En étudiant les données renvoyées par le spectromètre infrarouge (TES) de la sonde Mars Global Surveyor, des scientifiques de l’US Geological Survey ont découvert qu’une bonne partie de la surface martienne semble très riche en olivine. Ce minéral, qui peut parfois être d’un beau vert bouteille, se trouve en abondance dans certaines roches volcaniques terrestres.

En présence d’eau, l’olivine s’altère très facilement pour donner naissance à toute une gamme de minéraux, comme la serpentine. Selon les chercheurs de l’USGS, la présence d’une aussi vaste quantité d’olivine sur Mars prouverait que l’altération chimique aurait été très faible, et que la planète serait restée froide et aride tout au long de son histoire.

La découverte par la sonde Mariner 9 en 1972, puis par les orbiteurs Viking entre 1976 et 1980, de vallées fluviales sur Mars a conduit les scientifiques à imaginer une jeune Mars chaude et humide. Aujourd’hui, à cause de températures très basses et d’une pression atmosphérique trop faible, l’eau liquide ne peut théoriquement plus exister à la surface de Mars (ce qui n’a pas empêché Mars Global Surveyor de mettre en évidence des traces récentes d’écoulements liquides). Pour expliquer les chenaux et les vallées visibles sur les images orbitales, témoignages indubitables d’une intense activité fluviale pour de nombreux scientifiques, il a fallu invoquer des conditions climatiques radicalement différentes de celles qui règnent actuellement sur Mars.

Malgré sa popularité au sein de la communauté scientifique, l’idée que Mars était dans sa jeunesse une planète bleue ne fait pas l’unanimité. Pour certains chercheurs, la planète rouge n’aurait jamais cessé d’être un globe froid et aride, et jamais l’eau liquide n’aurait coulé à sa surface. L’abondance de l’olivine à la surface de Mars semble apporter une nouvelle preuve à cette théorie.

Sur la carte minéralogique dressée par Mars Global Surveyor, les géologues ont également détecté d’autres minéraux. Les régions les plus claires de la planète semblent assez pourvues en sulfates. La présence de sulfates avait été suspectée dès 1976, lorsque les atterrisseurs Viking avaient mesuré une concentration non négligeable de soufre dans le sol martien.

L’existence de concentrations locales d’hématite à gros grains, découvertes en 1998 par le TES, a aussi été confirmée. Les processus de formation de cet oxyde de fer sont multiples, mais la variété à gros grains requiert sur Terre la présence d’eau (formation par hydrothermalisme ou par précipitation au sein d’une vaste étendue d’eau). Cependant, les minéraux accessoires qui accompagnent sur Terre ce type d’hématite, n’ont pour l’instant pas été détectés à la surface de Mars.

Ces trouvailles minéralogiques apportent des indices sur le passé géologique de Mars, mais pas de réponses définitives, et différents scénarios sont toujours en compétition. Dans le modèle chaud et humide que nous avons brièvement évoqué plus haut, l’eau liquide, capable d’exister en surface, est responsable des vallées qui entaillent les terrains martiens. Dans une version plus frigorifique, la planète Mars était riche en eau, mais celle-ci était surtout présente en surface sous la forme de glace (les glaciers expliquant alors certaines figures d’érosions), à cause de températures très basses. Enfin, dans le modèle froid et aride, la planète a perdu très tôt ses réserves d’eau et les vallées s’expliquent par d’autres mécanismes qu’une érosion fluviale (volcanisme, coulée de CO₂, érosion éolienne intense, etc.).

Ces trois modèles sont bien évidemment simplistes, et l'histoire géologique de Mars a dû être en vérité plus complexe. Dans le scénario développé par les géologues de l’US Geological Survey, le fait que l’eau liquide ne se soit pas écoulée en surface n’empêche pas, par exemple, l’existence de vastes quantités de glace dans le sous-sol.