Eau sur mars: les révélations d’une météorite pourtant sèche

La planète Mars n’a pas toujours été un désert poussiéreux tel que nous le connaissons aujourd’hui. Il fut un temps où elle renfermait de l’eau: les données rassemblées par les sondes spatiales et les mesures effectuées par les rovers indiquent que l’or bleu était même présent en surface – et qu’il s’y trouve encore aujourd’hui, surtout sous forme d’hydrogène lié chimiquement dans les minéraux de la roche.

On ignore toutefois l’âge de ces minéraux contenant de l’hydrogène, tout comme on ignore où et dans quelle concentration ils existent sur Mars. Ces détails seraient pourtant déterminants pour mieux comprendre à quoi ressemblait la planète rouge à l’origine et si elle était alors potentiellement habitable.

Dans le cadre d’une collaboration interdisciplinaire, une équipe de recherche danoise, suédoise et suisse s’est penchée sur la question de l’eau sur Mars. Elle a, pour cela, examiné non pas la planète elle-même, mais un morceau de roche martienne arrivé sur terre il y a plusieurs millions d’années: la météorite NWA 7034, mieux connue sous le nom de «Black Beauty». Celle-ci ne contient pas d’eau liquide. Toutefois, quand l’eau réagit avec la roche, elle laisse une trace chimique, par exemple sous forme de composés ferreux ou de minéraux hydratés. C’est précisément le genre de traces que les scientifiques voulaient rendre visibles à l’intérieur de l’échantillon.

Pour y parvenir, ils ont combiné deux techniques d’imagerie complémentaires: la tomographie neutronique et la tomographie à rayons X. Les mesures au moyen des neutrons ont été effectuées à la source de spallation SINQ du PSI. «Les neutrons sont particulièrement sensibles à l’hydrogène», explique David Mannes, scientifique au PSI, qui a réalisé avec Anders Kaestner la tomographie neutronique au PSI. «En combinaison avec la tomographie à rayons X, nous avons non seulement pu démontrer la présence de minuscules minéraux altérés par l’eau, mais aussi, et pour la première fois, rendre visibles de minuscules traces d’hydrogène.»

Ces signatures riches en hydrogène se trouvent sur des roches martiennes très anciennes et sont présentes dans des zones macroscopiques, clairement délimitées. On peut en conclure que l’eau a réagi très tôt avec la croûte martienne, alors encore jeune. Les scientifiques ont publié leurs résultats dans la revue spécialisée Geophysical Research Letters.

Des neutrons pour découvrir la beauté intérieure d’une météorite

«Black Beauty» – la «Beauté noire» – est un fragment de la planète rouge, catapulté dans l’espace il y a fort longtemps à la suite d’un impact de météorite sur Mars, et qui, après un long vol, a fini par s’écraser dans le Sahara marocain. Les matériaux contenus dans ce morceau de roche de quelque 320 grammes ont près de 4,48 milliards d’années, ce qui fait de cette météorite l’un des plus anciens fragments connus de la croûte martienne.

Ce morceau de roche très convoité a déjà fait l’objet d’analyses approfondies dans le cadre d’études précédentes. Une première estimation de sa teneur en hydrogène a été effectuée en chauffant la météorite de manière contrôlée pour analyser l’eau ainsi libérée. Par la suite, des scientifiques ont examiné au microscope des coupes extrêmement fines de l’ordre du micromètre afin de saisir en détail la minéralogie de «Black Beauty». Toutes ces études parviennent à un résultat similaire: «Black Beauty» est pleine d’eau, ou du moins de traces d’eau.

Le problème de ce type d’analyses est toutefois qu’elles ne livrent que des informations quantitatives sur la teneur générale en eau ou qu’elles se limitent à l’examen de petites zones localisées dans la roche. Elles ne permettent pas d’obtenir une image de la répartition spatiale des minéraux ayant été en contact avec l’eau dans la météorite en général.

L’étude menée entre autres au PSI a donc tenté une autre approche: l’équipe internationale a combiné pour la première fois la tomographie neutronique et la tomographie à rayons X pour examiner en détail et en trois dimensions une partie de la météorite sans toutefois la détruire. «Le morceau de «Black Beauty» aux dimensions 12 x 8 x 2 millimètres est arrivée de Copenhague dans un colis», se souvient Anders Kaestner en souriant. «En Suisse, nous l’avons placé dans notre ligne de faisceau et nous en avons reconstruit l’intérieur à l’aide des neutrons.»

