler devient l'assistant de Tycho Brahe (mort en 1601) pour lequel il doit calculer l'orbite précise de Mars. Il met six ans à faire le calcul et découvre que les orbites des planètes sont des ellipses et non des cercles. C'est la première loi de Kepler qu'il publie en 1609 dans son ouvrage Astronomia nova.

La croyance en l'existence des canaux martiens dura de la fin du siècle au début du siècle et marqua l'imagination populaire, contribuant au mythe de l'existence d'une vie intelligente sur la quatrième planète du Système solaire. Leur observation, qui n'a jamais fait l'unanimité, provenait d'une illusion d'optique, phénomène fréquent dans les conditions d'observation de l'époque ( paréidolie).

Au siècle, l'utilisation de grands télescopes permit d'obtenir les cartes les plus précises avant l'envoi des sondes. À l' observatoire de Meudon, les observations d' Eugène Antoniadi en 1909 aboutirent à la publication de La planète Mars en 1930. À l' Observatoire du Pic du Midi, des observations furent effectuées par Bernard Lyot, Henri Camichel, Audouin Dollfus, et Jean-Henri Focas.

L'exploration de Mars se fait à l'aide de sondes spatiales, notamment de satellites artificiels et d' astromobiles, ou .

Elle tient une place importante dans les programmes d'exploration spatiale de la Russie (et avant elle par l' URSS), des États-Unis, de l' Union européenne, et du Japon, et commence à se matérialiser dans le programme spatial de la république populaire de Chine. Une quarantaine de sondes orbitales et d'atterrisseurs ont été lancés vers Mars depuis les années 1960.

N.B. : les dates ci-dessous sont celles du lancement et de la fin des missions ; la date intermédiaire est celle de l'insertion d'un satellite en orbite martienne () ou de l'atterrissage d'un atterrisseur ().

Sondes russes :

Mars 96

Phobos-Grunt était une mission portée par la Russie dont le lancement a eu lieu le mais sans pouvoir placer la sonde sur son orbite de transit vers Mars, de sorte que l'engin s'est écrasé sur Terre le dans le Pacifique sud. L'objectif était de rapporter des échantillons du sol de Phobos.

était une mission chinoise consistant en un petit module devant être placé en orbite martienne par le vaisseau russe Phobos-Grunt pour y étudier l'environnement immédiat de la planète rouge ; l'échec de la mission Phobos-Grunt entraîna celle de Yinghuo 1.

La sonde européenne ( - ). L'atterrissage semble s'être déroulé convenablement mais le contact avec la sonde a été perdu. En janvier 2015, elle a été retrouvée sur des photos de la surface de Mars prises par l'orbiteur Mars Reconnaissance Orbiter.

La sonde japonaise Nozomi (のぞみ) ( - ) demeurée depuis lors en orbite héliocentrique.

La sonde européenne Schiaparelli ( - ) perdue à cause d'une éjection prématurée du parachute lors de la descente atmosphérique, ayant donc débouché sur un crash.

Sondes américaines (simples survols) :

Mariner 6 ( - survol le )

Mariner 7 ( - survol le )

Satellites américains :

Mariner 4 .

Orbiteurs soviétiques :

Atterrisseurs soviétiques :

Programme Viking, avec atterrisseur et orbiteur :

Viking 1 ( - )

Viking 2 ( - )

atterrisseur et rover Mars Pathfinder ( - - )

atterrisseur Phoenix ( - - )

Mars Exploration Rover :

Spirit ( - - , date du dernier contact avec ce rover à présent enlisé.)

Opportunity ( - - , date du dernier contact)

Opportunity dans le cratère Endurance (vue simulée).

2001 Mars Odyssey ( - - Fin prévue ?)

Mars Express ( - - prolongée à de nombreuses reprises, arrêt prévue fin 2022)

Mars Reconnaissance Orbiter ( - - Fin prévue ?)

Mars Orbiter Mission ( - - est la fin prévue de la mission mais le satellite est toujours en activité en 2022.)

MAVEN ( - - fin prévue ?)

Trace Gas Orbiter ( - - fin prévue en 2022)

La mission martienne des Émirats (appelée aussi Hop)) est une sonde de l'agence spatiale émiratie qui décolle le . Hope consiste en un orbiteur équipé de trois instruments scientifiques destinés à l'étude de l'atmosphère de Mars. C'est la première sonde spatiale des EAU et la première sonde spatiale du monde arabe. Elle s'est placée en orbite autour de Mars le .

Mars Science Laboratory est une mission développée par la NASA et lancée le . Elle est équipée d'un rover nommé Curiosity nettement plus performant que Spirit et Opportunity en vue de rechercher des traces de vie passée à travers diverses analyses géologiques. Curiosity s'est posé dans la zone d'atterrissage Bradbury dans le cratère Gale, le .

InSight, embarque des instruments scientifiques européens (sismomètre, capteur de flux de chaleur et station météorologique). atterrissage réussi le à une latitude de 4,5°N et à la longitude de 135,9°E. La fin de mission est prévue pour 2020.

Mars 2020 est une mission de la NASA qui a décollé le avec à son bord l'astromobile (rover) Perseverance (sa construction est largement basée sur Curiosity, tout en comportant des instruments plus perfectionnés), ainsi qu'un mini hélicoptère (de type drone), le Mars Helicopter Scout Ingenuity. L'astromobile a atterri le dans le cratère Jezero.

Tianwen-1 est une sonde de l'agence spatiale chinoise (CNSA) qui décolle le . Elle comprend un orbiteur et un atterrisseur qui doit déposer une astromobile (rover) à la surface de la planète. Il s'agit de la première mission martienne menée de façon indépendante par la Chine. Elle s'est placée en orbite autour de Mars le , tandis que l'atterrisseur et le rover doivent se poser à sa surface en mai ou .

Le programme Constellation de la NASA proposait de renvoyer des hommes sur la lune d'ici 2020 pour préparer de futures missions habitées vers Mars. Jugé trop coûteux pour des options technologiques dépassées, ce programme initié par l'administration Bush, qui accusait déjà d'importants retards, a été abandonné le par l'administration Obama.

Les différentes missions martiennes ont mis en place des satellites artificiels autour de la planète. Ils servent de relais pour les télécommunications avec les modules posés au sol, et réalisent des mesures globales sur l'environnement et la surface de Mars.

Dix satellites artificiels orbitent actuellement autour de Mars, dont huit sont encore en fonctionnement, soit davantage d'engins que pour tout autre objet du Système solaire hormis la Terre.

Symbole astronomique de Mars.

Le symbole astronomique de Mars est un cercle portant une flèche pointant vers le nord-est ( Unicode 0x2642 ♂). En alchimie, ce symbole est associé au fer (dont l'oxyde est rouge) et indique parfois une mine de fer sur les cartes.

Mars mettant un peu moins de deux ans pour faire le tour du Soleil, son symbole a été utilisé par Carl von Linné afin de représenter les plantes bisannuelles dans son ouvrage Species plantarum.

Ce symbole est une représentation stylisée du bouclier et de la lance du dieu Mars. En biologie, le même symbole est utilisé comme signet pour le sexe mâle. Les hommes viennent de Mars, les femmes viennent de Vénus est un best-seller de John Gray paru en 1992.

La couleur rouge est associée à Mars. On lui associe aussi la violence, la colère, la guerre : tous les attributs habituels du dieu Mars.

L'hypothétique corrélation entre la position de la planète Mars par rapport à l'horizon au moment de la naissance et la destinée de certains sportifs est nommée effet Mars.

Sur les photos prises par , le , au cours de sa orbite, on distingue dans Cydonia Mensae des structures semblant artificielles dont un visage gigantesque et des pyramides. Cette légende est reprise dans le film de science-fiction américain , réalisé en 2000 par Brian De Palma.

" Mars, celui qui apporte la guerre " est le premier mouvement de l'œuvre pour grand orchestre Les Planètes, composée et écrite par Gustav Holst entre 1914 et 1916.

