Sommaire du cours de
Planétologie.
Les météorites.
I Introduction.
A Définitions.
• Météorites : pierre tombée du ciel. Météorite 
météore qui est un phénomène lumineux du à la chaleur de ralentissement de l’atmosphère.
• Patine noire : croûte de fusion de 0 à 1mm d’épaisseur.
• Vitesse d’entrée dans l’atmosphère : 54 000km/h.
B Importance.
• 100 000 météorites de poids supérieur à 1kg tombent chaque année. Une centaine a un poids supérieur à 100kg.
• Une météorite de diamètre supérieur à 10km tombe en moyenne tous les 10 millions d’années et provoque une crise biologique.
La masse de la Terre augmente de 200 000 tonnes par an, soit 500 000 milliards de tonnes tombées sur Terre en 4,6 milliards d’années. Ces météorites formeraient une couche uniforme de 40cm d’épaisseur.
• Sur Terre, les 2/3 des météorites sont perdues (chute dans les océans).
• En France, depuis 1492 (Ensisheim), est réalisé un inventaire des météorites tombées (68).
On observe ces météorites là où il n’y a pas de couverture végétale : sur un désert (Sahara) et en antarctique mais la glace va drainer les météorites pour les concentrer sur des verrous rocheux.
C Origines proches.
- Etoiles filantes (poussières).
- Ceinture d’astéroïdes entre Mars et Jupiter (voyage entre 1 million et 2 milliards d’années).
- Planètes telluriques (Mars, la Lune). Mars a donné 11 météorites et la Lune 15. Ces météorites sont de type météorites basaltiques hydratées. Leur âge est compris entre 1,3 et 1,5 milliards d’années.
II Diversité de météorites.
On distingue deux classes de météorites : les chondrites (85% du total) et les achondrites (15%). Elles ont un intérêt pour reconstituer la genèse du système solaire.
A Les chondrites (allure pierreuse, aérolithes).
1 Caractéristiques.
Présence de chondres (granules ou nodules) dans 80% de la roche, de globules vitreux ou microgrenus dont le diamètre va de 0,1mm à quelques millimètres.
La composition des chondrites :
- 75% de silicates (olivine + pyroxène) riches en éléments réfractaires (Ca, Al, …)
- 25% de fer, nickel (alliage natif) sous forme de petits cristaux dans les chondres.
- Idem pour la matrice mais elle est plus riche en éléments volatils
Ce sont des péridotites ferreuses (différentes des péridotites mantelliques pauvres en fer).
Le métamorphisme périphérique provoque la recristallisation interne sans eau : thermogenèse sans eau et brêchification en cas de chocs.
2 Composition chimique.
Les chondrites ont la même composition chimique que la totalité de la Terre :
- Péridotites pauvres en fer : manteau.
- Fe, Ni : Noyau.
- Aluminosilicates : croûte.
La Terre est-elle une chondrite énorme qui se serait différenciée ?
Les chondrites ont la même composition que le « soleil cristallisé » aux éléments volatils près, soit à 99,8%
3 Classification.
• Les chondrites carbonées (5%).
Elles ont une teneur non négligeable en matières carbonées abiotiques : CI, CH, CO, CN, CK, CR. Exemple : Orgueil (Montauban, Allende).
Le carbone sert à la formation de :
- 70 acides aminés dont sept seulement sont connus dans les protéines.
- Hydrocarbures.
- Polymères insolubles (mononucléus de carbone).
- Composés azotés (adénine, guanine, uracile) ? Rôle biomajeur pour le codage de l’ADN.
Ces composés carbonés sont riches en deutérium (connu dans les molécules des composés carbonés interstellaires). Ces composés subissent aussi une altération hydrothermale.
On peut voir que le pourcentage de carbone dans les comètes est 10 fois supérieur à celui des chondrites mais son origine est différente. Les chondrites sont aussi riches en iridium.
• Les chondrites ordinaires (93%).
LL, L et H. Exemple : l’Aigle.
• Les chondrite à enstatite (2%).
EL, EH. L’olivine est remplacée par de l’enstatite.
Les chondrites sont considérées comme des horloges géologiques.
4 Age des chondrites (horloges géologiques).
L’âge de la recristallisation des chondrites est de 4,6 milliards d’années. En fait, il est plutôt compris entre 4,48 et 4,58 milliards d’années.
L’âge des chondrites est à peu près le même que celui de la Terre et de la Lune.
Les chondrites ont 50 millions d’années de plus que les achondrites.
5 Genèse.
[C] = Terre, Soleil, et chondrites appartiennent à la même pâte.
Les chondrites sont les témoins d’une nébuleuse pré-solaire puis des disques proto-planétaires.
La température très forte au centre du soleil a provoqué l’évaporation des grains interstellaires alors que la plus faible température en périphérie a préservé les grains pré-solaires que l’on retrouve maintenant entre mars et jupiter.
Condensation progressive par refroidissement : éléments réfractaires, éléments volatils.
Les chocs ont accru la température et donc, provoqué une fusion avant l’accrétion dans les corps parents.
B Les achondrites : météorites différenciées.
Les achondrites sont dépourvues de chondres.
1 Les achondrites pierreuses, basaltes (8%).
Plagioclases (baguette) + pyroxène (gros cristaux) = structure doléritique (micro-gabbros).
- Eucrite (3%) pigeonite (clinopyroxène à Fe, Mg, Ca).
- Howardite (2,5%) hyperstène (orthopyroxène ferromagnésien).
2 Les achondrites pauvres en Ca : roches grenues (84%).
- Aubrites (1%) 100% d’enstatite (pyroxène Mg).
- Diogénite (1%) 100% d’hyperstène (FeMg).
- Urélites (0,5%) olivine + pyroxène pigeonite.
3 Les sidérites ou météorites de fer (7%).
Les sidérites sont composées d’un alliage de fer-nickel (plus un peu de soufre) et leur densité est proche de 8.
- Taenite : 30/50% de Ni.
- Kanacite : 5/7% de Ni.
- Octaèdrites : 6/13% de Ni. Elles sont inconnues sur Terre et présentent la figure de Vidmhanstätten.
Avec les octaèdrites, on trouve les hexaèdrites (5/7% de Ni, = Kanacite) et les ataxites (35% de Ni, Taenite prédominante).
4 Les lithosidérites (1%).
Les lithosidérites sont composées d’un alliage mixte (silicates + métalliques). Parmi elles, on trouve :
- Les Pallasites : beaux cristaux d’olivine.
- Les Mésosidérites : pyroxènes et plagioclases.
Elles ont une composition proche de celle de l’interface manteau/noyau.
5 Caractéristiques et genèse.
On distingue quatre caractéristiques majeures :
- Age : L’âge de leur cristallisation est pus récent de 50 millions d’années que celui des chondrites.
- Chacune des familles a une composition différente de celle des chondrites, de la Terre ou du soleil ? Les achondrites sont différenciées. Les quatre familles regroupées ont la composition des chondrites, donc, de la composition de la nébuleuse pré-solaire.
- Chaque subdivision correspond à une des enveloppes de la Terre :
• Eucrite ? Croûte ? Basaltes.
• Aubrite ? Manteau +péridotites.
• Sidérites ? Noyau ? Fer + Nickel.
• Sidérolithes = interface manteau/noyau (Fe, Ni, orthopyroxène à olivine).
- On obtient par décantation les différentes espèces d’achondrites en fondant une chondrite. Les achondrites proviennent d’astéroïdes (chondrites) qui auraient fondu, se seraient différenciées puis brisées.
II Impactisme terrestre (météoritique).
A Cratère d’impact fossile ou astroblème.
136 cratères de ce type ont été recensés, dont 32 on leur diamètre supérieur à 20km. On les identifie par :
- Les restes (lac, avec sédiment dont diatomites) de fragments de météorites (dans 10 seulement). Exemple : « Meteor Crater ».
- Le métamorphisme d’impact des roches bombardées : « Shatter Cones ». Ce sont des structures coniques (sur calcaires ou formations quartzitiques), de 1cm à 1m, d’angle de 75° (obtenu sous une pression de 105 atmosphères).
- Les impactites (ou suévites) : elles ont subi une fusion et une pression énorme, leur vitrification est totale. Leur concentration en Ni, Pt, Ir est vingt fois supérieure à celle des roches terrestres.
- L’érosion efface vite les cratères. Un cratère de 100 mètres de diamètre est effacé en un million d’années, un cratère de un kilomètre de diamètre est effacé en un à deux milliards d’années. Ce sont des socles anciens, visibles par télédétection.
