L'anneau de feu de Vénus

Il y a des années déjà, les planétologues ont découvert à la surface de Vénus d'étranges structures annulaires sur des images haute résolution de la mission "Magellan" de la Nasa. Des chercheurs de l'ETH menés par Taras Gerya, professeur de géophysique au Département des sciences de la Terre, ont étudié il y a quelques années, à l'aide de modèles informatiques, comment ces structures avaient pu se former (cf. Actualités ETH, 21.02.2014).

Jusqu'à présent, la plupart des chercheurs supposent que des panaches dits "du manteau", qui remontent profondément de l'intérieur de la planète, sont à l'origine des structures circulaires à la surface.

Les panaches du manteau sont des colonnes de roches chaudes en fusion qui atteignent la cro?te par des mouvements de convection dans le manteau inférieur. Là, la partie supérieure de la colonne s'étend en forme de champignon. La chaleur entra?née fait fondre la cro?te située au-dessus en formant un cercle. Le matériau qui s'élève continuellement des profondeurs élargit la tête du panache et étend la structure circulaire à la surface - une couronne se forme. La cro?te dure qui entoure le panache mantellique se brise et finit par plonger sous le bord de la couronne, ce qui déclenche localement des processus tectoniques.

La diversité des coronae simulée par ordinateur

Mais la topographie des coronae est loin d'être homogène ou facile à décrire. "Sur la surface de Vénus, de telles structures se présentent sous une grande variété de formes et de tailles", explique Anna Gülcher, doctorante dans le groupe de recherche de Gerya.

A l'aide d'un ensemble plus important de simulations 3D améliorées, Gülcher a donc réexaminé les coronae afin de relier la diversité de la topographie de surface aux processus qui se déroulent en dessous. Son étude vient d'être publiée dans la revue spécialisée "Nature Geoscience".

Les nouvelles simulations montrent que la topographie d'une couronne dépend de l'épaisseur et de la solidité de la cro?te à l'endroit où un panache du manteau la frappe. Il en ressort clairement que la topographie des coronales dépend de l'activité de la colonne de magma sous-jacente.

Des panaches actifs forment l'anneau de feu de Vénus

Cette distinction a permis à la chercheuse et à ses collègues de classer plus d'une centaine de grandes coronales de Vénus en deux groupes principaux, à savoir celles sous lesquelles un panache actif est actuellement en train de s'élever, emportant avec lui de la matière en fusion, et celles sous lesquelles le panache s'est refroidi et est devenu inactif. "Chaque structure de couronne a une signature spécifique qui indique ce qui se passe en dessous", explique Gülcher.

La chercheuse a reporté sur une carte de Vénus toutes les coronae classées en fonction de leur activité. ? sa grande surprise, elle a pu localiser la plupart des structures situées au-dessus des panaches actifs du manteau sur une ceinture dans l'hémisphère inférieur de Vénus. Seules quelques-unes actives se trouvent en dehors de cette ceinture. Gülcher : "Nous l'avons donc appelé le 'Cercle de feu de Vénus' en référence au 'Cercle de feu du Pacifique de la Terre'". Elle part du principe que le Cercle de feu de Vénus co?ncide avec une zone où la matière des panaches s'est particulièrement heurtée.

Il est toutefois important de noter que sur Terre, la tectonique des plaques est responsable de la position et de la dynamique de l'anneau de feu. Sur Vénus, il s'agirait d'un volcanisme vertical de point chaud, qui ne se produit qu'à quelques endroits sur Terre.

La raison pour laquelle les panaches du manteau de Vénus sont disposés exactement dans une telle ceinture et ce que cela signifie par rapport aux processus qui se déroulent en profondeur à l'intérieur de cette planète est une question importante. Elle pourrait être abordée dans de futures études avec des simulations informatiques à grande échelle, explique Gülcher.

Une grande capacité de calcul est nécessaire

Dans leurs modèles, les chercheurs ne simulent que quelques centaines de kilomètres de la partie supérieure d'un panache du manteau. Mais dans la réalité, de telles colonnes de magma pourraient mesurer plus de 1000 kilomètres de long. "Simuler toute la longueur n'est pas envisageable en raison de la capacité de calcul nécessaire", explique Gülcher. Les simulations actuelles sont déjà huit fois plus grandes que les précédentes. Elles ont été calculées sur le cluster Euler de l'ETH.

Les planétologues espèrent également que leurs découvertes leur permettront de mieux comprendre comment fonctionnent les volumes du manteau à l'intérieur de la Terre. Ils pourraient être responsables de l'apparition d'un volcanisme de point chaud, comme celui de l'archipel hawa?en. Les volumes du manteau pourraient en outre avoir été un déclencheur de la tectonique des plaques observée sur la Terre, comme l'a également montré le groupe de recherche de Taras Gerya à l'aide de simulations. Comme mentionné à l'époque, Vénus pourrait servir de modèle pour les processus qui auraient pu se dérouler sur la Terre primitive.