Une chanson de l'auteur-compositeur-interprète britannique David Bowie, , parue en 1971, pose dans son refrain la question : " Is there life on Mars? " (" Y a-t-il de la vie sur Mars ? ")

Mission : Red Planet de Bruno Cathala et Bruno Faidutti (Asmodée, 2005)

Terraforming Mars de Jacob Fryxelius (FryxGames, 2016)

First Martians : Adventures on the Red Planet d'Ignacy Trzewiczek (Portal Games, 2017)

On Mars de Vital Lacerda (Eagle-Gryphon Games, 2019)

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Mars Mosaïque assemblée à partir d'images prises par l' orbiteur Viking 1 le .

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IL EST VITAL POUR L’HUMANITE D’ALLER SUR MARS !!!

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IL EST VITAL POUR L’HUMANITE D’ALLER SUR MARS !!!

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Il est inutile de construire les vaisseaux de la guerre des étoiles pour se rendre sur Mars ! Selon le spécialiste de la question, Robert Zubrin, un programme de " conquête martienne " est réalisable avec la technologie actuelle et coûterait entre 40 et 50 milliards de dollars US, ce qui est très raisonnable (c'est ce qu'à débourser BP durant l'été 2010 pour stopper la marée noire du golfe du Mexique). Il y a également probablement plus d'argent dépensé dans le football chaque année !
Mars est probablement le seul endroit du système solaire " colonisable ".
Mars est une planète passionnante... Voir caractéristiques ci-dessous:

- Des journées de presque 24h comme sur terre => donc la possibilité de faire pousser des plantes sous serres pressurisés qui donneront à leur tour de l'oxygène ; cela serait impossible sur la Lune ou les jours durent 28 jours terrestres (dont 14 jours de nuit) et où il n'y a pas d'atmosphère.
- Une année égale à 2 années terrestre avec 4 saisons de 6 mois.
- Des températures de +10/+15°C à -90°C. La liminosité sur Mars est égale à 55% de la luminosité sur Terre.
- De la glace dans le sous sol (aquifères d'eau) et aux 2 pôles => synonyme d'eau et d'oxygène.
- Une pesenteur de 35% de la pesenteur terrestre (un homme de 100 Kg sur Terre pèsera 35 Kg sur Mars).
- Une atmosphère (peu dense) composée essentiellement de CO2 mais qui protège tout de même des rayons cosmiques => qui offre aussi la possibilité de pouvoir générer de l'oxygène et du méthane (c'est à dire du carburant ; si on ramène un peu d'hydrogène sur place).
- Une surface martienne totale égale à la surface de toutes les terre émergés sur notre planète.
- Une planète pas si éloignée que ça ; à 180 jours de la terre dans la meilleure configuration (à vitesse moyenne de fusée actuelle).
- De nombreux éléments qui laissent à penser qu'il existe de la vie sur place (des micro-organismes) ou qu'il y a eu de la vie par le passé (il y aurait donc des fossiles sur place). Ainsi les éléments chimiques nécessaires à la vie de type terrestre (pour 96% : C, H, O, N ; pour 4% : P, S, Cl, K, Na, Ca, Mg ; et pour de faibles quantité : Fe, B, I, Mn...) ont tous été identifiés sur Mars !
- De nombreuses ressources naturelles (minerais, minéraux, pierres précieuses, etc.)
- Des volcans (endormis) de 30km de haut et des canyons de 5000 km de long.
- 2 petites lunes qui courent dans le ciel martien.
- Etc.
Une garantie pour la survie de l'espèce humaine (rien que ça!) :
Si la Terre connaissait un jour une catastrophe apocalyptique (de type Fukushima " en pire "), il serait salutaire pour l'humanité d'avoir un endroit où se replier et éviter l'extinction - histoire de ne pas finir comme les dinosaures !?... (d'ailleurs, petite parenthèse sur ce sujet : L'astéroïde 2011 MD est passé en juillet 2011 à 12.000 kilomètres au-dessus de l'océan Atlantique. 12 000 km, c'est à peine 3% des 400.000 kilomètres séparant la Terre de la Lune ou encore seulement 30 fois la distance qui sépare la Terre de la Station spatiale internationale, à 400 km en orbite. C'était un caillou de petite taille ; moins de vingt mètres de diamètre a indiqué la Nasa. Même s'il était entré dans l'atmosphère, il se serait désintégré et n'aurait provoqué aucun cataclysme. Cependant l'incident montre que les rencontres de ce type se produisent en fait régulièrement !)
Un peu plus tard, en février 2013, Les yeux de la Nasa se sont braqués sur l'astéroïde 2012 DA14 (57 mètres de diamètre). Il est est passé, lui aussi près de nous : à 34.500 km d'altitude. C'est tellement près que certains astronomes amateurs ont pu l'observer avec de simples jumelles!
Un boost pour l'innovation technique :
Un programme d'exploration martien serait également un moteur fantastique pour l'innovation technique et scientifique à tous les niveaux. C'est ce que Zubrin nomme le " front pionnier de l'innovation " : les pionniers du nouveau monde sont toujours confrontés à de nouvelles problématiques ce qui les poussent à mettre au point de nouvelles solutions inédites ! Mars est l'avenir de l'humanité et sera à la pointe de l'innovation, comme l'a été en son temps l'Amérique.
Un boost pour l'économie et pour l'emploi :
Quand l'armée américaine a développé les premiers ordinateurs, gros comme une maison, personne ne comprenait à quoi cela pourrait servir et personne ne pouvait prévoir que quelques décennies plus tard, l'informatique serait à ce point miniaturisée et à ce point rentrée dans toutes nos vies.
Pareillement pour l'automobile et l'aviation. A leurs débuts, personne (ou presque) n'imaginait que ces industries allaient créer plus tard des millions d'emplois.
D'après la fondation X Prize, il y a 3 défis majeurs à relever pour le 21ème siècle : le moteur à énergie propre, la génétique et l'aérospatial.
Quels sont les obstacles à surmonter pour lancer une mission martienne ?
Ils sont nombreux, mais le principal obstacle est en fait le manque de courage des politiques qui ont peur de se confronter à l'hostilité du grand public et de gens qui ne connaissent rien au sujet. Vous trouverez toujours quelqu'un pour vous dire qu'il y a des problèmes plus urgent à régler sur Terre avant d'aller voir dans l'espace. Oui... et non ! Si on attend d'avoir résolu tous les problèmes de la Terre avant d'investir dans la science et dans la recherche, on ne fera jamais rien ! C'est de la démagogie, tout simplement... Et pourtant, si un Président prenait un jour le risque de donner son feu vert à une missions spatiale vers Mars, l'humanité pourrait bien se souvenir de lui pendant les 1 000 prochaines années!!!

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L'actu de la planète Mars et de SpaceX - IL EST VITAL POUR L'HUMANITE D'ALLER SUR MARS !!!

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Il est inutile de construire les vaisseaux de la guerre des étoiles pour se rendre sur Mars ! Selon le spécialiste de la question, Robert Zubrin, un programme de " conquête martienne " est réalisable avec la technologie actuelle et coûterait entre 40 et 50 milliards de dollars US, ce qui est très raisonnable (c'est ce qu'à débourser BP durant l'été 2010 pour stopper la marée noire du golfe du Mexique).

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Le Français Cyprien Verseux revient enfin de "Mars", retour sur un an d'enfermement sous un dôme de la Nasa

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Le Français Cyprien Verseux revient enfin de "Mars", retour sur un an d'enfermement sous un dôme de la Nasa

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ESPACE - Il y a un an jour pour jour, six scientifiques s'exilaient un an sur Mars. Enfin presque. Le 28 août 2015, la Nasa lançait la mission HI-SEAS 4. Le but: simuler la vie sur Mars des futurs premiers humains à poser le pied sur la planète rouge (une mission prévue à l'horizon 2030).