- Les cratères en milieu marin. On trouve le cratère de Montagnais à l’est du Canada (60 kilomètres de diamètre, âgé de 50 millions d’années) ; le cratère de Chixulub (Yucatan) a un diamètre compris entre 170 et 200 kilomètres et date d’il y a 65 millions d’années ; l’astroblème de Rochechouart.
- 1 : Astroblèmes contemporains à un trapp (crise Permien/Trias), salve de météorites.
- 2 : Deux crises entre le trias et le jurassique. Ce sont deux gros astroblèmes. Le 4 est une des crises majeures.
- 5 : Rochechouart. Astroblème daté à –214 millions d’années.
- 13 : Limite K/T : cratère de Chixulub avec des cratères latéraux et le volcanisme du Deccan (Inde).
- 19 : cratère russe de Popigaï, situé à la limite Eocène/Oligocène, des volcans lui sont associés.
- 21 : Cratère du Ries (Allemagne) plus volcanisme associé.
Le cratère de Rochechouart et la crise Trias/Jurassique. Vers 250 millions, il y a eu une crise Permien/Trias où 95% des espèces disparurent. Vers 215 millions d’années, on a une crise biologique sur l’Europe :
- Les foraminifères changent totalement sauf quelques hyalis.
- Tous les reptiles changent.
En basal, on trouve des terrains basaltiques, mais pourtant, il n’y a pas de volcanisme présent.
Ce cratère a une taille de l’ordre de vingt kilomètres. Autour du cratère, on trouve des failles transformantes.
1 Les affleurements à Rochechouart.
On trouve deux types de roches conservées :
- Roches cataclastiques : roches dues à des cassures (brèches Y).
- Roches impactites ; roches formées par des débris de l’impact (brèches X).
- On trouve aussi des cônes de percussion.
En coupe C-C, on peut observer un socle granitique avec des gneiss et de l’amphibolite. Les brèches Y sont monogéniques : formées d’un même élément. Les brèches X sont polygéniques (disposées sur les Y), vitrifiées (d’où la ressemblance aux basaltes).
Les roches X sont des allochtones : des éléments ne sont pas puisés dans le substrat : elles sont composées de clastes anguleux, de gneiss, de granite et d’une matrice formée de poussière avec ou sans verre.
2 Les différents types d’impact.
Le type Rochechouart.
Les brèches ont beaucoup d’éléments de grande taille, souvent du gneiss lié par une poussière durcie. Il n’y a pas de vitrification. Ce sont des retombées (éjectas) d’énormes débris venant du socle. La fracturation du socle a du se faire avec une pression inférieure ou égale à 10GPa et une température inférieure ou égale à 1000°C.
Le type Chassenon (suévites vertes).
On trouve des brèches de retombées avec des petits débris, des fragments de verre. La pression était inférieure ou égale à 100GPa et la température inférieure ou égale à 1000°C. Il y a eu formation d’un verre diaplectique.
Le type Montoumé (suévites rouges).
Les brèches contiennent de l’hématite (fer) entourant de petits débris et une matrice formée de débris avec du verre. La pression était inférieure ou égale à 100GPa et la température comprise entre 1000°C et 10 000°C.
Le type Babaubus.
Les brèches ont un très fort taux de fusion avec des gaz (formation de bulles). La pression était comprise entre 100GPa et 1 000GPa, la température était proche de 10 000°C. La matrice est vitreuse, riche en Ni et Cr venant de la météorite.
Les quatre types sont des étages sur une coupe. Du centre vers la périphérie, on peut distinguer une zonation dans les impacts. Pour trouver un cratère, il faut trouver les brèches.
Le fond du cratère est composé de gneiss avec des failles où sont injectés des granites ou des microgranites (remontée le long des failles). Au-dessus, on trouve des argiles brèchiques de quelques centimètres qui séparent deux couches.
On trouve une anomalie gravimétrique qui est négative au centre et qui dessine un cercle.
3 Théorie du multi-impactisme il y a 215 millions d’années.
Les cratères sont peut être dus à une salve météoritique. Sur une carte paléontologique, on voit que les cratères sont sur une ligne équatoriale.
Une Katena est une chaîne de météorites.
Cette idée de multi-impactisme vient de ce qu’il s’est passé sur Jupiter (Shoemaker Levy) une météorite fragmentée.
Autour de Rochechouart, on observe de nombreux cercles d’ondes tectoniques. Ces cercles sont proches mais on un centre différent. On trouve deux cratères contemporains : de la même salve.
D’un côté, en a un métamorphisme endogène (classique) alors que de l’autre, le métamorphisme est impactique. La fracturation a entraîné la formation de verres diaplectiques, du verre liquide et une fusion ; la vaporisation finale.
B Tectites.
Les tectites sont des restes disséminés dans la nature (non regroupés). Ce sont des cailloux de verre, de formes variées, vert clair sans eau (anhydre).
Les tectites ne sont pas réparties de manière homogène : on a des champs de concentration forte qui ont pu être datés : de 0,75 million d’années à 35 millions d’années. Leur répartition et leur âge est différent : ce peut être à cause des cratères qui sont encore visibles et des autres qui ne le sont plus.
Les tectites ne sont que du verre parfois lamellé.
C Astroblèmes et extinction des espèces.
La limite K/T (65 millions d’années).
Au niveau de cette limite se sont éteints les dinosaures, les ammonites, les rudistes, les bélemnites (75% des espèces ont été détruites).
- Hypothèse météoritique extra-terrestre.
- Eruption volcanique (série d’éruptions).
- Hypothèse gradualiste (mort à cause de la diminution du niveau des océans).
Les crises biologiques sont toutes d’origine climatique.
1 L’origine extra-terrestre (comète ou astéroïde).
Cet objet devait avoir :
- Un diamètre de l’ordre de 10km pour provoquer un choc global.
- Une vitesse supérieure à 10km/s.
Il aurait provoqué :
- Des tempêtes et des raz de marées, des incendies.
- Un obscurcissement, le froid, des pluies acides.
- Un effet de serre permettant un réchauffement.
Des questions restent encore posées : s’il a eu lieu : Où ? Un ou plusieurs chocs ? Quelle périodicité ?
La rapidité des extinctions en masse.
Quelques années ou des millions d’années ?
- Deux à trois mètres sous le niveau K/T, on observe 22 espèces vivantes ? extinction brusque.
- Les dernières empreintes de dinosaures sont trouvées à 30cm sous ce même niveau : soit, 10 000 ans.
La durée de l’extinction doit être comprise entre 50 et 1000 ans.
En Italie, les calcaires du crétacé supérieur sont sous des calcaires du paléocène, séparés par 1 à 2cm d’argiles noires KT, riches en Iridium. Un centimètre représente tout au plus une période de 1000 ans.
Dans une coupe en Espagne, on a trouve un niveau d’argiles noires indiquant une période d’une durée de 50 ans uniquement.
Les argiles sont à base de cendres d’impacts altérées par les eaux.
Les indices des impacts sont :
- L’iridium.
- Les sphérules minérales.
- Les magnétites nickélifères.
- Les quartz choqués.
Le cas de l’iridium.
- La concentration de la croûte terrestre en Iridium est faible (0,03ppmol) et issue d’un bombardement cosmique continu.
- La concentration en Iridium des chondrites carbonées est de 500ppmol.
- La concentration en Iridium au niveau KT (de Gubbio) est, sur un centimètre d’argiles (1000 ans), égale à la concentration sur six mètres de calcaires.
La concentration au niveau KT est donc anormale (de 1mg/tonne) et montre donc une anomalie.
On trouve des anomalies pour d’autres météorites : platine, or, acides aminés, …
Le rapport Ir/Au est identique entre celui de la limite KT et celui des chondrites carbonatées.
Si l’Iridium est du à l’impact, il n’y aurait qu’un pic fort mais l’augmentation est non brutale. On peut expliquer une partie de cette montée progressive par des animaux fouisseurs qui se sont baladés dans les calcaires et ont pu faire descendre de l’Iridium (par bioturbation).
La retombée après le pic viendrait de la retombée du nuage.
Une seconde explication, quant à la forme du pic, est qu’il y a eu météorisme et volcanisme simultanément et que les deux phénomènes sont superposés.
Les sphérules minérales.
On trouve des tectites dans les argiles de la limite K/T : ils devraient provenir de verre basaltique fondu par le choc.
Les magnétites nickélifères.
Si l’on fait un lavage de l’argile sur un tamis fin, on trouve des magnétites nickélifères. Elles sont inconnues dans les roches terrestres.
Quand une météorite métallique entre dans l’atmosphère, il y a fusion de la périphérie qui provoque l’apparition d’une croûte noire de fusion. (FeO + Ni).
Les grains de quartz choqués.
