DÔME DE THARSIS, Mars

Impact de la formation du dôme de Tharsis sur l’évolution géologique de Mars 

La formation du dôme de Tharsis a vraisemblablement débuté il y a plus de 3,7 milliards d’années, durant le Noachien (plus ancienne époque géologique martienne), et s’est poursuivie pendant plusieurs centaines de millions d’années, au cours de l’Hespérien, jusqu’à former un plateau de plus de 5 500 kilomètres de diamètre pour un volume de laves d’environ 300 millions de kilomètres cubes, ce qui correspond à une couche d’à peu près 2 kilomètres d’épaisseur rapportée sur la totalité de la surface. L’énorme quantité de roches volcaniques mise en place lors de la construction de cet édifice gigantesque s’est traduite par une importante modification de la distribution de masse entre le manteau et la croûte et s’est accompagnée de la libération d’une énorme quantité d’énergie et d’éléments volatils, qui ont eu un impact majeur aussi bien sur la dynamique du manteau que sur l’environnement en surface de Mars et sur son climat. L’analyse des données de la sonde Mars Global Surveyor, effectuée par R. J. Phillips et ses collaborateurs en 2001, révèle que la mise en place de Tharsis aurait fortement influencé la forme globale de Mars et son champ de gravité. Cette surcharge en surface a été suffisamment importante pour faire pivoter la croûte et le manteau de Mars et réorienter l’axe principal du moment d’inertie selon l’axe de rotation. Cela se traduit par une migration de Tharsis en direction de l’équateur, afin de maximiser l’amplitude du moment d’inertie axiale (c’est-à-dire celui qui est aligné avec l’axe de rotation). Pendant longtemps, il y a eu débat sur la position initiale de Tharsis et l’amplitude de la réorientation que sa formation a induite.

À partir des données de champ de gravité, I. Matsuyama et M. Manga, de l’université de Californie à Berkeley, ont montré en 2010qu’en enlevant les contributions du dôme de Tharsis et du résidu de l’ancien bourrelet équatorial (avant la mise en place de Tharsis), on obtenait une ancienne position des pôles de rotation décalée d’environ 20 à 25 degrés par rapport à ce que l’on observe actuellement, dérive plus faible que ce qui avait été envisagé auparavant. Avant la mise en place de Tharsis, l’équateur coïncidait alors à peu près avec la limite entre les plaines de l’hémisphère Nord – dépourvues de reliefs significatifs – et les terrains élevés de l’hémisphère Sud – très cratérisés et accidentés. D’un point de vue rotationnel, cette orientation correspond à une configuration stable avant la mise en place de Tharsis, comme l’avaient établi J. Roberts et S. Zhong de l’université du Colorado en 2007.

Sylvain Bouley, de l’université Paris-Sud, et ses collaborateurs ont démontré en 2016 que cette orientation permet également d’expliquer la distribution des vallées fluviatiles de l’hémisphère Sud, qui, lorsque l’on considère un pôle géographique décalé de 20 à 25 degrés, coïncide avec la zone tropicale sud où le maximum de précipitation se serait produit. Cela suggère que les vallées ont été formées au même moment que les premières phases de mise en place du dôme de Tharsis, avant que la planète ne se réoriente. L’important dégazage associé à l’intense activité volcanique à l’origine de Tharsis expliquerait ainsi l’augmentation de la pression atmosphérique et du taux de précipitation. Cette activité aurait par la suite progressivement décru au fur et à mesure de l’appauvrissement en éléments volatils de la source mantellique à l’origine du dôme volcanique. Une fois le dôme mis en place vers la fin de l’Hespérien, la croûte et le manteau auraient basculé de 20 à 25 degrés en direction latitudinale et seraient restés assez stables par la suite pendant plus de 3 milliards d’années, aucune autre[...]