Deux méthodes pour une image générale

Nous connaissons les rayons X pour y avoir été exposés un jour ou l’autre dans le domaine médical. Ils fonctionnent sur le principe de l’ombre portée: le rayonnement pénètre dans un objet, où il est atténué ou diffusé à des degrés divers selon le matériau, puis ressort de l’autre côté où il est détecté, fournissant une image bidimensionnelle de l’intérieur de l’objet examiné. La tomographie va plus loin: l’objet pivote à 360 degrés dans le rayon, ce qui permet de représenter l’intérieur en trois dimensions, sans l’abîmer.

Les rayons X conviennent à merveille pour rendre visible la répartition d’éléments plus lourds comme le silicium ou le fer. Avec des éléments légers comme l’hydrogène, en revanche, le contraste est quasiment nul dans la roche dense. «Lorsque nous avons examiné la tomographie à rayons X de la météorite, nous avons vu des «trous» bien plus gros, dans une roche par ailleurs plutôt dense», explique Anders Kaestner. «C’est seulement avec la tomographie neutronique que nous sommes finalement parvenus à montrer que ces trous n’étaient pas vides, mais qu’ils étaient remplis de matériau contenant de l’hydrogène.»

Une capsule temporelle venue de la croûte martienne

Pour comprendre ces signatures laissées par l’hydrogène, il est nécessaire, dans un premier temps, de les replacer dans un contexte géologique: «Black Beauty» n’est en effet pas un simple morceau de roche homogène, mais un patchwork hétéroclite de fragments de croûte très anciens. «En géologie, nous parlons de brèche», explique Katrine Wulff Nikolajsen de l’Université de Copenhague, coautrice de l’étude et experte de la planète Mars. «C’est une structure constituée de débris provenant de différentes époques géologiques et qui paraît avoir été cuite avec du béton de roche.»

La composition complexe de «Black Beauty» est le résultat de plusieurs impacts de météorites d’ampleur colossale sur la planète rouge. «De tels évènements libèrent une énergie considérable dans le système», constate Katrine Wulff. «Les roches issues de différentes couches sont soulevées, fracturées, partiellement fondues, puis mélangées à nouveau.» Un dernier impact a finalement fourni à la brèche suffisamment d’énergie pour qu’elle puisse échapper au champ gravitationnel de la planète Mars et entamer son voyage vers la Terre.

La météorite «Black Beauty» qui s’est écrasée dans le désert du Sahara, au Maroc, est donc une sorte de capsule temporelle géologique, qui contient le matériel de différentes époques de la croûte martienne, et notamment les plus anciens échantillons rocheux de la planète rouge dont nous ayons connaissance. «Avec nos deux méthodes d’analyse, nous constatons que les traces altérées par l’eau ne sont pas homogènes dans l’échantillon, mais qu’elles se présentent plutôt sous forme d’anomalies locales concentrées, de taille macroscopique», indique la géologue. «Ces anomalies se trouvent avant tout dans les fragments de roche les plus anciens et représentent environ 11% de la teneur en eau totale de l’échantillon analysé.»

On peut en conclure que l’eau a dû être présente très tôt déjà dans l’histoire de la planète rouge. Des processus géologiques renfermant d’énormes quantités d’énergie – par exemple l’activité volcanique ou les impacts – ont permis au précieux liquide de réagir avec la roche, où il a été conservé sous forme de minéraux hydratés. «Nous observons aussi de tels processus sur la Terre», explique Katrine Wulff.

L’étude apporte ainsi non seulement de nouveaux éclairages sur l’histoire très ancienne de la planète rouge, mais constitue également une percée en matière méthodologique: l’hydrogène présent dans les roches martiennes a pu, pour la première fois, être cartographié en trois dimensions et sans endommager l’échantillon. Même si ce dernier ne mesurait que 12 x 8 x 2 millimètres, le procédé peut être aussi appliqué à des échantillons plus grands et pourrait, à l’avenir, jouer un rôle important lorsque des échantillons de roches issus de missions sur Mars ou d’autres corps célestes doivent être analysés.

«Nous serions prêts», dit David Mannes. «Nous disposons au PSI de l’infrastructure complète – depuis la tomographie neutronique à la Source de spallation SINQ jusqu’à la tomographie à rayons X haute résolution à la Source de Lumière Suisse SLS.»

Texte: Institut Paul Scherrer PSI/Benjamin A. Senn

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Contact

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Dr Anders Kaestner
PSI Center for Neutron and Muon Sciences
Institut Paul Scherrer PSI

+41 56 310 42 86
anders.kaestner@psi.ch
[Allemand, anglais]

Publication originale

Direct detection of hydrogen reveals a new macroscopic crustal water reservoir on early Mars
Estrid Buhl Naver et al.
Geophysical Research Letters, 13.08.2026

DOI: 10.1029/2026GL121841

Communiqué de presse sur le site web de l'Institut Paul Scherrer