Ces grains ont un diamètre proche de 500µm et proviennent d’un métamorphisme d’impact. On trouve de multiples « lamelles » qui sont des bandes de déformation ou macles mécaniques dues aux ondes de choc à grande vitesse (pression égale à 105 atmosphères). Ces « lamelles » sont trouvées dans : des sites d’explosions nucléaires, des cratères d’impact.
Ces grains sont de la stishovite (SiO2 de haute pression). Cette dernière est unique aux impacts.
On trouve aussi des zircons choqués.
L’hiver d’impact et le réchauffement qui suit.
La terre reçoit une météorite qui entre dans le sol et crée un champignon de fumées (eau gazeuse, poussières). Il y a d’abord obscurcissement de l’atmosphère qui provoque la diminution de la température (= « hiver d’impact ») pendant des jours à plusieurs mois, voir années. ? 90% du plancton meurt.
Le nuage de vapeur d’eau dans la même atmosphère va piéger la chaleur terrestre : la température va s’accroître par effet de serre. Si l’impact a eu lieu dans une zone calcaire, du CO2 se dégage et va accentuer l’effet de serre. Si la température augmente fortement, l’O2 et le N2 se combinent pour donner des pluies acides qui vont provoquer la disparition des angiospermes et la dissolution des coquilles d’invertébrés marins.
On trouve des boules de suie dues aux incendies et des pics d’hydrocarbures aromatiques.
Multiplicité et périodicité d’impact.
Les quartz choqués sont représentatifs d’un choc en milieu continental. Les sphérules montrent, elles, un choc en milieu océanique. Le rapport Fe3+/Fe2+ des spinelles est différent selon la localisation. ? Il y a donc plusieurs impacts quasi simultanés : ricochet de la météorite ?
Une période d’impactisme de 32 millions d’années serait due à l’orbite d’une étoile inconnue perturbant tous les 32 millions d’années les comètes du système solaire.
Astroblème de Chixulub (Yucatan-Mexique).
Au départ, ce lieu était étudié pour des recherches pétrolières.
• Coupe de Chixulub.
Le cratère est caché par du terrain du tertiaire. Il semble qu’il y ait une structure annulaire par gravimétrie.
On trouve des brèches en couronne qui coupent les anneaux de l’astroblème.
En mer, les lignes sont plus anarchiques : la météorite est tombée obliquement. On a des failles qui sont en liaison avec l’astroblème (en rouge).
Le forage sur le site : On a trouvé des roches qu’on a cru être des andésites. Les forages ont permis de réaliser une coupe. Le bassin s’est mis sur quelque chose de déjà creusé. Au centre, on trouve le piton central avec autour, des brèches avec des svénites (verre). Cette lentille date de 65 millions d’années.
L’épaisseur de crétacé supérieur est de 4 kilomètres avec des calcaires. Il y a avait au moment de l’impact ces terrains là. L’impact s’est probablement réalisé en mer. Dans les brèches, on trouve quelques quartz choqués et des anomalies d’Iridium.
Vers la région de Mexico, on trouve des sédiments contemporains de 2 à 3 mètres ? on peut bâtir le scénario catastrophe.
La coupe de Minbral montre des débris d’impacts comme : du quartz choqué et les tectites des deux types ? 65 millions d’années.
On trouve ensuite de gros bancs gréseux.
Les eaux sont ensuite allées sur le continent et ont provoqué un immense raz de marée qui est allé jusqu’au nord des états-unis. Il y a eu un ramonage des forets.
On a trouvé des figures de courants alternés qui montrent un aller-retour de cette vague.
En 3, on a des sites par sables qui sont très fins, on n'a pas de figures de courants. On trouve l’iridium au sommet de cette couche car il est retombé en panache de fumées.
2 Eruption volcanique en Inde.
Vogt a constaté en 1972 l’éruption d’un volcan très important vers –65 millions d’années : « les trapps du Deccan ». (trapp = escalier en hollandais et décan = sud en sanskrit).
Mc Dean, en 1970, a émis l’hypothèse d’un volcanisme ayant éjecté beaucoup de fumées et de CO2. Ce qui aurait provoqué une extinction en masse.
Il y a le problème des dépôts au niveau argileux à l’iridium de la limite K/T.
M x 10 000 ans ? hypothèse volcanique
Ou
1 à 50 ans ? hypothèse météoritique.
Durée de l’éruption du décan.
Les coulées ont donné 2400 mètres d’épaisseur totale sur m?10 000km² de basalte.
+ couches de 10 à 50m
• datation K-Ar entre –30 et –80 millions d’années (large fourchette)
• Polarité inversée dans le paléomagnétisme de 80% des échantillons.
Début du volcanisme = périodicité normale, Maastrichien
Culmination = période inv. (29) K/T
Fin = période inverse (29) tertiaire.
Période de un million d’années.
volcanisme a commencé avant et fini après l’impact.
• La datation Argon39/Argon40 (récente) a donné un age compris entre 68 et 63 millions d’années.
• Données paléontologiques : œufs et dents de dinosaures ; abatomphalus mayaroenis (globotruncana, foraminifère, plancton) dans RS de couche inférieure.
Durée de ½ million d’années.
Critiques des preuves de l’hypothèse cosmique.
• L’iridium : il apparaît des concentrations anormales en iridium dans le volcanisme d’Hawaï (Kilaucae) et de la Réunion (Piton de la fournaise).
Or, l’argile du niveau K/T provient de l’altération de basaltes (Smectite remplace Illite normale) ou de verre d’impact.
• Les sphérule peuvent provenir d’une éjection volcanique ou de la croûte océanique fondue par un impact.
• Le quartz choqué peut apparaître avec des pressions inférieures à 105 atmosphères mais sur du matériel chaud comme pendant une éruption volcanique (Mont St Hellens) : ce quartz choqué apparaît aussi dans le volcanisme récent de Sumatra (TOBA).
Il existe 10% de laves acides dans les provinces basaltiques
Volcanisme explosif probable.
On a des conséquences identiques pour les deux hypothèses. Les cendres volcaniques peuvent provoquer l’obscurité qui va entraîner le froid et la baisse de la photosynthèse.
Il y a aussi augmentation de SO2 qui donne ensuite H2SO4 et provoque des pluies acides (Exemple de Laki en 1973 : mort de 75% du bétail).
Etalement dans le temps des extinctions massives.
Toutes les extinctions n’ont pas été simultanées et catastrophiques. On a au moins eu deux phases : une 300 000 ans avant K/T (baisse eustatique et refroidissement global) et l’autre 50.000 ans après.
Le Deccan : un énorme « point chaud ».
Il y a alternance des inversions magnétiques. A la fin du crétacé, il y a augmentation de l’activité dans le noyau externe et à la limite manteau/noyau car :
- Inversions fréquentes des inversions magnétiques
- Pas d’inversion entre –120 et –85 millions d’années.
- Inversion 20 millions d'années avant K/T
Il y a eu un épisode de convection mantellique déclenché avant K/T avec formation de panaches de matériel chaud, peu dense et moins visqueux, traversant le manteau froid et visqueux en 20 millions d’années.
• Départ de D’’ à –85 millions d’années (début de l’inversion)
• Arrivée au point chaud à –65 millions d’années.
Les trapps ont été d’énormes panaches il y a 65 millions d’années.
La Réunion est la « queue » du panache (piton de la fournaise) située à l’aplomb du Deccan avant la dérive de l’Inde. Toutefois, il existe des périodes d’extinctions massives comparables. Dans le paléozoïque, on trouve la plus longue période connue sans inversion.
La plus grande extinction de masse connue s’est déroulée à la fin du primaire et a provoqué la disparition de 95% des espèces marines à cause des trapps de Sibérie (-250 millions d’années).
On voit le tracé de l’inde qui dérive. Le hot spot ne bouge pas.
Introduction.
Mars est appelée « planète rouge » à cause d’orages planétaires qui drainent de la poussière riche en fer.
Elle a un diamètre de 6787 km (la moitié de la Terre), sa densité est de l’ordre de 3,9 (plus faible que la Terre : 5,5) et sa masse représente 11% de celle de la terre. Un jour martien fait 24h 27’.
Mars présente :
- Le plus grand volcan de l’univers : le Mont Olympus (27 km).
- Des canyons profonds : « Vallée Marineris » : 4000km de long, 260 km de large et 9 km de profondeur.
- Des sols polygonaux géants.
- Le plus grand désert de sable du monde connu.
- Des vents de plus de 300km/h au sol.
- Des dépressions fermées de plus de 4000 mètres de profondeur.
- Des températures très basses (-70°C en moyenne).
C’est un monde froid et sec.
Mars présente une zonalité marquée avec : une zone intertropicale et une zone froide.