Six scientifiques s'enfermaient donc dans un dôme de 90 mètres carré, perché à 2400 mètres de haut sur un volcan à Hawaï. Dans un paysage rocheux rappelant le sol martien, ces six personnes allaient vivre pendant 365 jours en autonomie complète, ne pouvant s'aventurer que rarement à l'extérieur pour des missions spécifiques et en portant une combinaison spatiale. Dimanche 28 août à 21h, les six scientifiques sont enfin sortis de cette année d'isolation quasi complète.

The #HISEAS crew has emerged after a year in isolation! pic.twitter.com/7Y0eTUTwBs
- HI-SEAS (@HI_SEAS) 28 août 2016

Cette opération, permettant à la Nasa de tester la viabilité, psychologique et physique, d'une vie recluse en prévision d'une mission sur Mars, n'était pas la première. L'agence spatiale américaine en a déjà réalisé trois auparavant, mais aucune n'avait duré aussi longtemps. Autre nouveauté: parmi les six scientifiques se trouvait un Français.
Des bons souvenirs et des moments difficiles
Cyprien Verseux, astrobiologiste et doctorant, était en effet de la partie. Pendant un an, il a tenu pour Le HuffPost un journal de bord vidéo mensuel. Ci-dessous, nous avons compilé les moments les plus marquants de ces vidéos:

Vers 20h30, l'astrobiologiste se filmait une dernière fois avant de sortir du dôme, anticipant un moment "bizarre":

Puis avec ses collègues, une seconde avant l'ouverture de la porte:

Quand on lui demande de faire le bilan, Cyprien Verseux nous explique avoir "de nombreux souvenirs agréables à l'esprit", comme le premier jour, Noël, les explorations de tunnels de lave. Il y avait aussi des moments difficiles, "ceux où quelque chose est arrivé à des proches sur Terre et où je ne pouvais pas être là pour eux, ni même leur téléphoner".

Car les six scientifiques n'étaient pas uniquement isolés du monde extérieur physiquement. Leurs communications étaient très encadrées. Leur accès internet restreint à des sites liés à leurs travaux, les réseaux sociaux leur étaient interdits et les mails envoyés ou reçus avaient toujours 20 minutes de retard. Pourquoi? Pour simuler, encore une fois, une véritable mission sur Mars, où les communications entre les futurs explorateurs et la Nasa seraient rares et mettraient à peu près 20 minutes à franchir la distance.

Métro, boulot, dodo
Les journées étaient donc rythmées par les discussions avec les collègues, un peu d'exercice mais surtout le travail. Car si le but de l'expérience est avant tout pour la Nasa de comprendre l'impact psychologique de l'isolement, les six scientifiques ont travaillé toute l'année sur des thématiques de recherche liées à l'exploration de Mars.

"Je voulais notamment voir si l'on pouvait utiliser des cyanobactéries (des microbes verts qui font de la photosynthèse) pour transformer des éléments présents sur Mars en nutriments pour plantes, afin de pouvoir cultiver ces dernières à partir de ressources locales", explique Cyprien Verseux. "Les résultats obtenus sont très encourageants: l'idée fonctionne", affirme-t-il. Les détails devraient être publiés dans les mois à venir.

Ses expériences s'insèrent dans un projet de recherche plus global visant à "rendre de futures bases sur Mars aussi indépendantes que possible de la Terre".

Objectif Mars (mais d'abord, la plage)
Une fois sorti du dôme, l'astrobiologiste français et ses cinq collègues vont passer une semaine à répondre à plusieurs interviews de scientifiques et de journalistes. Les premières heures seront intenses. "Nous serons plongés dans de nombreuses sensations dont nous avons été privés pendant un an, depuis l'air frais jusqu'à la présence d'inconnus, dès l'ouverture de la porte du dôme", précise Cyprien Verseux.

Juste après la sortie du dôme
Sa deuxième semaine sera toujours à Hawaï, mais cette fois pour des vacances afin de se ressourcer au soleil. Il rentrera ensuite retrouver ses proches à Paris, puis continuera son doctorat à l'université de Rome, toujours en lien avec la survie sur Mars, mais également sur la recherche de la vie dans l'espace. Du côté de la Nasa, deux nouvelles missions HI-SEAS vont se dérouler en 2017, mais de huit mois chacune.

Et si dans un futur lointain, l'occasion se présentait d'aller véritablement sur Mars? La réponse de Cyprien Verseux ne souffre aucune hésitation : "Oui!".

Dans quelques jours, l'astrobiologiste livrera ici son douzième et dernier journal de bord, le seul filmé en dehors du dôme. En attendant, retrouver ci-dessous tous ses journaux de bord depuis un an:

Lire aussi :* Voici à quoi ressemble le "Curiosity" chinois qui ira sur Mars* Cette découverte sur Mars va vous rappeler "Interstellar"* Elon Musk veut envoyer une fusée sur Mars dès 2018
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Également sur Le HuffPost:

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Le Français Cyprien Verseux revient enfin de "Mars", retour sur un an d'enfermement sous un dôme de la Nasa

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Les premiers colons martiens commenceront à mourir au bout de 68 jours, selon une étude

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Les premiers colons martiens commenceront à mourir au bout de 68 jours, selon une étude

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ESPACE - Des prévisions pas très enthousiasmantes. Les courageux pionniers prêts à s'embarquer pour un aller-simple pour Mars, comme le prévoit la société néerlandaise Mars One, commenceront à mourir au bout de 68 jours, selon une étude scientifique parue mardi 14 octobre.

Cinq étudiants en aéronautique du prestigieux Massachusetts Institute of Technology (MIT) sont arrivés à cette conclusion après avoir analysé très sérieusement les données scientifiques disponibles sur ce projet, qui doit aussi donner lieu à une émission de télé-réalité.
Failles technologiques
La mort du premier pionnier "arrivera approximativement au bout de 68 jours de mission, par asphyxie", écrit ce rapport de 35 pages qui analyse avec force graphiques et formules mathématiques les ressources en oxygène, nourriture et technologies disponibles pour cette mission censée être auto-suffisante.

Les plantes qui doivent nourrir les colons produiront trop d'oxygène et la technologie pour équilibrer l'atmosphère "n'a pas encore été développée", disent les auteurs.

Lire aussi :
" Les astronautes grandissent dans l'espace" Oui, il y a bien eu de l'eau sur Mars" BLOG - C'est cher, la conquête spatiale?" Les plus belles images de la Nasa en 2012

De plus, les colons devront dépendre de plus en plus d'envois de pièces détachées dans le cadre d'une mission qui coûtera "dans le scénario le plus optimiste", quelque 4,5 milliards de dollars, une somme qui ne cessera d'augmenter avec l'envoi d'autres équipages, ont-ils calculé.
Des colons martiens dès 2024?
Mars One est un projet lancé par son co-fondateur et PDG, le Néerlandais Bas Lansdorp, qui a pour but d'envoyer en 2024 une première équipe de quatre volontaires pour coloniser Mars sans retour possible, après un voyage de sept mois.

Dans une réaction au magazine Popular Science, Bas Lansdorp a réfuté les chiffres du rapport, arguant qu'il utilisait des données incomplètes.

Il concède néanmoins que la question des pièces détachées est un problème. "Ils ont raison, le plus grand défi de Mars One est de garder tout en état de marche", dit-il.

Plus de 200.000 personnes originaires de 140 pays se sont portées volontaires pour faire partie du projet, qui fait de nombreux sceptiques mais a néanmoins reçu le soutien du lauréat néerlandais du Nobel de physique en 1999, Gerard't Hooft. Un accord a été signé en juin dernier avec la société Endemol, qui produit de nombreuses émissions de télé-réalité, pour que soit filmé le processus de sélection et l'entraînement des pionniers.

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Mars One: les premiers colons martiens commenceront à mourir au bout de 68 jours, selon une étude

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ESPACE - Des prévisions pas très enthousiasmantes. Les courageux pionniers prêts à s'embarquer pour un aller-simple pour Mars, comme le prévoit la société néerlandaise Mars One, commenceront à mourir au bout de 68 jours, selon une étude scientifique parue mardi 14 octobre.

