Des cônes de scories comme rare trace de volcanisme explosif sur Mars
Depuis les premières images plus détaillées de Mars dans les années 1970, les géologues planétaires savent que la Planète rouge est recouverte d’immenses structures volcaniques. La mission Mariner 9 a montré des volcans-boucliers et de vastes plaines de lave à des échelles que la Terre possède à peine : Olympus Mons se dresse comme le plus haut volcan du Système solaire, presque trois fois plus haut que le mont Everest, tandis qu’Alba Mons s’étale si largement que son diamètre est comparé à la longueur des États-Unis continentaux. À cette échelle « planétaire », Mars est dominée par un volcanisme basaltique plus calme, effusif – des écoulements de lave peu visqueuse, « fluide », qui s’étale en nappes et en couches, construisant d’immenses reliefs et des plaines de lave.
Mais à côté de ce schéma majoritairement calme, les géologues tentent depuis des décennies d’expliquer une incohérence : pourquoi Mars présente relativement peu de traces nettes d’éruptions explosives. La théorie suggère l’inverse. La pression atmosphérique sur Mars est en moyenne environ 160 fois plus faible que sur Terre, et la gravité à peu près un tiers de celle de la Terre ; précisément de telles conditions, comme l’explique le géologue planétaire Petr Brož de l’Académie tchèque des sciences, devraient faciliter le développement d’éruptions explosives, car les gaz dans le magma forment plus facilement de puissantes fontaines et dispersent le matériau. Et c’est précisément pourquoi les groupes de cônes ressemblant à des cônes de scories dans la région d’Ulysses Colles, au bord de l’immense région volcanique de Tharsis, sont particulièrement intéressants : ils semblent confirmer clairement que Mars a, au moins par intermittence, produit des éruptions « modérément » explosives que, sur Terre, nous appelons stromboliennes.
Ulysses Colles : des détails de Mars révélés par la caméra CTX
Pour comprendre l’histoire, les données de télédétection sont essentielles. La caméra CTX (Context Camera) à bord de l’orbiteur NASA Mars Reconnaissance Orbiter a photographié Ulysses Colles le 7 mai 2014, et la scène a offert aux géologues planétaires une rare « fenêtre » sur le volcanisme explosif martien. Ulysses Colles se situe sur la bordure sud du système Ulysses Fossae, un ensemble de fossés et de dépressions tectoniques au sein de Tharsis. Sur les images, outre de nombreux cratères d’impact et des surfaces texturées d’anciens écoulements de lave, se distinguent des reliefs arrondis avec des ouvertures circulaires au sommet – une forme que, sur Terre, nous associons le plus souvent aux cônes de scories.
Dans le même cadre, on distingue aussi des grabens – des structures linéaires en blocs de la croûte qui se sont affaissées entre des systèmes de failles. Ces fractures et dépressions ne sont pas qu’un détail pittoresque : elles constituent un contexte important qui aide à distinguer les formes volcaniques d’autres processus possibles. Ulysses Colles n’est pas une « île » isolée de cônes, mais une partie d’un ensemble volcanotectonique plus vaste où des coulées effusives, l’extension tectonique et l’érosion se superposent dans des couches âgées de milliards d’années. Justement à cause de cet âge et de cette stratification, la question reste ouverte – combien de fois et dans quel ordre le volcanisme y est-il « passé » du calme effusif à des épisodes explosifs.
L’Arizona comme analogie : la même « signature » géométrique dans le San Francisco Volcanic Field
Pour mieux interpréter les formes martiennes, les géologues les comparent à des lieux terrestres où les processus peuvent être étudiés de près. Dans ce cas, une analogie presque scolaire se trouve dans le nord de l’Arizona, dans le San Francisco Volcanic Field (SFVF). Landsat 8, un satellite qui photographie systématiquement la surface terrestre depuis des années, a enregistré le 19 juin 2025 une série de cônes avec des coulées de lave sombres, semblables à celles d’Ulysses Colles. Ici aussi, des grabens apparaissent dans l’image, et autour du pied des cônes s’étendent des zones plus sombres, « plus rugueuses », correspondant aux coulées de lave.
On remarque particulièrement le SP Crater (aussi connu sous le nom de S P Mountain), un cône de scories doté d’une longue coulée de lave sombre qui s’étire vers le nord. D’après les données de l’U.S. Geological Survey, cette coulée mesure environ 7 kilomètres de long et sert depuis des décennies de terrain d’entraînement en géologie pour les astronautes de la NASA. À deux endroits, la coulée « déborde » dans un graben, créant un motif reconnaissable en forme de croissant – une trace géométrique qui permet aux scientifiques de reconstruire les directions d’écoulement, les relations entre fractures et épanchements ultérieurs, ainsi que l’âge relatif des différentes phases.