I L’exploration moderne.
Cette exploration a été réalisée grâce aux survols (entre 1960 et 1976) de sondes.
• US mariner 4 : 6 à 7 : image dont la résolution minimale était de 500 mètres.
• US mariner 9 : en orbite autour de mars dès 1974, elle a réalisé 7300 photos de résolution inférieure ou égale à 100 mètres et a permis de grandes découvertes, comme :
des canyons, des volcans géants, des grands lits fluviaux asséchés.
• CCCP-Mars lander 3 : 1er atterrissage (ou amarsissage) mais avec la télévision détériorée !
• Deux missions Vikings : une uniquement en orbite : Viking Orbiter et l’autre qui a atterri (Viking lander).
- Viking 1 (1975-1976) a réalisé des photos systématiques de la surface de Mars.
- Viking 2 (1975-1976) a réalisé des photos des régions polaires (16000 clichés).
Survol de DEIMOS, le plus petit des 2 satellites.
• En 1996 : Mars global surveyor a réalisé la cartographie de l’ensemble de Mars et l’évolution des nuages. Les images de surface obtenues (avec un détail de 3 mètres) pourraient montrer des lacs, des sédiments. L’altimétrie laser a révélé la topographie et la répartition des masses profondes. La spectrométrie à émission a été utilisée pour l’étude des minéraux, de la température et de la pression.
• Mars Pathfindow était équipé d’une caméra couleur, d’une station météo et du robot « sujourner » de 10kg (vidéo, spectrométrie).
II Caractéristiques astronomiques.
On a deux facteurs majeurs :
- La faible masse (1/8 du volume de la Terre ; deux fois la Lune), et la gravité trois fois moindre que celle de la Terre.
- L’éloignement au soleil (la distance moyenne est de 228.106km), et la période orbitale de 687 jours terrestres.
L’orbite de Mars est excentrique (ellipse) alors que la Terre a une orbite circulaire. Le soleil n’est pas au centre de l’ellipse.
Mars présente deux hémisphères :
- L’hémisphère Nord : hiver court et doux, été long et frais.
- L’hémisphère sud : hiver long et frais, été court et doux.
Mars a un très faible champ magnétique (3000 fois plus faible que celui de la Terre) à cause de sa structure interne : le noyau liquide ne tourne pas sur lui-même.
L’axe des pôles par rapport à l’écliptique a une obliquité variable (l’axe de la Terre est constant : 23°27’) : il varie entre 35° et 15° ; actuellement, il est de 24°. Ces changements ont de grandes influences sur les climats. Ces variations d’obliquité sont dues à Jupiter (effet de marées).
Les données de l’orbitographie.
Il existe des perturbations des trajectoires des satellites artificiels à cause d’anomalies gravimétriques croûte ayant 10 à 60km de profondeur (aussi, différences de composition).
III Les enveloppes externes.
A L’atmosphère martienne.
Cette atmosphère est composée à 95% de CO2, 2,7% de N2 et 1,6% d’Ar. L’azote présent est insuffisant pour engendrer la vie.
1 L’eau.
La pression est de 6hPa (1000hPa sur Terre) ce qui a une incidence sur l’état de l’eau qui ne peut exister qu’à l’état solide ou gazeux. Le passage se fait de l’état solide à l’état gazeux (sans état liquide).
On note la présence d’eau vapeur sur Mars. Au levé du soleil, on observe des nuages de sublimation d’eau 0,03% de l’atmosphère.
2 Circulation de l’air.
• En surface.
En surface, on observe des tourbillons cycloniques et anticycloniques zonaux et symétriques par rapport à l’équateur (comme sur la Terre) mais en hiver seulement (différent de la Terre).
Le flux typiquement martien : On observe un flux de condensation saisonnier du CO2 aux pôles. On obtient des calottes polaires de neige carbonique (CO2, clathrate et H2O).
L’hémisphère Nord voit ses glaces sublimées au printemps et en été (fontes). L’hémisphère sud possède des neiges éternelles.
• En altitude.
On trouve des nuages spirales aux hautes altitudes. Ces nuages sont présents surtout en été, leur diamètre est compris entre 200 et 500km. Ils tournent hors des calottes et ont une durée de vie de 3 à 6 jours (rotation dans le sens anti-horaire).
• Originalité martienne.
Mars voit à sa surface se créer des tempêtes de poussière. Ces tempêtes ont pour origine les nuages spirales atmosphériques, l’absence de végétation et donc, un sol désertique minéral et un contact brutal entre une masse d’air polaire contre une équatoriale.
Les tempêtes ont une altitude de 70km (hauteur) et une vitesse de 500km/h. Elles créent un obscurcissement général.
B A la surface de Mars.
1 Cartes géologiques de la planète.
On peut observer des dissymétries entre les deux hémisphères.
• Les mers boréales de l’hémisphère nord (basaltes).
Ces mers sont des plaines basses faiblement cratérisées qui forment « l’océan nordique » ou « vastitas borealis ».
On voit une énorme cassure qui donne naissance à des failles provoquant la variation en épaisseur de la croûte.
• Les continents austraux de l’hémisphère sud.
Ces continents sont appelés « Highlands lunaires » et sont densément cratérisés. Cette forte cratérisation montre une vieille croûte.
• Frontière abrupte nette.
Cette frontière est due à une différence dans l’épaisseur de la croûte. Celle-ci est sûrement une faille. Les anomalies observées sont plutôt dues à du volcanisme.
C’est la dorsale de Tharsis (élément original) : c’est une dorsale (un bombement) d’une douzaine de volcans.
Aux pôles, les basaltes forment une spirale. Un canyon entaille la glace.
2 Les formes de relief dues au climat froid et venteux dans un environnement aride.
Les formes éoliennes.
Le transport se fait selon trois modalités : suspension, saltation (galets) et glissement en masse (creep). La vitesse minimale de transport du sable par les vents est de 400km/h. On trouve deux types de zones : zones cratérisées forte érosion éolienne ; zones basaltiques zones calmes, les mers.
La sédimentation dans les endroits abrités : au fond des cratères, on trouve des champs de dunes en croisant (= Barkhanes). Le sable des dunes a pour origine l’impactisme sur les basaltes. Ce sont des petits grains de basalte arrachés par le vent ou par un impact.
L’érosion chimique :
Pentes et glissements de terrain.
Ces pentes et glissements de terrain sont trouvés préférentiellement près des rifts.
• Reliefs accidentés : des reliefs de 7000 mètres de haut partent en glissements de terrains gigantesques.
• Cônes de déjection : on trouve ces cônes sur la frontière mers/océans.
• Vallées simili glaciaires : les cirques donnent des moraines terminales par solifluxion.
Dans les vallées, on a des plaines qui reçoivent le matériel éolien. Dans les replats (à forte réflexion dans la lumière) on pourrait trouver des carbonates, sulfates ? Des roches sédimentaires.
Les formes périglaciaires.
Ces formes ont un environnement de basses températures, avec des alternances de gels et de dégels (qui provoqueraient des catastrophes) et une action éolienne intense.
Comme il n’y a pas d’eau, les formes périglaciaires ont en héritage un passé à climat plus doux.
Le permafrost est un sol gelé en permanence (pergélisol) constitué de glace épaisse ancienne (de 1 à 3km à l’équateur et de 3 à 7km aux pôles). Les contractions séculaires (gels/dégels) ont donné de gigantesques sols polygonaux dont le diamètre varie entre 5 et 10km (les plus grands sur Terre font 100 mètres). D’énormes fissures de plusieurs centaines de mètres de large apparaissent aussi avec ces sols.
Les dégels partiels vont entraîner la formation de thermokarsts géants. Ce sont d’énormes cavités remplies d’eau et blocs pluri-kilométriques au pied de l’escarpement.
Les chenaux et vallées sont des oueds de 2.103km de long, très anciens. Leur formation est située entre 2 milliards d’années et 500 millions d’années (voir même 4.6 milliards d’années).
Ces formations ont été crées par des eaux courantes anciennes. On trouve quatre types de formation :
- Grands chenaux et terrains chaotiques : vallées de débâcle.
- Chenaux moyens étroits et sinueux, avec terrasses.
- Chenaux anastomosés.
- Chenaux volcaniques, donc, structuraux.
Le problème est de savoir quel est l’origine de l’eau ayant façonné ces vallées :
- Y a t’il eu des précipitations ?
- Ecoulements temporaires par dégel du permafrost (réchauffement rapide par intense et brusque volcanisme ou météorisme).
On suppose que toute l’eau de Mars permettrait la présence de 400 mètres d’eau sur toute la surface de la planète.