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Quatre questions terre à terre sur la future colonisation de la planète Mars

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Quatre questions terre à terre sur la future colonisation de la planète Mars

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Lors de l'expérience menée sur un cratère d'Hawaï (ici, le 10 mars 2015) les seules sorties à l'air libre s'effectuaient en scaphandre, pour simuler les conditions de vie sur Mars. (NEIL SCHEIBELHUT/AP/SIPA / AP)

"Je peux vous donner mon impression personnelle : une mission habitable sur Mars est réaliste dans un futur proche." Quelques jours avant de retrouver une vie de Terrien ordinaire, Cyprien Verseux tirait pour les conclusions deson expérience : pendant un an, cet exobiologiste français a vécu avec cinq autres scientifiques sous un dôme censé recréer les conditions de la Planète rouge, dans un cratère de l'archipel d'Hawaï (Etats-Unis). Libéré dimanche 28 août, le vrai-faux astronaute estime que "les difficultés technologiques et humaines sont surmontables".

Du même avis, la Nasa mais aussi Elon Musk, le papa de SpaceX, envisagent de mener au plus vite des missions habitées sur Mars. Autour de 2030, estime l'Agence américaine. Mais où en sont ces projets ? Franceinfo revient sur les défis que les explorateurs de l'espace entendent relever d'ici à quinze ans.

On y va comment, sur Mars ?

Mars est la planète la plus proche de la Terre, mais pas franchement la porte à côté non plus. En 2012, le robot Curiosity a voyagé pendant huit mois avant de se poser sur le sol de la Planète rouge. En fonction de la distance qui la sépare de la Terre (elle varie entre 55 millions et 400 millions de km), une mission comprenant un aller-retour devrait durer au minimum deux ans. Or, aucun astronaute n'a passé autant de temps en un seul séjour dans l'espace : le record, détenu par le Russe Valeri Poliakov et décroché en 1995 dans la Station Mir, s'élève à 438 jours. Pour faire la longue route vers Mars, la Nasa et le géant de la Défense américain Lockheed Martin misent sur un camping-car de luxe : la capsule Orion.

Ce tout nouveau vaisseau spatial est le premier à avoir été exclusivement conçu, dès 2006, pour des vols au-delà de l'orbite terrestre basse -cette zone bien connue des astronautes dans laquelle se promène notamment la Station spatiale internationale (ISS). Après un premier test concluant en 2014, la capsule Orion doit être placée en orbite en novembre 2018. Ce lancement sera crucial, puisqu'il donnera également l'occasion de tester le nouveau lanceur lourd de la Nasa, le Space Launch System (SLS). Avec Orion, il est l'un des deux équipements conçus dans l'optique de réaliser, à terme, des vols habités vers Mars. Cette fois propulsée par cette puissante fusée, Orion devra dépasser la Lune de 64 000 km, avant un premier voyage habité prévu pour 2021 ou 2023, selon le site SpaceFlight Insider (en anglais).

Les scientifiques cherchent par ailleurs à raccourcir le temps de trajet, toujours estimé à plusieurs mois. Pour le patron de l'Agence spatiale américaine, Charlie Bolden, cité par à peine un mois, résumait le Space.com (en anglais), il est possible de réduire la durée du voyage de moitié en adoptant des "techniques de propulsions ultra-rapides". Energie solaire ? Nucléaire ? Dans le podcast Nasa 360 (en anglais), le physicien Philip Lubin assurait, en 2015, qu'un propulseur laser permettrait d'emmener des astronautes sur Mars en Huffington Post (en anglais). Plus farfelu, l'inventeur canadien Charles Bombardier a révélé, le 26 août, son idée de navettes voyageant à travers le système solaire. Selon lui, le Solar Express, sorte de train permanent, pourrait relier la Terre à Mars en deux jours, explique ScienceAlert (en anglais).

Et quand on y est, on trouve un endroit coquet et on se gare ?

Sur Mars, l'atterrissage constitue un défi tout aussi crucial que le voyage.astrophysicien Francis Rocard, responsable des programmes d'exploration du système solaire au Centre national d'études spatiales (Cnes), cité par f "Aujourd'hui, on ne sait pas se poser avec précision sur Mars", notait en 2014 l' rancetv info. " Le robot Curiosity a touché le sol à 2,5 kilomètres du point visé. La statistique d'erreur était de 20 kilomètres, le mieux que l'on puisse faire actuellement", expliquait-il. Rodée au storytelling captivant, la Nasa avait même baptisé cette séquence "les sept minutes de terreur", en référence au temps qu'il faut à la capsule pour traverser l'atmosphère martienne avant d'atterrir, plus ou moins intacte, sur le sol. "Si la moindre petite chose ne fonctionne pas, c'est la fin de la partie", dramatise un ingénieur dans cette vidéo, rappelant que quiconque veut squatter Mars risque, au choix, de finir brûlé dans l'atmosphère ou écrabouillé au sol.

Quant aux derniers tests effectués fin août en Virginie (Etats-Unis), démontrant la capacité d'Orion à se poser dans l'eau à l'occasion de son retour sur Terre, ils ne donnent pas particulièrement envie d'y occuper le siège passager.

Plus sérieusement, la Nasa et l'Agence spatiale européenne auront l'occasion dès octobre de travailler à l'atterrissage de modules envoyés en mars dernier dans le cadre des missions InSight et ExoMars. Baptisé Schiaparelli, le module européen permettra de tester les phases d'entrée dans l'atmosphère, de descente et d'atterrissage sur Mars, en vue de préparer de futurs vols habités Pierre Bousquet, chef de projet de la contribution française, interrogé par . "Nous avons donc prévu de nombreux capteurs disposés à l'arrière de la capsule, qui analyseront les réactions de frottement et d'échauffement à l'entrée de l'atmosphère martienne", prévenait francetv info.

Et après, on déplie la tente ?

Quid de l'emménagement sur la Planète rouge ? Les scientifiques pourront-ils installer leurs laboratoires et leurs lieux de vie comme on planterait sa tente dans un camping ? Evidemment, non. Pour préparer le terrain, Lockheed Martin a présenté en mai son idée de "camp de base". Le groupe américain suggère de mettre des astronautes en orbite autour de la Lune, dès 2021, pour préparer sur place le futur voyage martien. "En 2026, des équipements de surface destinés à devenir des soutiens de la future station seraient envoyés vers Mars, ainsi qu'un premier 'laboratoire spatial', et en 2028, le [camp de base] quitterait l'orbite lunaire pour son voyage vers la Planète rouge, avec deux capsules Orion accueillant (en tout) six astronautes à bord'', détaillait alors Le Nouvel Obs.

S'établir à proximité de la Planète rouge (ou du moins, un peu plus près d'elle) permettrait par ailleurs de commander à distance les robots-déménageurs, susceptibles de construire notre campement sur place. A la mi-août, l'agence américaine a ainsi dévoilé un nouveau concours de robotique qui, en mettant en concurrence les ingénieurs du monde entier, ambitionne de créer des robots assez sophistiqués pour réaliser des travaux de maintenance sur les futures installations humaines sur Mars. Les robots humanoïdes, comme Valkyrie, pourraient donc rejoindre les sondes et les véhicules déjà au travail à la surface de ce mystérieux caillou.

Pour ce qui est du look de nos cottages martiens, la Terre compte déjà des "Marschitecte" (soit des architectes qui se consacrent à imaginer des habitats sur la planète), comme Vera Mulyani. Début juillet, son projet, Mars City Design, a récolté plus de 30 000 dollars sur Kickstarter, afin de réaliser d'ici trois ans des prototypes d'habitats martiens, construits à l'aide d'imprimantes 3D dans le désert du Mojave, aux Etats-Unis, racontait Quartz (en anglais). Des ingénieurs et architectes s'y mettront au travail dès septembre. Par ailleurs, la Nasa a sélectionné, début août, six entreprises chargées de développer en 24 mois des prototypes de lieux de vie en prévision de missions habitées longues dans l'espace (Bigelow Aerospace, Boeing, Lockheed Martin, NanoRacks, Orbital ATK et Sierra Nevada Corp), relevait Inquisitr (en anglais).

