Une étude, dont les résultats intitulés «Formation of gullies on Mars by debris flows triggered by CO₂ sublimation» ont été publiés dans la revue Nature Geoscience, a permis de découvrir que les ravines observées sur Mars seraient produites par l'action de la glace de CO2 en hiver ou au printemps, et non par des écoulements d'eau liquide, comme avancé jusqu'ici.

Rappelons tout d'abord que «depuis 2000, les caméras embarquées sur les satellites en orbite autour de la planète Mars nous ont envoyé de multiples images montrant la présence de chenaux et de cônes de débris, semblables à ceux créés sur Terre par l'action de l'eau liquide sur les pentes d'éboulis, avec parfois un parcours sinueux».

Comme «la formation de ces ravines semblait récente, âgées de quelques millions d'années à seulement quelques années», l'idée «que des quantités non négligeables d'eau liquide potentiellement propice à une forme de vie pouvaient se former sur la planète Mars aujourd'hui» était relancée. Cependant, des clichés de la sonde Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA ont récemment remis en question «le rôle de l'eau liquide dans la genèse des ravines».

Plus précisément, ces clichés «ont révélé la formation de nouveaux chenaux, à des saisons où les températures sont beaucoup trop basses pour imaginer que de l'eau, même salée, puisse contribuer à un écoulement liquide»: en fait, «le creusement des nouveaux chenaux semblait se dérouler lorsque que de la glace carbonique (formée par la condensation de l'atmosphère de CO2 sur la surface pendant l'hiver martien) était présente».

Pour mieux comprendre les processus physiques liés à la condensation et la sublimation du CO2, l'étude ici présentée a élaboré «un simulateur numérique de l'environnement sur différentes pentes de la planète Mars». Ce modèle, qui prend en compte, du sous-sol à l'atmosphère, «les échanges thermiques par rayonnement, par conduction, ou induit par les changements de phase du CO2», permet «de simuler l'évolution du CO2 sous toutes ses phases au cours d'une année martienne, notamment sur la surface et dans les pores et les interstices du sous-sol».

En particulier, «à quelques centimètres sous les pentes martiennes sur lesquelles le CO2 se condense, on trouve toujours un 'pergélisol' formé de grains cimentés par de la glace d'eau» de sorte que «lorsque la glace de CO2 se condense sur le sol en hiver, l'air présent dans les pores et interstices du sous-sol immédiat se retrouve confiné, pris en sandwich entre le pergélisol étanche et la couche de glace de CO2 à la surface».

Les simulations numériques réalisées mettent en lumière les processus en jeu. Tout d'abord, «à la fin de l'hiver et au printemps, les rayons du Soleil passent au travers de la couche de glace de CO2 translucide et la chauffe par la base» de sorte que «la glace de CO2 ne fond pas, mais se 'sublime', en passant directement en phase gazeuse».

Ainsi, «le gaz produit se diffuse dans le proche sous-sol poreux» et «une partie peut s'y recondenser tandis que le reste du gaz s'accumule dans l'espace poreux restant, augmentant considérablement la pression dans le proche sous-sol, jusqu'à plusieurs fois la pression atmosphérique».

Cette surpression, qui «finit par fracturer la glace de surface», génère une violente décompression pendant que les pores du sous-sol sont «traversés de puissants flux d'air liés à l'évacuation du surplus de gaz et à la sublimation rapide de la glace de CO2 du sous-sol»: ainsi «en quelques minutes, voire quelques secondes, plusieurs mètres cubes de gaz (voire même plusieurs dizaines de mètres cubes au niveau des fractures) diffusent verticalement vers la surface».

Il est important de souligner que «de tels flux sont capables de déstabiliser les grains situés sur les pentes et ainsi de provoquer des éboulements et des coulées» et que la pression du gaz peut surtout «entraîner une véritable fluidification de l'avalanche, et lui donner les propriétés d'un écoulement liquide» (Notons que si «un tel phénomène est sans équivalent sur Terre», il peut être rapproché «de certaines coulées pyroclastiques générées pendant les éruptions volcaniques lorsque des avalanches de blocs et de débris sont déclenchées et fluidifiées par les gaz de l'éruption»).

En outre, le modèle proposé explique «pourquoi les ravines martiennes sont observées entre 30° et 60° de latitude, sur quelques pentes jusqu'aux pôles, et qu'en deçà de 45° les ravines ne se trouvent quasiment que sur les pentes orientées vers les pôles» puisque «le phénomène de surpression et de fluidification a précisément lieu là où les ravines sont observées».

Il en résulte «que l'exposition au soleil de la glace de CO2 déposée en hiver par la condensation de l'atmosphère sur les reliefs martiens est à l'origine d'une partie des ravines de la planète Mars (et peut-être de toutes) via un phénomène sans équivalent sur notre planète». Comme «l'eau liquide ne serait pas impliquée dans la formation des ravines», cette étude remet «en question l'idée que ces régions aient pu être propice à la vie dans un passé récent».