3 Les calottes polaires et les régions polaires.
La dissymétrie martienne présente :
- Une calotte boréale d’un kilomètre d’épaisseur qui sont grandes et bien connues (spirales) ; pas de CO2 solide.
- La calotte australe, petite, est mal connue. C’est la plus froide : -125°C en hiver. La calotte est composée d’eau (glace) et de glace carbonique.
Il y aurait, sous les pôles, de l’eau liquide à plus de 3500 mètres de profondeur.
IV Le volcanisme.
Le volcanisme martien est présent sous la forme de la vastitas borealis (grande plaine, trapp) et de deux formes de volcanisme :
- Les grands volcans à caldera centrale sont présents dans deux régions : Tharsis et Elysium.
- Les pateras (soucoupes) qui sont des cônes isolés en différents lieux (Hellas austral).
A Les grands volcans à caldera centrale.
1 Tharsis montes, les plus grands volcans connus de l’univers.
On a trois édifices alignés : Arsia mons, Pavonis mons, Ascraeus mons. Ils sont sur la dorsale de Tharsis (bourrelet) nord-est, sud-ouest, haute de 9000 mètres et longue de 2000 kilomètres. 18km de haut sur la dorsale, soit, au total, 27 kilomètres au-dessus du zéro de référence.
On voit aussi un édifice isolé, faisant 27km de haut et 600km de diamètre : Olympus mons. Ce volcan est éteint depuis 800 millions d’années à cause d’un épuisement des éléments radioactifs. Sa pente est proche de 6°.
2 Olympus mons.
Au sommet de ce volcan, on trouve une caldera complexe avec des cratères d’effondrement successifs. La caldera a un diamètre de 20km, une profondeur de 3km et des parois en pente forte. La caldera est divisée en 5 petites calderas et une grande.
La caldera 1 est la plus récente, avec un lac de lave solidifiée.
La 6 présente des plis d’origine non sûre.
Ces failles montrent que le volcan était alimenté par une chambre magmatique qui était située au-dessus du zéro du géoïde ; c’était un point chaud permanent.
A côté de ce volcan, on trouve :
- Des failles périphériques.
- Une méga-faille de plusieurs kilomètres qui alimente d’énormes éboulis que l’on a pris pour des nuées ardentes.
B Les pateras.
Exemple du Thyrrenum patera (hémisphère sud).
C’est un volcan ancien, érodé, de 400km de diamètre âgé de 3,5 à 4 milliards d’années. La caldera est entourée d’une fracture circulaire. On y trouve de nombreux chenaux (mesos) et crêtes, ce qui donne un aspect étoilé.
C Comparaison du volcanisme sur Terre et sur Mars.
Sur Terre, le volcanisme est lié aux plaques. On le trouve dans quatre sites :
- Rifts-dorsales (zone de distension).
- Subduction (compression).
- Hot Spot (intraplaque, Hawaï).
- Trapps (Deccan, Columbia).
Mars, les différences.
Sur Mars, l’évolution des volcans est différente : on a d’abord la phase explosive (cendres) puis la phase effusive (l’inverse de l’ordre terrestre).
La lithosphère martienne est fixe, d’où la stabilité des sources de magma et les énormes édifices.
L’âge des volcans de Mars.
On observe une cratérisation cataclysmique jusqu’à 3,5 milliards d’années. La création des volcans va de – 4 milliards d’années à l’actuel.
Autour d’Hellas planitia : 3,5 à 4 milliards d’années.
Elysium planitia (plus grandes plaines) : 1 à 2 milliards d’années.
Tharsis : 500 à 200 millions d’années (seulement).
V Tectonique et déformation.
A Les grands canyons équatoriaux.
Exemple : Vallée Marineris : 4000km de long, 250km de large, 3000 mètres de profondeur.? C’est un Graben : fossé d’effondrement bordé par des failles normales.
Cette vallée est comparable à la dorsale atlantique ou au rift est-africain.
Un rift est un soulèvement de la croûte par une remontée du manteau de la lithosphère. Son origine peut être un panache ou une convexion mantellique.
La largeur du rift est égale à la largeur de la croûte (sur terre) 75km en moyenne (sur Mars) au lieu de 49 sur Terre.
Des cisaillements sont probables sur Mars bien qu’il n’y ait ni tectonique des plaques, ni aucune trace de collision, ni de subduction.
B Les rides et plateaux.
On trouve :
- Des rides simples (Arch), de 5 à 10 kilomètres de large, 400 mètres de haut et au maximum, 100 kilomètres de profondeur.
- Des crêtes étroites (Narrow ridge).
Les noms des rides sont liés au volcanisme (différent pour la lune). Les rides suivent des réseaux de fracture et sont toujours sur une croûte mince (discordante sur l’hydrolithosphère sous-jacente = cendres volcaniques + eau).
Elles sont la conséquence d’une compression (raccourcissement).
Cette phase est liée à l’existence probable d’un niveau de décollement (1 à 2 kilomètres de profondeur) entre un niveau ductile et un niveau fragile.
On a une compression due uniquement aux impacts.
VI Les deux satellites de Mars.
Les deux satellites de Mars sont Phobos (la Peur) d’un diamètre de 27 kilomètres et Deimos (la Terreur) d’un diamètre de 15 kilomètres. Ces deux masses sont des ellipsoïdes, irréguliers. Chacun tourne avec la même face vers Mars. Phobos se rapproche de Mars alors que Deimos s’en éloigne.
Phobos et Deimos n’ont pas d’atmosphère, leur surface est sèche, cratérisée et recouverte de régalithe. Leur âge est compris entre 2,5 et 3 milliards d’années. Ils ont une couleur gris-noir caractéristique des chondrites carbonatées.
Ce sont des planétoïdes primitifs (astéroïdes capturés).
VII La vie sur Mars.
Les conditions sur Mars :
- Absence ou quasi-absence d’O2 uniquement des unicellulaires anaérobies.
- Radiations UV mortelles pour tous les organismes terrestres (actuels).
- Pas assez d’azote, ni de phosphore indispensables à la vie terrestre.
- Amplitude thermique, donc, présence d’eau favorable, notamment à 5000 mètres de profondeur où la température permet de maintenir de l’eau liquide.
La NASA aurait découvert des possibles archéobactéries sur des météorites issues de Mars. Météorite martienne (Antarctique), SNC, poids de 1,9kg « Allan Hills 84 001 ». Son âge est de 3 milliards d’années mais serait tombée sur Terre il y a 13000 ans après un impact sur Mars il y a 16 millions d’années.
• Les arguments pour :
- Structure tubulaire.
- Les « bactéries de la météorite » ressemblent à des bactéries terrestres (méthanococcus) des fosses océaniques (-2,5km).
- Ces « bactéries » étaient associées à : des globules de carbonate, des oxydes de fer (magnétite), des sulfures de fer (qui est la nourriture de certaines bactéries) et des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) qui sont produits par les bactéries (dégradation).
• Les arguments contre :
- Ces bactéries ne seraient que des vulgaires cristaux de magnétites (Fe3O4).
- Leur taille est 100 fois plus petite que la plus petite des bactéries terrestres.
- On trouve des globules de carbonate formés à 700°C ? température incompatible avec la vie.
- Présence de 34S de FeS2 alors que les bactéries terrestres utilisent du 32S.
- Il n’y avait pas de membrane cellulaire connue, pas d’ADN.
- Les HAP existent dans le milieu interstellaire et les chondrites carbonatées.
- Aucune vie n’a été décelée par Viking qui a recherché de la vie active et non fossile.
La lune est le satellite de la Terre et en est distante de 384.103km. Elle induit sur Terre des marées liquides (attraction). Le diamètre de la Lune est de 3470km (le quart de la Terre) et son volume représente 1/50ème de celui de la Terre. Sa densité est de 3,35 (Terre=5,52) et la pesanteur et de (1/6) x g(Terre). Les écarts thermiques globaux sont importants (300°C) : le jour, on peut monter jusqu'à 125°C à l’équateur alors que la nuit, aux pôles, les minima peuvent être de –175°C.
La Lune tourne autour de la Terre en 27 jours et 8 heures (la nuit est de 14 heures et coïncide avec sa propre rotation). Il n’existe pas de champ magnétique (30 contre 60 000 sur Terre) Il n’existe pas de gros noyau métallique.
Il n’y a pas d’atmosphère véritable sur la Lune, donc, pas de vie possible. Il n’y a pas non plus de tectonique : La Lune est un astre mort.
I L’exploration moderne.
- USA : Ranger, Lunar Orbiter, Surveyor, Explorer : sondes lancées de 1964 à 1973 qui ont rapporté des photos et des échantillons.
- CCCP (URSS) : Lunik, Luna de 1959 à 1973 : sondes.
