Des chercheurs explorent la possibilité d'utiliser les signaux sismoélectriques des tremblements de terre pour détecter les eaux souterraines sur Mars, une méthode inspirée de techniques similaires sur Terre mais adaptée aux conditions uniques de Mars. Cette approche, qui capture les signaux électromagnétiques produits lorsque les ondes sismiques traversent les aquifères, pourrait révéler des sources d'eau cachées profondément sous la surface martienne, révolutionnant potentiellement notre compréhension de l'eau sur Mars et de sa distribution. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Les scientifiques de Penn State étudient l'utilisation des signaux sismoélectriques provenant des tremblements de terre pour identifier les eaux souterraines profondes sur Mars.
Cette technique, basée sur la détection des champs électromagnétiques générés par les ondes sismiques, pourrait apporter de nouvelles connaissances sur les aquifères martiens et la répartition de l'eau.
L'eau liquide sur Mars, si elle est présente aujourd'hui, pourrait être enfouie trop profondément pour être détectée par les méthodes traditionnelles utilisées sur Terre. Cependant, une nouvelle technique impliquant l'analyse des tremblements de terre sur Mars pourrait constituer une avancée majeure, suggèrent des scientifiques de Penn State.
Lorsque les séismes se propagent dans les aquifères souterrains, ils génèrent des signaux électromagnétiques. Dans une étude publiée dans Planètes JGRLes chercheurs ont démontré que ces signaux pourraient potentiellement révéler la présence d'eau à plusieurs kilomètres sous la surface de Mars. L'auteur principal, Nolan Roth, doctorant au département de géosciences de l'université Penn State, estime que cette méthode pourrait ouvrir la voie à l'analyse des données des futures missions sur Mars.
L'une des dernières images jamais prises par l'atterrisseur InSight de la NASA montre son sismomètre à la surface de la planète rouge en 2022. Une équipe de scientifiques suggère que l'utilisation des données du sismomètre et d'un magnétomètre sur l'atterrisseur pourrait aider à révéler si de l'eau liquide est présente dans les profondeurs de la surface martienne. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Potentiel des tremblements de terre pour détecter les eaux souterraines
« La communauté scientifique a des théories selon lesquelles Mars possédait des océans et qu'au cours de son histoire, toute cette eau a disparu », a déclaré Roth. « Mais il existe des preuves qu’une certaine quantité d’eau est emprisonnée quelque part dans le sous-sol. Nous n'avons tout simplement pas réussi à le trouver. L’idée est que si nous pouvons trouver ces signaux électromagnétiques, alors nous trouverons de l’eau sur Mars. »
Si les scientifiques souhaitent trouver de l’eau sur Terre, ils peuvent utiliser des outils tels que le radar pénétrant dans le sol pour cartographier le sous-sol. Mais cette technologie n’est pas efficace à des kilomètres sous la surface, à des profondeurs où l’eau pourrait se trouver sur Mars, ont indiqué les scientifiques.
Les chercheurs recommandent plutôt une nouvelle application de la méthode sismoélectrique, une technique plus récente développée pour caractériser de manière non invasive le sous-sol terrestre. Lorsque les ondes sismiques d'un tremblement de terre se déplacent dans un aquifère souterrain, les différences dans la façon dont les roches et l'eau se déplacent produisent des champs électromagnétiques. Ces signaux, qui peuvent être entendus par des capteurs à la surface, peuvent révéler des informations sur la profondeur, le volume, l'emplacement et la composition chimique de l'aquifère, selon les chercheurs.
Avantages des signaux sismoélectriques sur Mars
« Si nous écoutons les tremblements de terre qui se déplacent dans le sous-sol, s'ils traversent l'eau, ils créeront ces signaux merveilleux et uniques de champs électromagnétiques », a déclaré Roth. « Ces signaux permettraient de diagnostiquer la présence actuelle d'eau sur Mars. »
Sur une Terre riche en eau, utiliser cette méthode pour identifier les aquifères actifs est un défi car l’eau existe dans le sous-sol même en dehors des aquifères, créant d’autres signaux électriques lorsque les ondes sismiques se déplacent dans le sol. Ce bruit de fond doit être séparé des signaux des aquifères, ont indiqué les scientifiques, pour une identification et une caractérisation précises.
« Sur Mars, où la surface proche est certainement desséchée, une telle séparation n'est pas nécessaire », a déclaré Tieyuan Zhu, professeur associé de géosciences à Penn State et conseiller et co-auteur de Roth. « Contrairement à la façon dont les signaux sismoélectriques apparaissent souvent sur Terre, la surface de Mars élimine naturellement le bruit et expose des données utiles qui nous permettent de caractériser plusieurs propriétés des aquifères. »
Simulation du sous-sol de Mars en recherche
Les chercheurs ont créé un modèle du sous-sol martien et ajouté des aquifères pour simuler le fonctionnement de la méthode sismoélectrique. Ils ont découvert qu’ils pouvaient utiliser cette technique avec succès pour analyser les détails des aquifères, notamment leur épaisseur ou leur épaisseur et leurs propriétés physiques et chimiques, comme la salinité.
« Si nous pouvons comprendre les signaux, nous pouvons revenir en arrière et caractériser les aquifères eux-mêmes », a déclaré Roth. « Et cela nous donnerait plus de contraintes que jamais auparavant pour comprendre l’eau sur Mars aujourd’hui et comment elle a changé au cours des 4 derniers milliards d’années. Et ce serait un grand pas en avant.
Utiliser les données et les outils existants sur Mars
Roth a déclaré que les travaux futurs impliqueraient – de manière surprenante – l’analyse des données déjà collectées sur Mars.
NASALancé en 2018, le module Insight de la sonde a livré sur Mars un sismomètre qui a permis d'écouter les tremblements de terre et de cartographier le sous-sol. Cependant, les sismomètres ont du mal à distinguer l'eau du gaz ou des roches moins denses.
La mission comprenait également un magnétomètre comme outil de diagnostic pour aider le sismomètre. La combinaison des données du magnétomètre et du sismomètre pourrait révéler des signaux sismoélectriques, ont indiqué les scientifiques.
L'envoi d'un magnétomètre dédié destiné à mener des expériences scientifiques sur les futures missions de la NASA pourrait potentiellement produire des résultats encore meilleurs, ont déclaré les chercheurs.
Étendre la recherche sismoélectrique au-delà de Mars
« Cela ne devrait pas se limiter à Mars : cette technique pourrait permettre, par exemple, de mesurer l'épaisseur des océans glacés sur une lune de Jupiter« , a déclaré Zhu. « Le message que nous voulons transmettre à la communauté est qu'il existe un phénomène physique prometteur – qui a reçu moins d'attention dans le passé – qui pourrait avoir un grand potentiel pour la géophysique planétaire. »
Yongxin Gao, professeur à l'Université de technologie de Hefei en Chine, a également contribué à cet article.
La bourse Penn State E. Willard et Ruby S. Miller et la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine ont soutenu les chercheurs impliqués dans ce travail.
