Vue d’artiste de la structure intérieure de Mars montrant une couche en fusion à la base du manteau et au-dessus du noyau. La ligne violette montre le chemin suivi sur Mars par les ondes générées par l’impact météoritique survenu en septembre 2021 et diffractées le long du CMB. La ligne bleue représente le chemin suivi par une onde sismique réfléchie au sommet de la couche basale en fusion. Crédit : IPGP / CNES / N. Starter
Récemment, une équipe de scientifiques impliqués dans NASALa mission InSight de a réalisé une analyse des données sismiques enregistrées sur Mars après un impact de météorite survenu en septembre 2021. Leurs découvertes changent radicalement notre vision de la structure interne et de l’évolution de la planète rouge.
Sur la base de ces résultats et de données géophysiques antérieures, une étude publiée dans la revue Natureà laquelle a participé le chercheur Attilio Rivoldini de l’Observatoire royal de Belgique, propose un nouveau modèle pour l’intérieur de Mars, avec un manteau hétérogène contenant une couche de silicate fondu au-dessus du noyau de métal liquide.
Constatations et hypothèses initiales
Les premiers résultats basés sur les données de la mission InSight ont considérablement amélioré notre connaissance de la structure intérieure de Mars. En supposant que le manteau est de composition homogène et entièrement solide, les résultats ont montré que le noyau de métal liquide a un rayon d’environ 1 830 ± 40 km et une densité relativement faible (6-6,2 g/cm3) avec une grande concentration d’éléments légers. La taille du noyau métallique a été déterminée par la détection d’ondes sismiques réfléchies au niveau d’une interface solide-liquide appelée la limite noyau-manteau (CMB).
Réévaluation après un impact récent
Cependant, depuis, l’analyse de nouvelles données générées par un puissant impact de météorite survenu le 18 septembre 2021, a remis en question les premières estimations de la structure interne de la planète rouge. Une équipe internationale dirigée par Henri Samuel, chercheur CNRS à l’Institut de Physique des Globes à Paris, et impliquant Attilio Rivoldini de l’Observatoire Royal de Belgique, a étudié les temps de propagation de ces ondes et a montré qu’une couche de silicates fondus à la base de l’orbite martienne le manteau et au-dessus du noyau métallique peuvent expliquer les nouvelles données.
Partant de ce constat, un nouveau modèle de structure a été déduit et publié le 26 octobre dans la revue Nature. Ce modèle de structure est non seulement plus cohérent avec toutes les données géophysiques disponibles, mais explique également mieux l’évolution de Mars depuis sa formation.
Anomalies sismiques expliquées
Une couche fondue à la base du manteau élucide la propagation anormalement lente, jusqu’ici inexpliquée, des ondes sismiques diffractées le long du CMB en septembre 2021. De plus, pour plusieurs événements sismiques antérieurs, les heures d’arrivée des ondes sismiques sont compatibles avec les réflexions du cisaillement sismique. ondes au sommet de la couche fondue (située à plusieurs dizaines de kilomètres au-dessus du noyau métallique) et non au niveau du CMB, comme supposé précédemment.
Implications pour la taille et la composition du noyau
La présence de cette couche fondue à la base du manteau implique que le noyau métallique est de 150 à 170 km plus petit (soit un rayon de 1 650 ± 20 km) que les estimations précédentes.
« Ce noyau plus petit est également 5 à 8 % plus dense (soit 6,5 g/cm3). La fraction d’éléments légers dans le noyau est plus faible qu’on ne le pensait et est donc plus compatible avec les données cosmochimiques déduites de l’analyse des météorites martiennes et des expériences à haute pression », explique Attilio Rivoldini.
Les débuts de l’évolution de Mars
Les auteurs de l’étude proposent donc que Mars ait connu un stade océanique précoce de magma dont la cristallisation a produit une couche stable à la base du manteau, hautement enrichie en fer et en éléments radioactifs. La chaleur dégagée par la désintégration radioactive a généré une couche basale de silicates fondus au-dessus du noyau.
Pour en savoir plus sur cette étude :
- InSight Lander de la NASA révèle le mystère en fusion de Mars
- Décoder le mystère central de la planète rouge
- Des scientifiques découvrent une couche de fusion recouvrant le noyau martien
À propos d’InSight et de SEIS :
La mission InSight de la NASA s’est officiellement terminée en décembre 2022 après plus de quatre ans de collecte de données scientifiques uniques sur Mars.
JPL a géré la mission InSight pour le compte de la Direction des missions scientifiques de la NASA. InSight fait partie du programme Discovery de la NASA, géré par le Marshall Space Flight Center (MSFC), les installations de la NASA à Huntsville, en Alabama. Lockheed Martin Space à Denver a construit la sonde InSight, y compris son étage de croisière et son atterrisseur, et a soutenu l’exploitation du vaisseau spatial pour la mission. Le CNES a été maître d’oeuvre de SEIS et l’Institut de Physique du Globe de Paris (Université Paris Cité/IPGP/CNRS) en a assumé la responsabilité scientifique. Le CNES finance les contributions françaises, coordonne le consortium international
et était responsable de l’intégration, des tests et de la fourniture de l’instrument complet à la NASA. L’IPGP a conçu les capteurs VBB (Very Broad Band), les a testés avant leur livraison au CNES et contribue à l’exploitation des VBB sur Mars. Les opérations SEIS et APSS ont été réalisées par le CNES au sein du FOCSE-SISMOC, avec le soutien du Centro de Astrobiologia (Espagne). Les données SEIS sont formatées et diffusées par le Service Mars SEIS Data de l’IPG Paris, dans le cadre du Service National d’Observation InSight auquel contribue également LPG et, pour les activités Sismo de l’École, GéoAzur. L’identification quotidienne des tremblements de terre a été réalisée par le Mars Quake Service d’InSight, un service opérationnel collaboratif dirigé par l’ETH Zurich auquel participent des sismologues de l’IPG Paris, du Université de Bristol (Royaume-Uni) et collège impérial de Londres
( ROYAUME-UNI).
Plusieurs autres laboratoires du CNRS dont le LMD (CNRS/ENS Paris/École polytechnique/Sorbonne Université), le LPG (CNRS/Université de Nantes/Université du Mans/Université d’Angers), l’IRAP (CNRS/Université de Toulouse/CNES), le LGL-TPE (CNRS/École Normale Supérieure de Lyon/Université Claude Bernard Lyon 1), l’IMMC (Sorbonne Université/Muséum national d’Histoire naturelle/CNRS) et LAGRANGE (CNRS/Université Côte d’Azur/Observatoire de la Côte d’Azur) sont participer avec l’IPGP et l’ISAE-SUPAERO à l’analyse des données de la mission InSight. Ces analyses sont soutenues par le CNES et l’Agence Nationale de la Recherche dans le cadre du projet ANR MArs Geophysical InSight (MAGIS). en collaboration avec SODERN pour la production du VBB, le JPL, l’École polytechnique fédérale de Zurich (ETH, Zurich Suisse), l’Institut Max Planck de recherche sur le système solaire (MPS, Göttingen, Allemagne), l’Imperial College de Londres et le
Université d’Oxfordont fourni les sous-systèmes SEIS et sont impliqués dans l’exploitation scientifique de SEIS.