Et là-bas, on fait comment sans supermarché?

"Vivre sur Mars, c'est la partie facile. Ce qui est difficile, c'est d'y aller", expliquait en 2015 Elon Musk, le patron de SpaceX et partisan d'une colonisation rapide de la Planète rouge. Pourtant, s'y installer demande de faire quelques sacrifices. Cyprien Verseux en a pris conscience lorsqu'il a cassé un flacon en verre dans son laboratoire hawaïen, un endroit dans lequel i l a passé un an afin de reproduire les conditions d'un voyage sur Mars. "Les scientifiques sur place devront faire face à la restriction, écrit-il sur son blog. C e dont nous n'avons pas l'habitude dans les laboratoires occidentaux." Isolés ("Je n'ai pas vu un supermarché depuis huit mois", plaisante-t-il), les Martiens devront être ingénieux et, dans la mesure du possible, autosuffisants. Ainsi, le biologiste français a étudié la possibilité de recréer un écosystème miniature capable de produire sur Mars tout ce dont les astronautes ont besoin.

"Au lieu d'envoyer des tonnes de nourriture, d'oxygène et de ressources sur Mars, ils pourraient transporter [des] microbes, les nourrir avec ce qu'ils trouvent sur Mars et créer des systèmes de production qui soient presque indépendants de la Terre", a-t-il expliqué sur franceinfo, enthousiasmé par ses recherches. "Cela a très bien marché", s'est-il même réjoui.

Le 13 juin 2015, à Hawaï, devant le dôme où vont vivre le Français Cyprien Verseux et cinq autres scientifiques pendant un an. (RYAN OGLIORE/ AP / SIPA)

Si lui a dû se contenter de nourritures déshydratées, les futurs vrais colons pourraient cuisiner des légumes martiens, cultivés sous serre. Car aussi accueillants que puissent être les modules imaginés par les explorateurs spatiaux, aucune innovation scientifique ne permet de contrer la véritable nature de la Planète rouge : un monde dépourvu d'oxygène et bombardée de radiations fatales pour le corps humain.

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Quatre questions terre à terre sur la future colonisation de la planète Mars

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Alors que six scientifiques ont retrouvé l'air libre après avoir vécu pendant un an sous un dôme, à Hawaï, dans les conditions de la vie dans une base martienne, franceinfo se demande où en sont les ambitions des explorateurs spatiaux.

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SCIENCES - "L'espace extra-atmosphérique, y compris la Lune et les autres corps célestes, ne peut faire l'objet d'appropriation nationale par proclamation de souveraineté, ni par voie d'utilisation ou d'occupation, ni par aucun autre moyen". Cet extrait du Traité de l'espace, entré en vigueur en 1967, en est l'un des principes les plus fondamentaux.

Initialement signé et ratifié par les Etats-Unis, l'URRS et la Grande-Bretagne, ce traité entendait "régir les activités des États en matière d'exploration et d'utilisation de l'espace extra-atmosphérique". L'objectif? Que la conquête spatiale, qui n'en était alors qu'à ses prémisses puisque l'homme n'avait pas encore marché sur la Lune, profite "à tous les peuples" dans un esprit de "coopération".

Alors que la conquête de Mars est attendue comme la prochaine étape de l'exploration spatiale et que des entreprises privées évoquent sa colonisation, son statut semble donc bien encadré. En réalité, la réponse est beaucoup moins tranchée qu'il n'y paraît...

Un consensus pas si évident

Ratifié par une centaine de pays, le Traité de l'espace sert toujours de base au droit international, et a depuis été complété par d'autres textes. Mais un certain flou persiste, car si l'espace et ce qui s'y trouve est considéré comme un "patrimoine commun" à l'humanité, cela veut aussi dire qu'il n'appartient à personne... d'où les risques d'appropriations diverses. D'autant plus que tous les pays n'ont pas ratifié ces textes, et que la conquête spatiale a évolué depuis la Guerre Froide.

Comme le note Le Figaro, "les réglementations ont fleuri, des accords bilatéraux ou multilatéraux entre gouvernements ou entre agences spatiales se sont multipliés", avec "des tonnes de documents" qui rendent les principes du droit international de l'espace bien compliqués... et sujets à interprétation.

Depuis les années 1960, la question de l'appropriation est censée avoir été clarifiée, notamment avec le traité sur la Lune, entré en vigueur en 1984, qui étend le principe suivant à tous les corps célestes - dont Mars - mais aussi aux entreprises et aux particuliers:

"Ni la surface ni le sous-sol de la Lune, ni une partie quelconque de celle-ci ou les ressources naturelles qui s'y trouvent, ne peuvent devenir la propriété d'États, d'organisations internationales intergouvernementales ou non gouvernementales, d'organisations nationales ou d'entités gouvernementales, ou de personnes physiques".

Chercheur à l'IDEST ( Institut du droit de l'espace et des télécommunications), Thomas Royal explique au HuffPost que ces dispositions fixent un cadre légal assez clair en ce qui concerne "les activités commerciales ou stratégiques" des Etats. "Là où le consensus est plus difficile à émerger, nuance-t-il, c'est sur la notion de patrimoine commun de l'humanité et sur le régime applicable à l'exploitation des ressources de la Lune et des autres corps célestes", dont Mars.

D'autant plus que le Traité de la Lune n'a été ratifié que par... 16 pays. Hormis les Pays-Bas (ainsi que l'Autriche et la Belgique) dans le cadre de l'Agence spatiale européenne, aucun de ces Etats ne développe de près ou de loin un programme spatial destiné à envoyer des humains sur Mars dans les prochaines décennies, au contraire des Etats-Unis et de quelques autres puissances.

La colonisation, ce n'est pas pour tout de suite

La Nasa fait partie des rares agences spatiales capables d'envoyer l'homme sur Mars dans les prochaines décennies, comme elle l'a montré en décembre dernier en lançant avec succès sa capsule Orion. Mais il faudra attendre au moins les années 2030, notamment à cause des restrictions budgétaires. L'Europe et la Russie, mais aussi la Chine ou encore l'Inde, sont aussi sur les rangs, mais ne seront pas près avant des décennies.

Contacté par le HuffPost, Francis Rocard estime de toute façon qu'aller sur Mars "ne veut pas dire s'octroyer la propriété du territoire" ni le coloniser. L'astrophysicien, responsable du programme d'exploration du système solaire au CNES (l'agence spatiale française) met en avant l'aspect symbolique: "Poser un drapeau n'est pas une déclaration de territoire, explique-t-il, on reste dans un cadre d'exploration scientifique". Même si on se doute que les Etats-Unis ne manqueraient pas de planter leur drapeau pour signifier qu'ils sont les premiers arrivés... comme l'espère Buzz Aldrin:

While at @EH_Stonehenge yesterday I decided to send a message to the cosmos. #GYATM (Photo by James O.Davies) pic.twitter.com/ra5Y2OsSPB
- Buzz Aldrin (@TheRealBuzz) 16 Mars 2015

Francis Rocard illustre son propos avec la Lune, sur laquelle la Chine envisage de marcher à son tour d'ici 2030. "Les Etats-Unis ne contestent pas le patrimoine commun" qu'est l'astre lunaire, explique-t-il, mais "il y a une velléité américaine de faire des 'sites Apollo' un sanctuaire", pour éviter que des taïkonautes chinois n'altèrent certains sites où sont restés des objets commémoratifs, des sondes ou encore des étages de fusée américains. Une question de symbole, là aussi.

En 1980, la L5 Society avait fait échouer la ratification du Traité de la Lune au Sénat américain. Cette association de lobbyistes de la colonisation spatiale, qui promouvait la construction d'habitats spatiaux en orbite autour de notre satellite, estimait que de telles restrictions empêcheraient la colonisation de l'espace par l'homme, notamment avec des visées commerciales. Car Mars suscite aussi l'intérêt des entreprises.

