L'anatomie d'une planète

Depuis le début de l'année 2019, des chercheurs ont enregistré et analysé des séismes martiens dans le cadre de la mission InSight. Cela a été rendu possible gr?ce à un sismomètre dont l'électronique d'acquisition et de contr?le des données a été développée à l'ETH Zurich. Gr?ce à ces données, les chercheurs ont pu mesurer la cro?te, le manteau et le noyau de la planète rouge - des données qui permettront de mieux comprendre la formation et l'évolution de la planète et, par conséquent, de l'ensemble du système solaire.

Mars a autrefois complètement fondu

On sait que la Terre est constituée de coquilles : à une fine cro?te de roches légères et solides succède le manteau terrestre épais, composé de roches lourdes et visqueuses, et, en dessous, le noyau terrestre, composé en grande partie de fer et de nickel. insiste. On soup?onnait une structure similaire pour les planètes telluriques et donc aussi pour Mars. "Maintenant, les données sismiques confirment que Mars a probablement été entièrement fondue à une époque et qu'elle est aujourd'hui divisée en une cro?te, un manteau et un noyau, qui sont toutefois différents de ceux de la Terre", explique Amir Khan, scientifique à l'Institut de géophysique de l'ETH Zurich et à l'Institut de physique de l'Université de Zurich. Avec son collègue de l'ETH, Simon St?hler, il a analysé les données de la mission InSight de la NASA, à laquelle l'ETH Zurich participe sous la direction du professeur Domenico Giardini.

Pas de tectonique des plaques sur Mars

Les chercheurs ont découvert que la cro?te martienne située sous le site d'atterrissage de la sonde, près de l'équateur de Mars, a une épaisseur de 15 à 47 kilomètres. Une cro?te aussi fine doit contenir une proportion relativement élevée d'éléments radioactifs, ce qui remet en question les modèles actuels de composition chimique de l'ensemble de la cro?te.

Sous la cro?te vient le manteau avec la lithosphère composée de roches plus solides, qui s'étend jusqu'à une profondeur de 400 à 600 kilomètres, soit deux fois plus que sur la Terre. Cela pourrait s'expliquer par le fait qu'il n'y a aujourd'hui qu'une seule plaque continentale sur Mars, contrairement à la Terre et ses sept grandes plaques en mouvement. "L'épaisseur de la lithosphère correspond bien au modèle de Mars comme 'planète à plaque unique'", résume Khan.

Les mesures montrent en outre que le manteau martien ressemble, du point de vue minéralogique, au manteau supérieur de la Terre. "De ce point de vue, le manteau martien est une version plus simple du manteau terrestre", explique Khan. Mais la sismologie révèle également des différences dans la composition chimique. Le manteau martien contient par exemple beaucoup plus de fer que celui de la Terre. La complexité de la stratification du manteau martien dépend également de la taille du noyau sous-jacent, et là aussi, les chercheurs ont fait de nouvelles découvertes.

Le noyau est liquide et plus grand que prévu

Le rayon du noyau est en effet d'environ 1840 kilomètres, soit 200 kilomètres de plus que ce qui avait été supposé il y a 15 ans lors de la planification de la mission InSight en raison de la faible densité de la planète. La taille du noyau a pu être recalculée à l'aide d'ondes sismiques. "Nous pouvons maintenant calculer la densité du noyau à partir du rayon déterminé", explique Simon St?hler.

"Si le rayon du noyau est grand, la densité du noyau doit être relativement faible", conclut-il. "Le noyau doit donc contenir - en plus du fer et du nickel - une grande proportion d'éléments plus légers". Le soufre, mais aussi l'oxygène, le carbone et l'hydrogène entrent en ligne de compte, mais leur proportion devrait être inattendue. Les chercheurs en concluent que la composition de la planète entière n'est pas encore totalement comprise. Les études actuelles confirment toutefois que le noyau est - comme on le supposait - liquide, même si Mars ne dispose plus aujourd'hui de champ magnétique.

Atteindre son but avec différentes formes d'ondes

Les chercheurs ont obtenu ces nouveaux résultats en analysant les différentes ondes sismiques générées par les séismes. "Auparavant, nous pouvions déjà voir les différentes ondes dans les données InSight et nous savions donc à quelle distance de la sonde se trouvaient ces foyers de tremblement de terre sur Mars", explique Giardini. Pour pouvoir dire quelque chose sur la structure interne des planètes, il faut aussi des ondes sismiques qui se reflètent sur ou sous la surface ou le noyau. Pour la première fois, les chercheurs ont réussi à mesurer et à analyser de telles ondes sismiques sur Mars.

"La mission InSight a été une occasion unique de recueillir ces données", explique Giardini. Le flux de données prendra fin dans un an, lorsque les panneaux solaires de l'atterrisseur ne produiront plus assez d'électricité. "Mais nous sommes loin d'en avoir fini avec l'analyse de toutes les données - Mars nous pose encore de nombreuses énigmes, notamment celle de savoir si elle s'est formée en même temps et à partir des mêmes matériaux que notre Terre". Il est particulièrement important de comprendre comment la dynamique interne de Mars a conduit à la perte du champ magnétique actif et de toute l'eau de surface. "Cela nous permet d'imaginer si et comment ces processus pourraient se produire sur notre planète", explique Giardini. "C'est pour cela que nous sommes sur Mars, pour étudier son anatomie".