- USA : Apollo 10 à Apollo 17 de 1969 à 1972. LEM : alunissage de la mission Apollo 10 le 11/07/1969 et ont ramené 382kg d’échantillons.
II L’atmosphère lunaire.
Sur la lune n’existe pas d’atmosphère de type terrestre, ce qui ne permet pas la vie :
- Absence d’eau sauf peut-être dans le cratère AITKIN (pôle sud) mais c’est encore une hypothèse.
- Le rayonnement UV est intense : absence de filtration.
L’atmosphère comporte de l’hélium provenant du dégazage, avec désintégration des éléments radioactifs du sol (Ur, Th He dégazage ; 40K 10Ar).
On trouve des traces de carbone (100 à 200 particules par million) dont du méthane et des hydrocarbures. L’origine de ces molécules devrait être un bombardement extralunaire (les particules solaires comprennent 1 C pour 7500 H).
III La surface lunaire.
A Le sol ou regalite (= Regosol).
Le véritable sol est une roche mère modifiée en regalite :
- Poussière (érosion sous l’action de météorites).
- Sables fins (érosion sous l’action de météorites).
- Graviers (érosion sous l’action de météorites).
- Cailloux (érosion sous l’action de météorites).
On trouve 1 à 30 mètres de regosol.
B Les terres (Terrae, plateaux, continents).
Les terres lunaires sont fortement cratérisées, claires, représentent 85% de la surface lunaire (70% sur la face visible et plus de 90% sur la face cachée). Les plus anciennes terres ont un maximum de cratérisation qui date de 4,6 à 3,8 milliards d’années.
La lune est âgée de 4,5 milliards d’années, ce qui est l’âge de la formation des planètes du système solaire par accrétion.
La densité des cratères donne l’âge de la croûte ayant subi le bombardement cosmique. La Lune a pour composition :
- Anorthosite : légère, d=2,9, avec des plagioclases + pyroxènes + olivine et sont datés de 4,6 à 4,4 milliards d’années.
- Norites ou « kreep » : gabbros clairs, avec du potassium, des terres rares, du phosphore.
- Les brèches d’impact ne présentent pas beaucoup de scories : il n’y a pas de pesanteur mais étalement.
1 Cratères et cirques (grands cratères).
Ces cratères ont des dimensions variables (diamètre de quelques millimètres à plusieurs centaines de kilomètres). Les petits sont escarpés ; les grands sont étalés (exemple : Bailly : diamètre de 295km, profondeur de 3,6km).
2 Les autres cratères, formes différentes.
On peut trouver sur la Lune :
- Des cratères avec un pic central ou décentré (remontée du substratum).
- Des cratères avec un fond lisse et plat (cirque).
- Des cratères avec des anneaux concentriques (Terrasses).
- Des éjectas périphériques de un kilomètre de hauteur au maximum.
- Les âges de ces formations sont variés : nombreux pendant les premiers 600 millions d’années (bombardement maximal) ; récents comme « Copernic » (1 milliard d’années) et « cône » (20 millions d’années).
C Les mers (mare, bassin).
Ces mers et bassins peuvent être :
- Des impacts d’énormes météorites.
- Faiblement cratérisés (fond plat).
- Sombres, 15% de la surface lunaire.
- Représentatifs d’un volcanisme fissural énorme (type trapp du Deccan).
Les impacts météoritiques vont provoquer des fracturations périphériques qui provoquent une remontée de magmas fluides (basaltes) entre 3,8 et 3,2 milliards d’années : remplissage des cirques.
Sur une épaisseur centrale, on trouve 8km de basaltes ? accumulation de matière qui donne les Mascons.
Les roches sont des basaltes anhydres, à pyroxènes, plagioclases, ilménite, olivine ? composition différente des basaltes terrestres.
N.B. : Il n’y a pas de cône volcanique bien caractérisé. On n’a que de petits édifices anciens de diamètre inférieur à 5km seulement (pas encore sûr). Toutefois, il y a une existence de longs chenaux linéaires qui pourraient être des fleuves de laves érodant thermiquement le substratum. La profondeur maximale est de 300 mètres et la longueur peut être jusqu’à 1000 kilomètres. Ils sont sinueux, issus des cratères d’impact. On a aussi des cratères d’impact et des ondulations de front de coulées de basaltes.
Il n’y a pas de tectonique : astre mort.
Les prétendues montagnes seraient des rides ou arcs dus à des macro-bombements cosmiques(planétoïdes) ou escarpements entre deux plateaux. pas de convection donc pas de panache RIEN.
IV Structure interne.
• Lithosphère asismique.
Cette lithosphère a une épaisseur de 1000 kilomètres. On trouve une croûte d’anorthosite à basaltes jusqu’à –60km, puis un manteau lithosphérique de péridotites. A 700km de profondeur, on a des séismes profonds dus à l’attraction terrestre qui sont localisés dans la face visible de la Lune. Les effets de marées créent des déformations de la Lune.
• Asthénosphère ou manteau inférieur : 480 km.
• Le noyau.
150km de rayon, avec du fer, pâteux avec une température proche de 1000°C.
V Histoire : 5 périodes ou ères.
A L’ère prénectarienne.
Cette ère va de 4,6 à 4,1 milliards d’années. C’est une phase chaude avec de la dunite comme roche d’origine (4,6 GA) et une phase de kreep (4,3 GA) qui a permis la formation de « la mer de la tranquillité ».
B Ere nectarienne.
C’est une ère âgée de 4,1 à 3,9 milliards d’années. La Lune a été soumise à un bombardement cosmique maximal impacts anciens qui ont donné de gros cratères et de grandes mers : mer de la fécondité, mer nectar.
C’est une phase de refroidissement.
C Ere imbrienne.
Cette phase est datée de 3,8 à 3,4 milliards d’années. C’est la phase de fusion et de différenciation magmatique du kreep Emission de laves fluides qui vont remplir les mers.
D Ere erthosthénienne.
3,4 à 3 milliards d’années. C’est la fin du volcanisme.
E Ere copernicienne.
C’est l’ère la plus longue : de 3 milliards d’années à l’actuel. On y trouve des impacts récents.
VI Origine de la Lune.
On trouve quatre théories.
A Scénario 1 : théorie catastrophique.
Il y aurait eu une énorme météorite sur la Terre qui aurait fait une mise sur orbite de matériaux liquides Solidification puis formation d’une planète proche de la Terre (-5 milliards d’années).
B Scénario 2 : théorie planétaire.
La Lune serait un corps ne venant pas du système solaire, capturé par l’attraction terrestre quand il est passé dans le champ gravitationnel de la Terre.
C Scénario 3 : théorie de la nébuleuse ou fractionnement de la planète.
La Lune se serait formée avec la Terre à partir d’une spirale de matière en cours de refroidissement.
D Scénario 4 : théorie de la séparation.
La Terre encore fluide aurait donné la Lune par attraction gravitationnelle d’un gros corps céleste rasant l’orbite de la Terre en cours de formation.
Vénus.
L’étoile du berger.
Généralités.
Diamètre de 12086km, légèrement inférieur à celui de la Terre (12756km).
Planète légèrement moins dense que la Terre (d=5,24) : le noyau métallique solide est plus petit que celui de la Terre. De plus, il n’y a pas de champ magnétique.
La température est élevée : moyenne de 460°C (jour et nuit).
Rotation lente en 234 jours.
L’atmosphère est très dense (pression de l’ordre de 95 Atmosphères terrestres) et opaque.
C’est une planète géologiquement active, à peu près comme la Terre. On y trouve : du volcanisme actif, des dorsales, de la subduction très particulière et des compressions.
La tectonique des plaques y est possible.
I L’exploration moderne par de nombreuses sondes automatiques.
Nombreuses Venera (CCCP) de 1961 à 1984 : a rapporté des échantillons et des photos.
Pioneer Venus (USA) : Carte topographique (radar).
Magellan (USA) en 1990 jusqu’en 1994 : cartographie radar de toute la planète dont la résolution est passée de 300 à 100 mètres.
II Les enveloppes externes.
A L’atmosphère vénusienne.
L’atmosphère de Vénus est composée de 97% de CO2, 3% de N2 et elle comporte aussi du H2S, SO2, O2, H2O, néon, argon…
Cette atmosphère est 100 fois plus massive que l’atmosphère terrestre ; elle est animée par des ouragans et des vents en altitude. Cette atmosphère, très dense et épaisse, va provoquer un effet de serre (emprisonnement de la chaleur). La température au sol est proche de 460°C. Il y a une épaisse couche nuageuse formée en altitude de carbonyle (O2CS) et d’acide sulfurique (H2SO4). La température diminue avec une augmentation d’altitude (-40°C à 80km). On peut aussi observer de nombreux éclairs. Le sol est jonché de cloques anguleuses avec beaucoup de poussières.