Quand les entreprises s'en mêlent

Certaines firmes ou entrepreneurs ont l'intention d'accélérer les choses, dans l'espoir de doubler les agences spatiales gouvernementales. C'est le cas de Mars One, fondation qui affirme pouvoir envoyer dès 2026 une première équipe de volontaires pour coloniser la planète rouge sans retour possible, après un voyage de sept mois. Plus de 200.000 personnes se sont portées candidates pour faire partie de ce projet, dont la faisabilité et le financement suscitent de plus en plus de doutes.

De son côté, Francis Rocard estime qu'une colonisation humaine de Mars dans un futur proche est peu probable. Quant à Mars One, le scientifique affirme qu'il "n'y croit pas" et qu'il s'agit de "bluff". Lancé en 2012, ce projet visant à établir une colonie de peuplement sur la planète rouge en y envoyant des astronautes amateurs, peine à trouver des financements. La société de production Endemol, qui devait y contribuer grâce à une émission de télé-réalité, a d'ailleurs récemment jeté l'éponge.

Autre projet médiatique et pour le moins spectaculaire, celui d'Elon Musk, entrepreneur d'origine sud-africaine qui a répété en janvier dernier son intention d'envoyer des hommes sur Mars autour de 2025. Le milliardaire d'origine sud-africaine a notamment cofondé Paypal, le constructeur de voitures électriques Tesla et SpaceX, l'un des deux prestataires privés chargés de ravitailler la Station spatiale internationale pour le compte de la Nasa.

Elon Musk espère envoyer une dizaine de personnes puis, à terme, établir une colonie permanente de quelque 80.000 personnes sur Mars. Même s'il paraît davantage crédible que Mars One, ce projet est qualifié de peu "raisonnable", voire de "rêve", souligne 20minutes. Dans un article publié sur son site, le quotidien a demandé son avis à Marco Caceres. "La seule chose qu'il dit vraiment, c'est: 'Je suis capable d'y arriver plus vite que la Nasa'", nuance cet analyste chez Teal Group, société de conseil dans l'aéronautique et de la défense.

Francis Rocard juge la colonisation à court terme peu probable. "Soit vous restez un mois, soit 500 jours", souligne-t-il, ce qui s'explique par la position de Mars et la longueur du voyage retour et par le manque de ressources sur place, récemment pointé du doigt dans une étude sur Mars One. Si ces projets ont peu de chances d'aboutir dans les délais annoncés, Thomas Royal estime quand même qu'ils "posent la question de l'adaptation du cadre légal" et "peuvent constituer un risque juridique pour les Etats", censés contrôler les activités spatiales publiques comme privées.

Dérives et attrape-gogos

En attendant d'y poser les pieds, d'autres ont aussi cherché à s'approprier indirectement des parcelles de Mars et gagner de l'argent. "Le Traité de l'espace de 1967 stipule qu'aucun gouvernement ne peut posséder de propriété extraterrestre" mais "omet de mentionner les individus et les entreprises", peut-on lire sur le site de la Lunar Embassy, autoproclamée "seule compagnie au monde à posséder une base légale et un copyright pour vendre des parcelles de Lune et d'autres propriétés extraterrestres à travers le système solaire".

Dirigée par le fantasque Dennis Hope, cette soi-disant "Ambassade lunaire" se base sur de vieilles lois américaines, remontant à la conquête de l'Ouest, et assure que toute zone non habitée peut être revendiquée par n'importe qui. En dehors de la Lune, elle vend aussi des parcelles sur Mercure, Vénus, Io, l'un des satellites de Jupiter, et donc Mars, dont vous pouvez vous offrir une acre (un peu plus de 4 km2) pour la modique somme de 19,99 dollars.

"Titre de propriété" pour une parcelle de Mars

En 2009, l'Institut international du droit de l'espace avait mis en garde contre la multiplication de ce genre de revendications et des ventes de parcelles de corps céleste à des particuliers. L'institution appelait alors à la mise en place d'un "régime légal spécifique pour l'exploitation de ces ressources dans le cadre des Nations unies, sur la base du droit de l'espace international actuel, dans un but de clarté".

"Quelle est donc la valeur juridique de ces documents? Aucune", nuance cependant le CNES, l'Agence spatiale française, sur son site: "La vieille loi américaine dénichée par la Lunar Embassy ne fait pas le poids face à un traité international. Impossible donc de protester auprès de la NASA parce qu'un véhicule d'exploration a laissé des traces de chenilles sur le bout de terrain lunaire que vous venez d'acheter".

Selon Francis Rocard, ces "titres de propriété" sont "complètement bidons" et reviennent à "faire de l'argent avec des gogos". Imaginés par plusieurs firmes et hommes d'affaires depuis le début des années 1990, les projets d'hôtels spatiaux sont quant à eux restés lettre morte. Et les avancées du tourisme spatial ont été sensiblement ralenties depuis le crash du Virgin Galactic de Richard Branson en 2014.

L'exploitation des ressources en question

De nombreuses œuvres de fiction ont imaginé à quoi pourrait bien ressembler la vie sur Mars une fois colonisée. Dans le recueil de nouvelles "La Voie martienne" d'Isaac Asimov ou dans le film "Ghosts of Mars", on retrouve le thème de la terraformation d'une planète rouge rendue habitable (et donc exploitable) par l'être humain. Dans "Total Recall", adaptation cinématographique d'une nouvelle de Philip K. Dick, Mars fait même office de mine d'extraction géante, sous la coupe du tyran Vilos Cohaagen.

Dans la réalité, le sol martien recèle effectivement des minerais et métaux qui pourraient servir à d'éventuels colons, comme du lithium, du cobalt, de l'or ou encore du nickel, utile par exemple pour produire de l'acier. Mais a priori, ces ressources ne justifieraient pas à elles seules la durée et le coût du voyage vers la planète rouge. Comme le résume Thomas Royal, "tant que l'exploitation des ressources des corps célestes ne sera pas économiquement viable, la question du régime juridique applicable ne se posera pas".

Francis Rocard estime aussi que cette problématique future concerne avant tout la Lune (où l'on compte sur la présence de métaux rares comme le titane, de terres rares ainsi que d'hélium 3) et éventuellement les astéroïdes. "Personne n'empêche personne de les exploiter mais encore faut-il trouver l'objet rare", selon Francis Rocard, mais "personne n'envisage sérieusement" d'exploiter Mars dans un futur proche.

Lorsque cela arrivera, d'autres problèmes surgiront. Comme le note le CNES, on en a déjà un aperçu avec le "flou juridique" autour des "bouts" d'espace tombés ou ramenés sur la Terre. "Par exemple, les échantillons lunaires ramenés par la mission Apollo 11 ont été déclarés bien national par la Nasa, explique l'Agence spatiale française. Elle est seule à pouvoir décider de les prêter ou non aux communautés scientifiques des autres pays", ce qui pourrait entraîner quelques disputes.

"L'article 11 de l'accord sur la Lune appelle à la mise en place d'un régime international sur l'exploitation des ressources naturelles afin de garantir un accès équitable entre tous les Etats parties au traité", rappelle Thomas Royal. Mais là encore, faute de ratification par les principaux Etats engagés dans la conquête spatiale, le problème n'est pas réglé. De son côté, Francis Rocard dresse un parallèle avec le traité de l'Antarctique (1959), qui proclame la "liberté de la recherche scientifique" et l'utilisation de l'Antarctique "à des fins pacifiques".

Des protocoles ultérieurs ont depuis fait du "continent blanc" une "réserve naturelle consacrée à la paix et à la science". Mais ces règles sont contestées, notamment par la Russie. Et le Traité expirera en 2041. En sera-t-il de même pour les traités de l'espace?

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A qui appartient Mars? Colonisation, exploitation, le statut de la planète rouge est censé être fixé mais...

