Vue d’artiste de la structure interne de Mars montrant la propagation des ondes diffractées depuis l’impact d’une météorite en septembre 2021 jusqu’au sismomètre SEIS de la mission InSight. Leur trajectoire traverse la partie inférieure, complètement fondue, de la couche de silicate à la base du manteau, où les vitesses sismiques sont faibles. Crédit : IPGP / CNES / N. Starter
Problèmes de données récents initiaux NASA Aperçu Mars Résultats de la mission Lander sur la structure interne de Mars. Les chercheurs ont découvert une couche de silicate fondu à la base du manteau martien, suggérant un noyau plus petit et plus dense que prévu.
Les premières données de la mission InSight de la NASA ont permis de déterminer la structure interne de Mars dans une série d’articles de l’équipe scientifique publiés à l’été 2021. Cependant, depuis, l’analyse de nouvelles données générées par un puissant impact de météorite qui survenu le 18 septembre 2021, a remis en question les premières estimations de la structure interne de la Planète rouge.
En étudiant les temps de propagation des ondes générées par cet impact, une équipe internationale dirigée par Henri Samuel, chercheur CNRS à l’Institut de physique du globe de Paris, et associant des scientifiques du CNRS, de l’ISAE-SUPAERO et de l’Université Paris Cité soutenue par le CNES et l’ANR, ainsi que des co-auteurs de l’Observatoire royal de Belgique, des universités du Maryland et de Bristol, de l’École polytechnique de Zurich, de l’Académie des sciences de Russie et du Jet Propulsion Laboratory de la NASA, ont démontré la présence d’une couche de silicate fondu à la base du Manteau martien recouvrant le noyau métallique.
L’évolution de Mars
Ce nouveau modèle de structure, publié aujourd’hui, 25 octobre 2023, dans la revue Natureest non seulement plus réaliste avec toutes les données géophysiques disponibles, mais explique également mieux l’évolution de Mars depuis sa formation.
En particulier, la mise en évidence de cette stratification du manteau martien éclaire la propagation anormalement lente, jusqu’ici inexpliquée, des ondes diffractées issues de l’impact météoritique de septembre 2021 par leur trajectoire dans la partie inférieure et entièrement fondue de la couche basale, où les vitesses sismiques sont faibles. .
Par ailleurs, pour plusieurs événements sismiques plus anciens, les temps d’arrivée des ondes mesurées à la surface de Mars sont compatibles avec des réflexions d’ondes de cisaillement au sommet de la couche fondue (située à plusieurs dizaines de kilomètres au-dessus du noyau métallique) et non au cœur. interface du manteau, comme supposé précédemment.
Enfin, la présence de cette couche basale contribue à expliquer la trajectoire observée de Phobos, la lune la plus proche de Mars. En effet, la partie supérieure et partiellement fondue de la couche basale dissipe efficacement les déformations générées par l’attraction gravitationnelle de Phobos. En revanche, le manteau solide au-dessus de cette couche est plus rigide et sismiquement peu atténuant, comme le suggère la détection à la surface de Mars d’ondes associées à des événements sismiques de magnitude relativement faible.
Henri Samuel, chercheur CNRS et géodynamicien à l’IPGP, explique le nouveau modèle de la structure interne de Mars, proposé dans un article publié dans la revue Nature. L’étude, réalisée par des scientifiques de la mission InSight de la NASA, suggère que le manteau martien est inhomogène et constitué d’une couche de silicates fondus recouvrant le noyau martien. Ce modèle, construit à partir de données sismiques enregistrées sur Mars suite à un impact de météorite, et qui explique toutes les observations géophysiques, révolutionne notre vision de la structure interne de la Planète rouge et de son évolution. Crédit : ©IPGP
Redéfinir le noyau de Mars
La présence de cette couche fondue à la base du manteau implique un noyau métallique 150 à 170 km plus petit (soit un rayon de 1650 ± 20 km) et 5 à 8 % plus dense (soit 6,5 g/cm).3) que les estimations sismiques précédentes. Ce noyau plus dense serait donc composé d’un alliage avec moins d’éléments légers que nécessaire auparavant et plus compatible avec les données cosmochimiques issues de l’analyse des météorites martiennes et des expériences à haute pression.
L’équipe de recherche propose donc que Mars a probablement 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 cette dernière a généré une couche basale de silicates fondus située au-dessus du noyau, recouverte par une couche plus fine partiellement fondue.
Implications pour les propriétés thermiques et magnétiques de Mars
L’étude indique en outre qu’une telle stratification du manteau isole le noyau métallique, l’empêchant ainsi de se refroidir et générant une dynamo thermique. « La couverture thermique du noyau métallique de Mars par la couche liquide à la base du manteau implique que des sources externes sont nécessaires pour générer le champ magnétique enregistré dans la croûte martienne au cours des 500 à 800 premiers millions d’années de son évolution. Ces sources pourraient être des impacts énergétiques, ou des mouvements de noyau générés par des interactions gravitationnelles avec d’anciens satellites disparus depuis », explique Henri Samuel.
Contraste entre la Terre et Mars
Cette structure stratifiée de l’intérieur du manteau de Mars, qui contraste avec celui de la Terre, indique une évolution interne différente de ces deux planètes. Mélanie Drilleau, ingénieure de recherche à l’ISAE-SUPAERO et co-auteure de l’étude, explique que « la découverte de cette stratification dans le manteau martien ouvre de nouveaux horizons de recherche, puisque les données sismiques enregistrées par l’instrument SEIS de la mission InSight seront désormais reconsidéré à la lumière de ce nouveau paradigme.
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/Ecole 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/Ecole 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.