B La surface de Vénus.
Les Plaines : ce sont des surfaces plates qui recouvrent 60% de la planète dont l’altitude est inférieure à 1000 mètres.
Les Hautes Terres ou « continents » : elles sont représentées par des montagnes de 3 à 4km d’altitude en moyenne. La plus haute fait 11km d’altitude (Maxwell Mons). Les hautes terres regroupent aussi des vallées profondes (rift) de 7km de profondeur et 100km de long.
Les sols volcaniques ont une teneur élevée en éléments radioactifs (U, Tr, K). On peut trouver :
- Des basaltes tholéitiques cordés à 49% de silice (SiO2), O, et 2% de potassium. Type MORB ou basaltes de type rift africain.
- Des basaltes alcalins.
Ces deux types de basaltes ont un aspect chaotique.
On ne trouve pas de basaltes andésitiques donc on ne sait pas s’il existe des subductions.
• Très nombreux volcans : volcanisme jeune. Les volcans les plus anciens sont dessous, non érodés.
• Pas d’eau donc pas d’érosion.
• Il y a peu de cratères d’impact : 963.
• Les plus petites météorites, dont le diamètre est inférieur à 1 kilomètre, sont arrêtées par l’atmosphère.
• Les plus petits cratères actuels ont un diamètre inférieur à 3km, ils sont récents, regroupés dans une zone limitée et épargnée par le volcanisme.
• Les plus récents ont 500 millions d’années (croûte ancienne).
• Les cratères sont plus nombreux dans les plaines.
III Le volcanisme.
Vénus présente un volcanisme fissural gigantesque : on trouve des millions de volcans boucliers épargnés par le volcanisme. Le plus grand est le « SAPA MONS », 400km.
Les volcans sont regroupés en champs volcaniques de 100 à 200km de diamètre. On compte 553 champs sur les plaines (surtout sur les fossés d’effondrement équatoriaux). Ces volcans ont un profil en bouclier typique (pentes douces) et ont effacé de nombreux cratères d’impact anciens. Ils expédient beaucoup de CO2, SO2 dans l’atmosphère, ce qui produit des nuages.
A Les édifices géants.
Les édifices géants sont toujours liés à des zones de distension : graben, intersection de failles = cheminée d’accès. On trouve de nombreuses calderas (effondrement, après la vidange, du à l’éruption fissurale). Exemple, le SIF MONS de 50km de diamètre.
Ces édifices ont des formes variées :
B Les édifices particuliers.
Grands : Novæ arachnoïdes : Moyens : pancakes, tiques.
1 Novae.
Les novæ ont un diamètre compris entre 50 et 300km avec des fractures radiales en « feu d’artifice » (injections de laves radiales).
2 Arachnoïdes.
Les arachnoïdes ont des stries fines rayonnantes autour des calderas : linéairement tectoniques ou coulées volcaniques ?
3 Corona.
Les corona sont des structures concentriques énormes (Artémis a un diamètre de 2500km) avec des crêtes autour des calderas. Serait-ce l’aboutissement d’un hot spot ?
4 Pancakes dômes.
Les pancakes ont un diamètre moyen de 25km et un aspect de pain de campagne ronds à croûte bombée et fracturée.
Ces pancakes sont composés de deux laves visqueuses, acides de basse température. Elles comprennent des rhyolithes, des trachytes et des dacites. Subissent-elles la différenciation magmatique des basaltes ?
5 Les tiques.
Les tiques ont des crêtes radiales qui pourraient provenir d’un ravinement par des nuées ardentes (volcanisme explosif ?).
6 Chenaux et laves (coulées).
On trouve ce type de structure dont une mesure 6800km de long : la Grande Hilda, dans les vallées encaissées. L’écoulement (ancien) a eu lieu alors que la température était supérieure à la température actuelle.
Remarque : Volcanisme récent (actuel) et ancien ont été préservés en absence d’érosion (pas d’eau).
IV Tectonique.
A Distension.
- Failles (faisceaux denses) en réseaux perpendiculaires.
- Sortes de rift (dorsale océanique), avec des crêtes parallèles symétriques.
Exemple : Aphrodite Terra (à l’équateur) : 10 000km de long recoupé par des failles transformantes. La vitesse d’expansion est de 3mm à 5cm par an.
Il doit donc y avoir une zone de résorption (subduction) de la croûte repoussée par l’extension.
B Compression.
Les « Tesseara » (=tuile) sont des surfaces découpées en lattes par des failles transformantes perpendiculaires (aspect de parquet) avec une énorme croûte. On obtient alors des chaînes de 10 000km (Maxwell Mons Himalaya).
En 1992, il y a eu mise en évidence d’un chevauchement avec écaillage.
C Liens avec le volcanisme.
Une zone de compression est une zone de lent fluage de la croûte autour du hot spot.
Un hot spot va provoquer :
- Un soulèvement de la croûte.
- Une déchirure (rifting).
- Un fluage latéral(« Tessera »).
- Une intégration de la vieille croûte dans le manteau sans lamination souterraine.
D Subductions au niveau de grandes coronas ? (Cf. article « La recherche » février 1994).
- Argument : analogie topographique entre les fosses périphériques des coronas et les fosses océaniques terrestres issues des subductions.
- Mécanisme : montée de magma par convection mantellique qui provoque une expansion et donc, une surcharge lithosphérique surrection.
- Objection : la lithosphère est trop chaude (460°C en surface) pour pouvoir s’enfoncer.
Le soleil.
(âge : 4,6 milliards d’années).
Le soleil appartient au « bras spiral » de la voie lactée, 30 000 années lumière du centre galactique.
La sphère gazeuse de l’étoile a un diamètre de 1 400 000km (109 fois le diamètre de la Terre) ; une densité de 1,4 (1/4 de celle de la Terre) ; une masse de 2.1027 tonnes (382 946 fois celle de la Terre).
Le soleil constitue 99% de la masse totale du système solaire. Sa période de rotation est de 25 jours et il est situé à 150 milliards de kilomètres (1 Unité Astronomique) de la Terre, soit, 8 minutes.
I Structure externe : l’atmosphère solaire.
A Photosphère.
La photosphère rayonne de chaleur et de lumière et est imprécise. Elle a 400km d’épaisseur : mince. Elle n’est pas uniforme : elle comprend des granulations, des taches, des ombres de protubérances et des facules.
1 Granulation.
Les granulations ressemblent à de la semoule en train de bouillir. Celles-ci ont un diamètre compris entre 1000 et 2000km. Ce sont des bulles de gaz ramenées en surface par des courants de convection (durée de vie de 10 à 15 minutes).
2 Les tâches.
La zone centrale est appelée « ombre ». La zone périphérique, filamenteuse, est dite « pénombre ». Ces deux structures forment un évent central d’éruption. Le diamètre des tâches peut aller de 50 000 à 320 000km. Elles créent une perturbation magnétique de la photosphère.
Leur durée de vie varie de 15 jours à plusieurs mois. Elles ont une forte activité éruptive, électrique, magnétique. Elles ont aussi une apparition cyclique tous les 11, 22 et 200 ans qui influence le climat.
3 Les facules.
Les facules sont des plages claires, plus chaudes (120° de plus) : ce sont des soulèvements locaux.
Le spectre solaire continu et coloré donne une source lumineuse liquide ou pâteuse.
B La chromosphère (basse atmosphère).
La chromosphère forme un liseré rouge de 7 à 10 000km d’épaisseur. Elle est le lieu de naissance, entre 1500km et 6000km, de :
- Spicules : jets de gaz ascendants.
- Protubérances ou « Flammes du soleil » qui sont des jets de gaz. Ces « flammes » forment des colonnes mobiles de gaz (hydrogène) qui apparaissent comme des filaments quand ils sont projetés en plus sombres sur la photosphère.
La chromosphère a une température de 10 000K et est composée de gaz ionisés.
C La couronne. (haute atmosphère).
La couronne fait 10 000 millions de kilomètres pour 1 à 2 millions de Kelvin. Elle diffuse la lumière qui la traverse. Elle est constituée d’électrons libres, de poussières en mouvement et d’atomes de Fer et de Nickel.
Elle est peu dense.
D Au-delà de l’atmosphère.
On trouve dans cette partie, les vents solaires portant des électrons, des photons et des noyaux d’hélium à une vitesse de 400km/s.
On y trouve aussi des jets de gaz à haute température venant des couches externes solaires sur 200 000km de longueur. La température varie de 1 à 2 millions de Kelvin.