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SCIENCES - "L'espace extra-atmosphérique, y compris la Lune et les autres corps célestes, ne peut faire l'objet d'appropriation nationale par proclamation de souveraineté, ni par voie d'utilisation ou d'occupation, ni par aucun autre moyen". Cet extrait du Traité de l'espace, entré en vigueur en 1967, en est l'un des principes les plus fondamentaux.

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Your Weight on Mars Activity | Return to Mars | Exploratorium

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Find out what you'd weigh on Mars and learn what determines your weight.

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Depuis 1972, plusieurs sondes spatiales ont été lancées avec des messages destinés à d'éventuelles civilisations extraterrestres. Ces messages ont-ils une chance de parvenir à quelqu'un et pourraient-ils être lus ?

Après les premiers voyages sur la Lune, les programmes spatiaux se sont tournés vers Mars. L'idée d'un premier vol habité est encore un peu utopique. Mais pour combien de temps ? Impossible à dire, tant les obstacles sont nombreux, à commencer par la configuration de cette planète rouge, objet de tous les fantasmes. Mars est la quatrième planète du système solaire, en partant du Soleil. Elle est plus petite que la Terre de moitié et dix fois plus légère. A peu près le même rapport qu'une boule de pétanque et son cochonnet. Son atmosphère est cent cinquante fois moins dense que la nôtre. Conséquence, l'effet de serre est limité et la température moyenne sur Mars est inférieure à -60 °C. Il y fait donc, à peu près, deux fois plus froid qu'au Pôle Nord terrestre. Mais sans la glace. Car si on sait que l'eau a ruisselé à la surface de Mars dans un lointain passé, aujourd'hui le débat reste ouvert quant au fait qu'elle puisse y persister à l'état liquide.

Réalisateur : Jean-Michel Gerber

Nom de l'auteur : Jean-Michel Gerber; Jean-Luc Robert -Esil; Jacques Paul

Producteur : WAG Prod / UNIVERSCIENCE / France Télévisions / France 3 Bretagne / CNRS Images / Laboratoire APC/AGM FACTORY; Avec la participation et le soutien de la Région Bretagne

Année de copyright : 2015

Année de production : 2014

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Depuis 1972, plusieurs sondes spatiales ont été lancées avec des messages destinés à d'éventuelles civilisations extraterrestres. Ces messages ont-ils une chance de parvenir à quelqu'un et pourraient-ils être lus ? Après les premiers voyages sur la Lune, les programmes spatiaux se sont tournés vers Mars. L'idée d'un premier vol habité est encore un peu utopique.

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La difficulté d'un voyage vers Mars a de quoi décourager les plus entreprenants : la planète ne s'approche jamais à moins de 80 millions de kilomètres de la nôtre, de sorte qu'un aller et retour prendrait plusieurs années.

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Attention, à ne pas confondre ! Pour les sujets ou articles dits homonymes, voir : Mars.

Située à environ 228 millions de kilomètres du Soleil, Mars est la quatrième planète du Système solaire. Sa couleur rouge est donnée par l'abondance d'oxyde de fer (rouille) sur sa surface. Il est facile de trouver Mars dans le ciel grâce à sa couleur, même à l'œil nu.

La gravité est environ 40 % de celle de la Terre, ce qui fait que le poids des objets est divisé par 2,5 (par exemple, un homme de 75 kg pourrait se déplacer à la surface de Mars comme s'il pesait 30 kg sur Terre). Mars n'a pas d' océan à sa surface mais il y a de la glace sur l'un de ses pôles.

Mars possède 2 petits satellites naturels (ou lunes) appelés Phobos et Déimos, ils mesurent respectivement 27 et 13 kilomètres.

Distance du Soleil : 227 936 637 km ou 1,52 ua.

Satellites naturels : 2 (Phobos et Déimos)

Diamètre équatorial : 6 792 km

Température à la surface : minimum de -150 °C ; maximum entre +10 à 20 °C ; localement, à l'Équateur, une oscillation entre 0 °C et -80 °C, avec une modulation saisonnière de 5 à 10 °C ;

Masse : 6,4185x10²³ kg

Période de rotation : environ 24,6 heures = 24 h 36 mn

Période de révolution sidérale : 686 jours environ

Période de révolution synodique : 779 jours environ

Inclinaison de son axe : 25.19°

Point culminant : Olympus Mons à 21 229 mètres de haut à partir du niveau de référence martien

L'atmosphère de Mars est très ténue en comparaison avec celle de la Terre : la pression moyenne à sa surface est 100 fois plus faible que sur notre planète. Elle est très majoritairement (environ 96%) composée de CO2, le dioxyde de carbone, un gaz bien connu sur Terre également. En revanche, il n'y a pas d'oxygène.

Les écarts de température y sont importants, en particulier entre le jour et la nuit : température au sol y est au minimum de −120 °C ou moins et au maximum de 20 °C. Ces grandes différences sont dues à la faible densité de l'atmosphère de Mars : la température est liée à l'agitation des molécules, et comme l'air martien a beaucoup moins de molécules que l'air terrestre, il faut beaucoup moins d'énergie pour augmenter ou diminuer l'agitation de ces molécules, donc pour augmenter ou diminuer la température.

Bien que l'atmosphère martienne soit composée à 96% de CO2, l' effet de serre n'est pas très important sur Mars. En revanche, les fréquentes tempêtes de poussière (qui recouvrent parfois la planète entière) font augmenter très fortement la température de l'atmosphère.

Les changements de température seraient pareils sur Terre si notre atmosphère n'était pas si épaisse. L'absence d' océan ne permet pas à la planète d'emmagasiner la chaleur pendant la journée et de la relâcher lentement pendant la nuit (comme une bouillotte remplie d'eau chaude). Le volcan le plus haut du Système solaire se trouve sur Mars.

L'homme fait de gros efforts en ce moment pour aller sur cette planète directement. De nombreuses sondes spatiales se sont déjà posées à sa surface. Mais aucun humain n'est allé sur Mars pour l'instant.

Voyager vers Mars

Le voyage pour aller sur Mars serait très long, de l'ordre de 6 mois dans un vaisseau spatial. Il y a beaucoup de difficultés. Par exemple, il n'est pas possible d'emmener avec soi la quantité d' oxygène suffisante. La solution envisagée est de fabriquer l'oxygène à partir de l' eau présente sur Mars. C'est pour cette raison qu'il est important de savoir si de l'eau est présente en abondance suffisante sur les zones potentielles d'atterrissage sur Mars.

Un autre problème est tout simplement le fait de rester 6 mois dans un vaisseau spatial, sans pouvoir sortir. Cela provoque un stress important chez les astronautes. Lors de ces voyages, les astronautes sont enfermés dans un vaisseau spatial pendant 6 mois, avec des gens qu'ils ne connaissent pas forcément : ceci peut provoquer des conflits aux conséquences graves.

Plusieurs projets sont à l'étude pour la conquête de Mars par des êtres humains. Mars One est l'un de ces projets. Il vise à installer une colonie humaine sur la planète Mars et l'occuper dès 2024. Ceci semble bien peu réaliste à si courte échéance, étant donné les défis technologiques à relever. L'un des plus difficiles du point de vue technologique, et vital pour les futurs colons, est la protection contre les radiations, tout d'abord dans l'espace interplanétaire, puis ultérieurement à la surface de Mars. Pour un voyage habité de 6 mois aller, un séjour de 500 jours et un retour aussi rapide, la dose reçue serait de l'ordre de 3 000 fois la dose reçue annuellement au niveau du sol sur Terre. Des parades sont connues, sous forme de bouclier absorbant. Mais les masses nécessaires d'une telle armure sont trop importantes. Et même avec les technologies que l'on imagine disposer d'ici 10 à 20 ans, une bonne protection reste incompatible avec les nécessités des déplacements dans l'espace interplanétaire, ou avec le travail d'êtres humains actifs à la surface de Mars.

