Activité sismique sur Mars

Le 26 novembre 2018, l'atterrisseur Insight de la Nasa s'est posé avec succès sur Mars dans la région d'Elysium Planitia. Soixante-dix jours martiens plus tard, le sismomètre "SEIS" de la mission a commencé à enregistrer les secousses de la planète. Une équipe de chercheurs et d'ingénieurs de l'ETH Zurich, dirigée par le professeur Domenico Giardini de l'ETH, a développé l'électronique de commande de SEIS et est responsable du service sismologique martien. Ce dernier, en collaboration avec le Service sismologique suisse à l'ETH Zurich, est responsable de l'interprétation quotidienne des données envoyées par Mars.

La revue "Nature Geoscience" vient de publier une série d'articles relatant les résultats de la mission jusqu'à fin septembre 2019 sur Mars. Durant cette période, Insight a enregistré 174 événements. Entre-temps, les mesures se sont poursuivies et un total de plus de 450 séismes martiens ont été observés, qui n'ont pas encore tous pu être évalués en détail. Cela correspond en moyenne à environ un événement par jour.

Les données permettent aux chercheurs de déterminer comment les ondes sismiques se propagent à travers la planète. ? l'instar des rayons X, elles traversent l'intérieur de la planète et permettent de visualiser sa composition. Avant l'atterrissage d'Insight, les chercheurs avaient développé un large éventail de modèles explicatifs montrant comment la structure interne de la planète avait pu évoluer. Les tremblements de terre enregistrés sur Mars permettent désormais, après quelques mois seulement, de mieux comprendre la structure de la planète et de lever les incertitudes qui existaient jusqu'ici.

Interpréter les données satellites de Mars n'est pas facile

Les séismes martiens ressemblent aux tremblements de terre, mais ont généralement des magnitudes plus faibles. Les 174 séismes martiens décrits dans les articles peuvent être classés en deux catégories. La première comprend 24 secousses de basse fréquence, de magnitude comprise entre 3 et 4, dont les ondes se propagent à travers le manteau martien. La seconde comprend 150 événements de magnitudes comparativement plus faibles, de foyers moins profonds et d'ondes de fréquence plus élevée qui restent piégées dans la cro?te martienne.

"Les séismes martiens présentent des caractéristiques similaires à celles déjà observées sur la Lune à l'époque d'Apollo. Ils durent longtemps (10 à 20 minutes), car leurs ondes sont fortement dispersées en raison des particularités de la cro?te martienne", explique le professeur Giardini de l'ETH. En règle générale, poursuit Giardini, il est difficile d'interpréter les données du sol martien. Dans la plupart des cas, on peut seulement déterminer la distance, mais pas la direction d'où proviennent les ondes.

Atterri sur une fine couche de sable

Insight marque le début d'une nouvelle ère pour la sismologie. Jusqu'à présent, les performances de SEIS ont dépassé les attentes. En particulier compte tenu des conditions difficiles qui règnent sur Mars, caractérisées chaque jour par des températures comprises entre moins 80 et 0 degré Celsius et par des vents violents. C'est surtout pendant la journée que ces vents secouent l'atterrisseur Insight et ses instruments, ce qui entra?ne de nombreux bruits parasites. Mais au coucher du soleil, les vents se calment et permettent d'enregistrer les données sismiques les plus silencieuses de tout le système solaire à ce jour. Les séismes détectés par SEIS se sont donc principalement produits pendant les heures calmes de la nuit. Les conditions difficiles rendent également difficile la distinction entre les événements sismiques et les autres signaux provenant des mouvements de l'atterrisseur, d'autres instruments ou de l'atmosphère.

SEIS enregistre également le martèlement de la sonde de flux de chaleur HP3 (une autre expérience Insight) ainsi que les tourbillons qui passent (diables de poussière). Cela permet de représenter les propriétés physiques des couches de sol situées directement sous SEIS. On sait donc que SEIS a atterri sur une fine couche sablonneuse de quelques mètres de profondeur, située au milieu d'un ancien cratère d'impact de 20 mètres de diamètre. ? une profondeur plus importante, la cro?te martienne présente des caractéristiques comparables à celles des roches cristallines de base de la Terre. Elle semble toutefois être plus fissurée. De plus, la manière dont les ondes sismiques se propagent suggère que le manteau supérieur les amortit davantage par rapport au manteau inférieur.

?galement causée par des tensions tectoniques

Jusqu'à présent, aucun séisme martien n'a été enregistré à proximité de la station, ce qui indique qu'Insight a atterri dans une région de Mars plut?t calme sur le plan sismique. Les trois événements les plus importants se sont produits dans la région de Cerberus Fossae, située à environ 1500 kilomètres. Il s'agit d'un système de faille tectonique provoqué par le poids d'Elysium Mons, le plus grand volcan de la région Elysium Planitia. Il existe donc une forte présomption que l'activité sismique sur Mars n'est pas seulement une conséquence du refroidissement et donc du rétrécissement de la planète, mais qu'elle est également causée par des tensions tectoniques. L'énergie sismique totale libérée sur Mars se situe entre celle de la Terre et celle de la Lune.

Combinées à d'autres mesures, les données obtenues avec SEIS sont en outre très utiles pour mieux comprendre les processus météorologiques sur Mars. Le sismomètre ne détecte pas seulement les vents, mais réagit également à la pression atmosphérique, ce qui permet de déterminer les phénomènes météorologiques caractéristiques de Mars. Il s'agit notamment des tourbillons de vent qui passent devant l'atterrisseur l'après-midi.

Cet article a d'abord été publié sur le site Service sismologique suisse.