II Structure interne et fonctionnement.
A Le noyau.
Le noyau est le réacteur nucléaire.
Sa température est de 10 à 15 millions de Kelvin et il présente des mouvements convectifs. Sa pression est énorme : 1m3 pèse 160 tonnes ! Sa composition est celle d’un plasma : 92% d’hydrogène, 7,8% d’hélium ainsi que des traces de 90 éléments cosmiques originels (O, N, C, Ni, Fe). Sa composition a été définie par spectrohéliométrie.
Le noyau consomme 600 millions de tonnes d’hydrogène par seconde et produit 200 millions de tonnes d’hélium dans le même temps : soit, un déficit de 400 millions de tonnes par seconde. Le déficit est émis sous forme de chaleur et de rayonnement (énergie).
4H 4/2 He + 2 positrons + 2 neutrinos + 2 photons
Fusion de 4 atomes d’hydrogène en deux atomes d’hélium lourds : c’est la nucléosynthèse. De plus, il faut 10 millions d’années pour que l’énergie produite atteigne la surface.
B La zone radiative.
Cette zone se trouve à la limite externe où se concentrent des champs magnétiques.
C La zone externe : les cellules convectrices sont de plus en plus petites
• Le problème est de savoir quelles sont les forces en présence : ici, deux forces sont opposées. On trouve :
- Fg : force de gravitation centripète : pesanteur. Celle-ci, seule, produirait l’effondrement de la sphère sous son propre poids.
- Fr : force de rayonnement d’énergie, centrifuge, issue du magnétisme.
• Les types d’énergies produites.
- Energie produite par rayonnement : on trouve ici la lumière visible, UV et infrarouge, les photons, les rayons X, les rayons gamma et la chaleur.
- Energie produite par flux de particules : ce sont les vents solaires.
Conclusion : Le soleil est-il éternel ?
Sa consommation est de 400 millions de tonnes par seconde. Sa durée de vie est fonction de la quantité disponible de carburant (hydrogène).
En 1993-94, on estime que le soleil a atteint sa demi-vie, soit, cinq milliards d’années.
A la fin, le soleil donnera une géante rouge qui anéantira la Terre. Il formera ensuite une naine, puis, une nébuleuse qui pourra, plus tard, donner vie à des planètes.
Les planètes externes ou planètes géantes.
(Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune et Pluton).
Ces planètes géantes ont une faible densité (d=0,6 pour Saturne). Elles présentent toutes des anneaux de poussières, roches, neiges. Elles ont beaucoup de satellites (rocheux ou formés de glace).
Pluton ressemble à une planète tellurique et serait probablement un ancien satellite de Neptune.
La sonde Galilea a étudié Jupiter alors que la sonde Cassini est route pour Saturne et Titan.
Jupiter.
Jupiter est la plus grande planète du système solaire. Son diamètre est de 142.984km, soit, 11 fois la Terre. Sa masse représente 318 fois celle de la Terre. Sa densité est d=1,33. Elle compte 17 satellites dont 4 galiléens (dont Io qui a montré un volcanisme actif). Elle est située à 5,2 années lumière du soleil. Elle effectue sa rotation en 10 heures (sur elle-même). Il lui faut onze ans pour tourner autour du soleil.
I L’atmosphère.
A Composition.
88% d’H, 11% de He + NH3, CH4, H2O(g), ainsi que des hydrocarbures. Sa composition est de type solaire ; de plus, Jupiter rayonne de l’énergie.
Jupiter a été reconnue par des sondes sur 2000km ; en dessous, on ne sait pas ce qu’il se passe :
- Haute atmosphère (stratosphère) : la température varie de 200 à 150K ; la pression est de 1/106 atmosphère terrestre ; on y trouve des hydrocarbures et des brumes de méthane.
- Tropopause : la température s’inverse et passe de 120K à 150K.
- Troposphère : on trouve, des nuages bruns rougeâtres de sulfures d’acides (NH4SH) ; des nuages bruns marrons de german (germanium + H) avec un peu de CO, la température y est de 200K.
B Taches, nuages et couleurs.
On trouve :
- Des bandes colorées, symétriques par rapport à l’équateur (une dizaine). Elles sont dues à des vents zonaux alternativement d’est puis d’ouest.
- Des ceintures brillantes d’une température de –150°C avec des zones mates à température plus basse ? vitesses variables des bandes.
Les couleurs peuvent être : blanche, rouge (phosphore, PH3), rousse, marron (soufre, S, SH2) ou gris-bleu. Les zones polaires n’ont pas de bandes nettes.
- Les taches (ou mégacyclones) peuvent être :
• Ovale (grande tache rouge), dans la zone tropicale sud. Ces ovales ont 26.000km de long, 15.000 de large et ils tournent sur eux-mêmes en 10 heures (ont une taille de 4?Terre). Ce sont des phénomènes météorologiques de l’atmosphère supérieure connus depuis 300 ans. En profondeur, il devrait y avoir une région convectrice ou un point chaud. Ce sont des anticyclones (hautes pressions).
• Grand ovale brun : 10.000km de long, anticyclone qui tourne sur lui en 6 jours.
• Ovales blancs : ce sont des régions convectrices ou des points chauds.
II La surface de Jupiter.
Il n’y aurait pas de surface solide et on trouverait une enveloppe fluide de dihydrogène liquide.
Jupiter rayonne beaucoup d’énergie qu’elle ne reçoit pas du soleil (70% en plus). Elle subit une contraction lente qui crée un échauffement central.
III Composition interne.
Le noyau tourne sur lui-même et met en place un effet dynamo.
IV Anneaux.
Jupiter possède deux anneaux :
- Un anneau équatorial, mince, observé par Voyager en 1979. Il est composé d’une croûte de glace (poussière). Sa largeur est de 6500km.
- Un anneau externe, brillant de 800km de large.
V Les quatre satellites galiléens de Jupiter.
Ces satellites galiléens sont Io, Callisto, Ganymède et Europe.
Leur diamètre est équivalent à celui des planètes telluriques. Leur période de rotation est égale à leur période de révolution.
Un seul de ces satellites est rocheux : Io.
A Io : un volcanisme du bout du monde.
1 Caractéristiques générales.
- La densité de Io est de d=3,55 (corps rocheux). Io est froid : on trouve de la glace de SO2, sauf dans les zones de Hot Spot.
- Son diamètre est de 3680km.
- Io est âgé de 4,5 milliards d’années.
- Io ne présente pas d’atmosphère (beaucoup de vents), et, la pesanteur et la pression sont très faibles.
- Sa surface est colorée en orangé par le soufre. La température peut monter jusqu’à 1200°K.
2 Volcanisme.
Les éruptions volcaniques sont à base de soufre et de SO2. Les manifestations de ces éruptions sont diverses.
Manifestations.
• Eruptions spectaculaires filmées par les sondes.
L’éruption de type « Pélé » : c’est une ombrelle éruptive de 1000km de diamètre et de 280km de hauteur.
Dans ce cas, la vitesse d’éjection est énorme : 1000km/s.
On observe des nuages éruptifs composés de poussières fines, de soufre vaporisé et de SO2.
• Geysers de SO2.
Les geysers de SO2 vont mettre en place des dépôts de soufre givré.
Les appareils.
On trouve huit formations éruptives.
On trouve de nombreuses coulées périphériques.
Il existe sur ce satellite des océans de soufre fondu de plusieurs kilomètres d’épaisseur, limités par des reliefs de basaltes créés par un volcanisme classique et surmonté par une mince croûte de soufre figée et refroidie, percée d’évents canalisant les éruptions de soufre et de SO2.
Genèse.
L’énergie qui induit ce volcanisme provient de « l’effet de marée » créé par les forces d’attraction (combinées par leur alignement régulier) de Jupiter, d’Io et d’Europe.
Cet effet induit d’abord une déformation interne de Io puis son échauffement interne.
Cratères d’impact.
La surface de Io présence une quasi-absence de cratère (un seul est présent) : la surface est donc rapidement renouvelée.
B Europe ou « coquille d’œuf cassée ».
Europe est le plus petit de ces satellites ; son diamètre est de 3100km, sa densité est d=3.
C Ganymède.
Ganymède a un manteau de glace ou d’eau avec d’énormes convections dans ce manteau : une tectonique ?
Le dessus est une croûte de glace avec peut-être des silicates.
La possible tectonique expliquerait les balafres anarchiques sur la croûte glacée. Ces balafres sont des zones de fracturation importantes avec quelques impacts (graben et horst ?).
D Callisto.
Callisto est une planète très ancienne. Elle ne présente que des cratères sur une croûte de glace sale. Il n’y ni tectonique, ni volcan.