Comment se forment les cônes de scories et pourquoi ils devraient être plus grands sur Mars
Les cônes de scories (en anglais scoria cones, souvent aussi cinder cones) se forment lorsque du magma riche en gaz jaillit d’un évent dans l’air sous forme de fontaines, le matériau fondu se refroidissant rapidement en petits fragments – la scorie – qui se déposent ensuite autour de l’ouverture et bâtissent des structures abruptes et coniques. Ces éruptions sont généralement considérées comme « faiblement explosives » et sont le plus souvent classées comme de type strombolien, avec des projections rythmiques et intermittentes de matériaux incandescents et de brèves fontaines de lave. Le géologue planétaire Ian Flynn de l’Université de Pittsburgh souligne qu’il s’agit d’un schéma nettement plus doux que les rares éruptions très violentes qui génèrent de hautes colonnes de cendres et de vastes dépôts de matériaux pyroclastiques.
Sur Mars, le même mécanisme de base devrait fonctionner, mais avec une « physique » environnementale différente. La gravité plus faible permet aux particules éjectées de parcourir une plus grande distance avant de retomber, et la pression atmosphérique plus faible réduit la traînée et facilite l’expansion des fontaines volcaniques. Le résultat serait, du moins en théorie, des cônes plus hauts et plus larges aux pentes plus douces – précisément ce qui est souvent avancé dans les analyses morphométriques des candidats martiens comme différence par rapport aux analogies terrestres. En ce sens, les cônes d’Ulysses Colles deviennent un laboratoire naturel : ils sont suffisamment nets pour être mesurés et comparés, et suffisamment rares pour que chaque nouvel exemple modifie sensiblement l’image du volcanisme martien.
Pourquoi les traces de volcanisme explosif sont si rares sur Mars
Si les conditions martiennes facilitent les éruptions explosives, pourquoi en voit-on relativement peu ? Une réponse est que le volcanisme explosif n’a peut-être jamais été fréquent. Une autre est qu’il a existé, mais que ses traces ont été « effacées » par des processus ultérieurs : des coulées effusives plus récentes ont pu recouvrir des dépôts pyroclastiques plus anciens, et une érosion prolongée par le vent et les impacts météoritiques a pu déformer ou détruire des formes reconnaissables. Brož indique que, sur Mars, seuls quelques dizaines à quelques centaines de candidats cônes de scories ont été identifiés à ce jour, alors que la Terre en compte des dizaines de milliers, et qu’ils constituent aussi la majorité des volcans continentaux.
Dans cette incertitude, le problème de la chronologie est également important. Patrick Whelley, volcanologue de la NASA impliqué dans le développement d’équipements et de méthodes pour l’exploration de la Lune et de Mars, souligne que, sur Mars, il n’est souvent pas clair si les coulées de lave se sont formées avant les cônes ou l’inverse. Il est possible que la coulée soit plus ancienne et que le cône se soit formé plus tard « dessus ». Il est tout aussi possible que le cône se soit formé en premier, puis que l’évent se soit bouché et que le magma ait trouvé une sortie latérale, créant une coulée qui paraît « plus jeune ». En géologie, de telles relations constituent le cœur de l’interprétation, mais sur Mars elles sont résolues presque exclusivement à partir d’images satellitaires, de la topographie et des statistiques de cratères, sans possibilité d’échantillonnage direct.
Sunset Crater et l’histoire « vivante » du terrain : d’une éruption il y a environ 800 ans à un Mars vieux de milliards d’années
Les comparaisons avec l’Arizona offrent un avantage supplémentaire : sur Terre, l’âge de nombreuses éruptions peut être approximativement daté et relié à des traces dans le paysage et l’histoire humaine. Sunset Crater, un cône de scories au sud-est de SP Crater, est entré en éruption il y a environ 800 ans et est considéré comme le plus jeune parmi quelque 600 cônes similaires du San Francisco Volcanic Field. Le cône comparable d’Ulysses Colles, en revanche, est estimé vieux de milliards d’années. Ce « gouffre » temporel n’est pas seulement un contraste intéressant ; il montre aussi combien Mars peut conserver des formes de relief – mais aussi combien il est difficile d’être certain de ce qui, au cours de cette longue histoire, a été recouvert, modifié ou mal interprété.
C’est précisément pourquoi les études de terrain d’analogues terrestres restent importantes. Observer de près les cônes, les coulées de lave et les grabens aide les scientifiques à reconnaître de « petits » indices – bords de coulées, textures de surface, relations entre dépôts – qui, sur les images satellitaires, n’apparaissent que comme des nuances. Ces connaissances sont ensuite transférées à l’interprétation des images martiennes et à la planification de futures missions, y compris l’entraînement des astronautes sur des sites comme SP Crater.
