La cro?te de Mars est vraiment épaisse

En mai 2022, le service sismique martien de l'ETH Zurich a enregistré le séisme le plus puissant jamais observé sur une autre planète. L'événement, d'une magnitude estimée à 4,6, avait été enregistré par le sismomètre de la mission InSight de la Nasa à la surface de Mars. "Ce séisme martien a envoyé de fortes ondes sismiques qui se sont déplacées le long de la surface de Mars", explique Doyeon Kim, sismologue à l'Institut de géophysique de l'ETH Zurich.

Les chercheurs l'espéraient depuis longtemps, car les ondes de surface ne se déplacent pas seulement du foyer du séisme à la station de mesure, mais font plusieurs fois le tour de la planète. Elles ne fournissent donc pas seulement des informations sur certaines zones de la planète, mais permettent d'avoir une vision globale.

"De ce séisme, le plus important enregistré pendant toute la mission InSight, nous avons observé des ondes de surface qui ont fait jusqu'à trois fois le tour de Mars", raconte le sismologue et premier auteur d'une étude qui vient d'être publiée dans "Geophysical Research Letters". Pour obtenir des informations sur les structures traversées, les chercheurs ont mesuré la vitesse à laquelle ces ondes se propagent à différentes fréquences.

Ces vitesses sismiques fournissent des informations sur la structure interne à différentes profondeurs. Auparavant, les ondes de surface observées, issues de deux impacts de météorites, ne permettaient qu'une connaissance limitée et régionale le long des chemins de propagation spécifiques de ces ondes sismiques. "Gr?ce à ce puissant séisme, nous avons des observations sismiques qui représentent la structure globale", explique Kim.

Combiner des données globales

Les chercheurs ont combiné leurs résultats nouvellement acquis avec les données existantes sur la gravité et la topographie de Mars, et ont ainsi pu déterminer l'épaisseur de la cro?te martienne. Elle est en moyenne de 42 à 56 kilomètres. La cro?te est la plus fine dans la région de la plaine d'Isidis, avec une moyenne de 10 kilomètres, et la plus épaisse dans la province de Tharsis, avec 90 kilomètres. ? titre de comparaison, les données sismiques indiquent que la cro?te terrestre a une épaisseur moyenne de 21 à 27 kilomètres ; l'épaisseur de la cro?te lunaire, déterminée par les sismomètres des missions Apollo, se situe entre 34 et 43 kilomètres.

"La cro?te martienne est ainsi beaucoup plus épaisse que celle de la Terre ou de la Lune", explique Kim. De manière générale, les petits corps planétaires de notre système solaire ont une cro?te plus épaisse que les plus gros, explique le chercheur : "Nous avons eu de la chance. Sur Terre, il aurait été difficile pour nous de déterminer l'épaisseur de la cro?te terrestre avec un séisme d'une intensité comparable à celui de Mars. Mars est plus petite que la Terre, mais elle peut aussi transporter l'énergie sismique plus efficacement".

L'un des principaux résultats de cette recherche concerne la différence entre l'hémisphère nord et l'hémisphère sud de Mars. Ce contraste est observé depuis que les télescopes existent ; il est particulièrement bien visible sur les images des satellites martiens : Le nord est constitué de basses plaines, tandis que le sud est parsemé de hautes montagnes. La division entre les basses terres du nord et les hautes terres du sud est appelée dichotomie martienne.

"On pourrait supposer que cette différence s'explique par deux compositions rocheuses différentes", explique Kim : "L'une des roches serait plus dense, donc plus lourde que l'autre", ou bien la composition est la même au nord et au sud, mais l'épaisseur de la cro?te diffère. Si la cro?te est plus épaisse au sud, il y a moins du matériau plus dense du manteau martien sous celle-ci, alors que sous une cro?te plus fine au nord, il y a plus de ce matériau plus lourd.

Une cro?te plus fine au nord

C'est précisément ce que les chercheurs ont pu démontrer. "Sur la base des observations sismiques et des données gravitationnelles, nous montrons que la densité de la cro?te est similaire dans les basses terres du nord et dans les hautes terres du sud", écrivent les chercheurs. En revanche, la cro?te de l'hémisphère sud s'étend à une plus grande profondeur que celle de l'hémisphère nord. "Cette découverte est passionnante et nous permet de mettre fin à une longue discussion scientifique sur l'origine et la structure de la cro?te martienne", déclare Kim. En effet, l'année dernière déjà, l'analyse des impacts de météorites sur Mars a fourni des indices montrant que les cro?tes du nord et du sud sont constituées du même matériau.

D'autres conclusions peuvent être tirées de l'épaisseur de la cro?te martienne. "Notre étude explique comment la planète produit de la chaleur et comment elle a évolué thermiquement", explique Kim. En tant que planète qui, contrairement à la Terre, ne dispose que d'une seule plaque, c'est surtout la désintégration d'éléments radioactifs tels que le thorium, l'uranium et le potassium qui génère de la chaleur en son sein.

L'étude révèle que 50 à 70 % de ces éléments producteurs de chaleur se trouvent dans la cro?te martienne. Ce fort enrichissement pourrait expliquer qu'il existe en dessous des régions locales où des processus de fusion pourraient avoir lieu jusqu'à aujourd'hui.