Etude morphométrique de la cryosphère ancienne de Mars : implications paléo-climatiques

Morphometrical study of the cryosphere of early Mars : Paleo-climatic implications

• Auteur / Autrice : Axel Bouquety
• Direction : François Costard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Structure et évolution de la Terre et des autres planètes
• Date : Soutenance le 28/11/2019
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géosciences Paris-Saclay (Orsay, Essonne ; 2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Christelle Marlin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Costard, Christelle Marlin, Daniel Mège, Aymeric Spiga, Denis Mercier, Ernst Hauber, Antoine Séjourné
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Daniel Mège, Aymeric Spiga

Mots clés

Mots clés contrôlés

Planétologie

Géomorphologie glaciaire

Cryosphère

Mars (planète)

Mots clés libres

Mars

Vallées glaciaires

Paléo-climat

Morphométrie

Noachien/Hespérien

Mars

Glacial valleys

Paleo-climate

Morphometry

Noachian/Hesperian

Résumé

Le climat primitif martien fascine la recherche martienne. Identifier avec le plus de précision possible les conditions primitives martiennes permettrait de contraindre les différents états de l’eau au cours de l’histoire martienne. Aujourd’hui deux hypothèses font débat, la première est celle d’un climat chaud et humide régnant à la surface de Mars à la fin du Noachien/début Héspérien. La deuxième, à l’inverse, semble indiquer que le climat aurait été froid et englacé sur les plus hautes altitudes martiennes. Néanmoins, cette deuxième hypothèse est souvent contestée, car contrairement à la présence de marqueur d’eau liquide à la surface de Mars, aucune morphologie de surface attestant d’un climat froid n’avait été identifiée. Au cours de cette thèse, nous avons étudié de manière morphométrique les structures et morphologies à la surface de Terra Sabaea, qui constitue 1% de la superficie totale de la planète. Ces structures constituent des héritages morphologiques des activités climatiques passées. Afin de caractériser au mieux l’origine érosive de ces structures, nous avons créé une nouvelle méthode d’analyse morphométrique à partir de différentes méthodes terrestres et martiennes. Cette nouvelle méthode permet d’extraire plus de 20 données exploitables par vallée. Il a donc été question de mesurer un maximum de vallée afin d’établir une base de données que nous avons comparée avec des bases de données de morphologies terrestres et martiennes. Grâce à cette analyse, il a été possible de mettre en évidence, la présence d’un paysage glaciaire dans la région de Terra Sabaea. Ce paysage est composé de (1) vallées glaciaires liées avec (2) des cirques glaciaires. La source de cette glace semble être (3) des calottes de plateaux locales à des altitudes > 3500 m. Nous avons donc démontré pour la première fois la présence de morphologies glaciaires attestant d’un climat froid il y a 3.6 Ga. Néanmoins, la présence de telles morphologies n’indique pas que l’ensemble de Terra Sabaea était englacé. L’analyse morphométrique a démontré la présence de morphologie fluviatile géographiquement proche des morphologies glaciaires et souvent à la même altitude, entre 1500 et 3500 m. Cette observation nous a permis de mettre en évidence (4) que la pente était un facteur qui influençait sur l’état de l’eau. En effet, pour une même altitude, les morphologies fluviatiles sont situées sur les pentes douces (< 3°) alors que les morphologies glaciaires sont situées sur les remparts internes des cratères d’impacts présentant une forte pente (> 10°). Cependant (5) l’altitude semble également être un facteur déterminant puisque l’on ne retrouve pas de morphologie glaciaire à des altitudes < 1500 m. L’analyse des terrains de Terra Sabaea a également mis en évidence (6) qu’il existait un lien génétique entre les morphologies glaciaires de hautes altitudes et les vallées fluviatiles plus bas. En effet, il est possible de suivre une vallée qui prend sa source sur les hauts plateaux englacés en amont, jusqu’en aval où elle rejoint des morphologies témoignant d’une activité fluviatile. Cette continuité dans les morphologies glaciaires et fluviatiles permet (7) de mieux définir l’origine des vallées ramifiées, et notamment l’origine de Naktong vallis, et il semblerait que la fonte des glaces a joué un rôle dans leurs formations. De plus, cette continuité morphologique permet de supposer qu’il existait (8) un cycle de l’eau similaire à la Terre dans la région de Terra Sabaea il y a 3.6 Ga.

The primitive Martian climate fascinates Martian research. Identifying Martian primitive conditions as accurately as possible would make it possible to constrain the different states of water during Martian history. Today two hypotheses are debated, the first is that of a hot and humid climate prevailing on the surface of Mars at the end of the Noachian / early Hesperian. The second, on the contrary, seems to indicate that the climate was cold and glacial on the highest Martian altitudes. Nevertheless, this second hypothesis is often disputed, because unlike the presence of liquid water marker on the surface of Mars, no surface morphology attesting to a cold climate had been identified. In this thesis, we studied morphometrically structures and morphologies on the surface of Terra Sabaea, which constitutes 1% of the total surface of the planet. These structures constitute morphological legacies of past climatic activities. In order to better characterize the erosive origin of these structures, we have created a new method of morphometric analysis from different terrestrial and Martian methods. This new method makes it possible to extract more than 20 exploitable data per valley. It was therefore a question of measuring a valley maximum in order to establish a database that we compared with databases of terrestrial and Martian morphologies. Thanks to this analysis, it has been possible to highlight the presence of an ice landscape in the Terra Sabaea region. This landscape is composed of (1) glacial valleys linked or not with (2) glacial cirques. The source of this ice appears to be (3) local plateau caps at altitudes> 3500 m. We thus demonstrated for the first time the presence of glacial morphologies attesting to a cold climate there are 3.6 Ga. Nevertheless, the presence of such morphologies does not indicate that the whole of Terra Sabaea was glaciated. Morphometric analysis has demonstrated the presence of fluvial morphology geographically close to glacial morphologies and often at the same altitude, between 1500 and 3500 m. This observation allowed us to highlight (4) that the slope was a factor influencing the state of the water. Indeed, for the same altitude, fluvial morphologies are located on gentle slopes (<3 °) while glacial morphologies are located on the inner walls of impact craters with a steep slope (> 10 °). However (5) altitude also seems to be a determining factor since we do not find glacial morphology at altitudes <1500 m. Terra Sabaea land analysis also revealed (6) that there is a genetic link between high altitude glacial morphologies and lower river valleys. Indeed, it is possible to follow a valley that has its source on the highlands glaciers upstream, downstream where it joins morphologies testifying to a fluviatile activity. This continuity in glacial and fluvial morphologies makes it possible (7) to better define the origin of branched valleys, and in particular the origin of Naktong vallis, and it seems that melting ice has played a role in their formations. Moreover, this morphological continuity makes it possible to suppose that there existed (8) a cycle of water similar to the Earth in the region of Terra Sabaea there is 3.6 Ga.