« Si ça ressemble à un canard... » : prudence en géologie planétaire et risque de confusion avec des volcans de boue
Les comparaisons planétaires ont leurs limites, et les scientifiques le soulignent régulièrement. Brož avertit qu’en science planétaire on dit souvent – à moitié en plaisantant – que même si quelque chose ressemble, se comporte et « sonne » comme un canard, cela ne signifie toujours pas que c’est un canard. Autrement dit, la similarité morphologique n’est pas toujours la preuve d’un même processus. Les cônes de scories, par exemple, peuvent être confondus avec des volcans de boue ou d’autres formes issues de fluides souterrains. Dans certains environnements, surtout là où le contexte de coulées de lave n’est pas clair, la distinction peut être extrêmement difficile.
Les recherches de laboratoire de Brož compliquent encore l’image, car elles suggèrent que, sur Mars, des coulées de boue peuvent, dans certaines conditions, se comporter et ressembler à certains types de coulées de lave, et même présenter des phénomènes inhabituels comme l’ébullition et la « lévitation » de matière. C’est un rappel que Mars ne doit pas être interprétée exclusivement avec des « yeux terrestres » : la planète possède une atmosphère différente, une gravité différente et une histoire géologique différente. Aujourd’hui, selon les analyses disponibles, les cônes d’Ulysses Colles sont considérés comme une preuve très convaincante de volcanisme explosif, mais les scientifiques cherchent encore des critères supplémentaires qui réduiront la possibilité d’une mauvaise identification dans d’autres régions.
Des explosions « modestes » aux superéruptions : ce que Mars révèle, et ce qu’elle cache encore
Mars porte aussi les traces d’événements explosifs bien plus puissants que les éruptions stromboliennes qui construisent les cônes de scories. Ces épisodes très explosifs ne laissent pas de petits cônes, mais une autre signature géologique : de grandes cavités et des dépressions irrégulières, souvent appelées paterae (paterae) dans la nomenclature planétaire, ainsi que de larges et minces dépôts de cendres et d’autres matériaux facilement érodables. Le vent peut ensuite sculpter ces matériaux en yardangs – des crêtes allongées façonnées par l’érosion et le « sablage » par des particules transportées par le vent. La comparaison avec de telles formes est importante, car elle aide à distinguer le spectre du volcanisme martien : des épanchements calmes de lave, aux explosions « modestes » qui bâtissent des cônes, jusqu’aux événements rares et très énergétiques qui remodèlent de vastes surfaces.
Dans le contexte terrestre, la différence entre des éruptions « faiblement explosives » et celles qui projettent des colonnes de cendres de plusieurs dizaines de kilomètres de haut est particulièrement visible avec l’exemple de l’éruption du Hunga Tonga–Hunga Ha'apai en janvier 2022, lorsque des mesures satellitaires ont enregistré que la colonne a atteint environ 58 kilomètres de hauteur. De tels extrêmes rappellent que « explosif » couvre une gamme très large de processus – et que sur Mars, bien que plus rarement, on peut rechercher des traces de différents types d’éruptions, mais dans des « signatures » géomorphologiques différentes.
Pourquoi cette comparaison est importante et ce qui suit
Dans l’histoire d’Ulysses Colles et des analogies arizoniennes, il ne s’agit pas seulement de comparer deux belles images satellites. Il s’agit d’une méthode où le connu sert de clé à l’inconnu : le travail de terrain, les mesures et la compréhension des processus sur Terre aident les scientifiques à interpréter à distance le relief martien, à déterminer quelles données recueillir et quels instruments développer. En même temps, Mars « renvoie » le défi : elle oblige les chercheurs à élargir leur intuition et à ne pas tenir pour acquis que la même forme signifie toujours le même processus.
Les cônes de scories d’Ulysses Colles sont donc importants à la fois comme indice scientifique et comme avertissement. Ils complètent une image du volcanisme martien qui, pendant des décennies, s’est concentrée sur des coulées effusives et d’immenses reliefs de type bouclier, tout en ouvrant de nouvelles questions sur l’ampleur réelle du volcanisme explosif, sur le nombre de ses traces enfouies sous des laves plus récentes et la poussière, et sur la manière dont de futures missions – robotisées ou humaines – choisiront des sites où ces traces pourront être vérifiées de près.
Sources :- NASA Earth Observatory (NASA Science) – article et vues satellitaires comparant des cônes sur Terre et sur Mars, avec les dates de prise de vue ( link )
- U.S. Geological Survey – Sunset Crater et le contexte du San Francisco Volcanic Field ( link )
- U.S. Geological Survey – aperçu du San Francisco Volcanic Field (nombre de cônes et informations de base) ( link )
- Mars Education (Arizona State University) – explication du terme patera/paterae dans la nomenclature martienne ( link )
- NASA Earth Observatory – analyse de l’éruption du Hunga Tonga–Hunga Ha'apai et mesure satellitaire de la hauteur du panache ( link )
- U.S. Geological Survey Astrogeology – description technique et contexte des données de l’instrument CTX sur Mars Reconnaissance Orbiter ( link )
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