Depuis le 6 août 2012, l'astromobile explore la géologie grâce à une instrumentation scientifique très sophistiquée.Tout comme ses prédécesseurs, c'est un robot capable de travailler tout seul pendant toute une journée. Pour ça, un programme de travail lui est envoyé depuis la Terre chaque matin, ou parfois un matin sur deux. Le plus souvent, ce programme de travail, (images photographiques, mesures scientifiques, déplacements, etc.) est préparé à partir des images et des données qu'il a lui-même renvoyé la veille. C'est une équipe d'environ 70 à 100 ingénieurs et scientifiques sur Terre, qui quotidiennement décide du programme de travail de Curiosity et le lui envoie au petit matin. Ensuite, le robot déroule tout seul ce programme en réalisant les diverses tâches qui lui ont été données.

Envoyée le 30 juillet 2020 dans l'espace, Perseverance a atterri le 18 février sur la planète rouge. Sa mission: trouver des trace de vie sur Mars. Une mission peut-être compliquée, mais très importante pour les scientifiques. Perseverance pourrait nous permettre de savoir si nous somme les seul êtres vivants du système solaire.

Sept minute sous tension Ces sept minutes seront les plus périlleuses du très long voyage de Perseverance.

Mars est nommée d'après l' ancien dieu romain de la guerre, parce qu'elle est rouge comme le sang. Les Romains ont copié les anciens Grecs, qui ont nommé la quatrième planète du soleil d'après leur dieu de la guerre. En Occident Mars est donc surnommée la planète rouge. D'autres civilisations ont aussi donné les noms de planètes en fonction de sa couleur - par exemple, les Égyptiens la nommait "la rouge", tandis que les anciens astronomes chinois la surnommait " l'étoile du feu ".

Comme la Terre, Mars possède des calottes polaires qui changent de taille selon les saisons, elles sont principalement constituées de glace d'eau avec en hiver une fine couche de dioxyde de carbone à l'état solide. Le volume de toute cette glace représente environ 3,2 millions de kilomètres cube, soit plus que la calotte du Groenland. Cela fait une grande quantité d'eau.

L'eau, que l'on sait désormais très présente à la surface de Mars mais pas sous forme liquide, est longtemps restée une question d'intérêt majeure. Avant les preuves concrètes apportées depuis l'espace (image des nuages de vapeur d'eau dans la haute atmosphère martienne, sondages radar des calottes polaires par l'orbiteur européen Mars Express), puis depuis le sol (glace d'eau pelletée par l'atterrisseur américain Phoenix, minéraux signatures d'interaction entre eau liquide et roches, déjà repérés depuis l'espace et redécouverts par les rovers américains Spirit et Opportunity, enfin galets et argile d'eau douce découverts par le rover Curiosity), de nombreuses hypothèses avaient été émises sur la présence d'eau liquide sur Mars.

Des clichés du sol où l'on y voit des traces de ce qui pourrait être d'anciennes rivières (datant de plusieurs milliards d'années) ou des coulées d'eau transitoires (peut-être plus récentes, quelques millions d'années ou moins), ont poussé les scientifiques de la fin du sur la piste de l'eau liquide sur Mars. Actuellement, cette eau liquide ne peut pas de maintenir à la surface de cette planète, du fait de la trop faible pression atmosphérique ; elle ne peut y exister que sous forme de glace d'eau, solide, ou sous forme de vapeur d'eau, gazeuse.

Les traces maintenant indiscutables de présence d'eau liquide signifient aussi qu'à cette époque, l'atmosphère martienne était beaucoup plus dense. L'hypothèse la plus argumentée est celle de l'échappement d'une bonne partie de cette atmosphère dans l'espace interplanétaire. Mars, petite planète par rapport à la nôtre, s'est refroidie plus vite. Une conséquence en a été la perte de son champ magnétique d'origine interne, lequel sur Terre joue un rôle important de protection par la création de la magnétosphère, véritable bouclier protégeant notre atmosphère de son érosion par le vent solaire. La jeune Mars, pendant environ un milliard d'années, environ le quart de son existence jusqu'à maintenant, a très vraisemblablement possédé un champ magnétique protecteur, une atmosphère plus dense, et de l'eau liquide à sa surface.

Du fait de sa petite taille, la température interne de Mars a baissé plus rapidement. Après ce premier milliard d'années pendant lequel Terre et Mars devaient se ressembler beaucoup plus qu'actuellement, le noyau métallique n'a plus pu engendrer ce champ magnétique interne. Le bouclier magnétosphérique a alors disparu, et l'atmosphère martienne s'est progressivement faite emporter par le vent solaire, jusqu'à ce qu'elle ne puisse plus permettre à l'eau d'exister sous forme liquide.

Des traces d'écoulements actifs sur des pentes ont été découvertes relativement par hasard en 2006 par les satellites en orbite reprenant en photo de mêmes terrains. L'étude reprise plus systématiquement ensuite a permis de découvrir en 2011 des écoulements saisonniers déclenchés par un ensoleillement accru lors de l'été local. Ils apparaissent sur les pentes internes de nombreux cratères aux latitudes moyennes à basses, et sont typiquement actifs depuis le début de l'été local et en gros pendant l'équivalent d'un trimestre ; vers ce terme, les traces d'écoulement se figent puis disparaissent progressivement. Diverses hypothèses ont été émises, comme par exemple des sables extrêmement fins agrégés par un film d'eau ou de gaz carbonique solidifié, et dont la volatilisation permettait la mise en mouvement gravitaire du matériau résiduel "sec", un peu de la façon des avalanches de sable qui ont été photographiées glissant depuis des crêtes de dune lors de la resublimation du givre de gaz carbonique déposé au petit matin des printemps locaux. L'hypothèse qui très rapidement s'est révélée la plus probable est celle d'une saumure, mélange de sels minéraux rendu relativement fluide par la présence d'une fraction très ténue d'eau. Toutefois, rien à voir avec de l'eau liquide comme on l'entend usuellement, même très salée ; un équivalent terrestre serait plutôt une salière ouverte oubliée en période humide dans un placard : quelques pour cents d'eau atmosphérique peuvent s'y faire piéger, peut-être même jusqu'à 5%, grand maxi 10%, selon la nature chimique des sels (hygroscopiques = qui "aspirent" l'eau vapeur de l'atmosphère, et la retiennent fortement), mais permettant néanmoins le lent déplacement de films aqueux très salins, même à des températures très basses, inférieures à -20 °C. Techniquement, ces molécules d'eau ne sont ni à l'état de solide (glace), ni de gaz (vapeur d'eau), mais leur concentration est trop faible pour parler d'eau liquide, et ces molécules sont totalement liées aux ions des sels, ce que l'on appelle en chimie une saumure. L'eau piégée dans la saumure met plusieurs dizaines de jours à s'évaporer dans l'atmosphère martienne, bien plus lentement que ne le ferait une eau "libre", notre classique eau liquide. Par ailleurs, un tel milieu n'est pas considéré comme pouvant abriter de la vie.

Mars possède deux petits satellites naturels, Phobos et Déimos, ressemblant à des astéroïdes de type chondrite carbonée ou de type D.

Phobos, le satellite naturel de Mars le plus proche de sa planète, est une masse irrégulière de 27 x 22 x 18 km qui orbite à moins de 6 000 km d'altitude, au point de n'être pas visible depuis les régions polaires de la surface martienne, au-delà de 70,4° de latitude nord ou sud, où il est masqué par la courbure de la planète.

C'est un autre satellite de Mars, très connu.

Article mis en lumière la semaine du 8 mars 2010, la semaine du 3 janvier 2022.

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Attention, à ne pas confondre ! Pour les sujets ou articles dits homonymes, voir : Mars . Située à environ 228 millions de kilomètres du Soleil, Mars est la quatrième planète du Système solaire. Sa couleur rouge est donnée par l'abondance d'oxyde de fer (rouille) sur sa surface.

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ESA - Space for Kids - Notre Univers - Mars, la planète rouge

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On appelle souvent Mars la 'Planète Rouge' parce qu'elle apparaît dans le ciel comme une étoile rouge-orangé. C'est à cause de cette couleur que les Grecs et les Romains de l'Antiquité l'ont baptisée du nom de leur Dieu de la Guerre.