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Un impact de météorite révèle de nouvelles connaissances de Mars
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La mission InSight de la NASA a enregistré en septembre 2021, un impact de météorite survenu. L’analyse des données par les scientifiques bouleverse la vision de la structure interne de Mars et de son évolution. Son manteau n’est pas homogène, comme supposé jusqu’à présent, mais composé d’une couche de silicates fondus surplombant le noyau.
Communiqué de presse de l’IPGP - Institut de Physique du Globe de Paris : « La mission InSight révèle une couche fondue à la base du manteau martien ».
Une couche fondue à la base du manteau martien
Une étude publiée récemment dans la revue Nature impliquant des scientifiques du CNRS, de l’IPGP, de l’ISAE-SUPAERO et d’Université Paris Cité, propose un nouveau modèle scientifique pour enrichir notre compréhension de l’intérieur de la planète rouge.
L’analyse des premières données de la mission InSight, avait permis à l’été 2021 d’effectuer une estimation de la structure interne de Mars et d’envisager que cette planète, comme sa voisine la Terre, est composée d’une croûte, d’un manteau silicaté et d’un noyau métallique. Mais l’enregistrement d’un impact de météorite le 18 septembre 2021 est venu remettre en question ces premiers résultats. En étudiant les temps de propagation des ondes générées par cet impact, une équipe internationale menée par Henri Samuel, chercheur CNRS à l’Institut de physique du globe de Paris, et impliquant des scientifiques du CNRS, de l’ISAE-SUPAERO et d’Université Paris Cité et soutenue par le CNES et l’ANR, a mis en évidence la présence d’une couche fondue à la base du manteau martien.
Un noyau plus petit et plus dense qu’envisagé jusqu’à présent
Cette découverte entraîne des conséquences importantes sur notre compréhension de l’intérieur de la planète Mars. Dans les études précédentes, l’interface entre les régions solides et liquides de Mars était interprétée comme la limite entre le manteau silicaté et le noyau métallique. Or cette nouvelle étude montre qu’il s’agit en réalité de l’interface entre le manteau solide et la couche basale liquide de ce manteau. La présence d’une telle couche basale implique ainsi un noyau métallique 150 à 170 km plus petit (soit un rayon de 1650±20 km), plus dense (soit 6,5 g/cm3) et avec moins d’éléments légers (oxygène et soufre, carbone et hydrogène) que dans les estimations précédentes. Cette hypothèse est plus compatible avec des données issues de l’analyse des météorites martiennes et des expériences menées à hautes pressions pour reproduire et étudier les minéraux présents à l’intérieur des planètes.
La découverte de cette stratification du manteau, qui contraste avec la structure de la Terre, constitue un pas supplémentaire pour comprendre l’évolution de Mars. Mélanie Drilleau, ingénieure de recherche à l’ISAE-SUPAERO et co-auteure de l’étude explique que « Mars a vraisemblablement connu un stade précoce d’océan magmatique dont la cristallisation a produit une couche stable à la base du manteau, fortement enrichie en fer et en éléments radioactifs. La chaleur dégagée par ces derniers a généré une couche basale de silicates fondus située au-dessus du noyau, recouverte par une couche partiellement fondue plus fine ».
Cette découverte apporte également une réponse à une des grandes énigmes de la planète Mars : pourquoi son champ magnétique s’est-il éteint il y a 500 à 800 millions d’années, alors que celui de la Terre est toujours actif ? Henri Samuel explique : « Cette couche liquide à la base du manteau isole le manteau métallique du reste de la planète, l’empêchant de se refroidir et de créer une dynamo. Si la source du champ du magnétique ne peut pas venir de l’intérieur de la planète, alors des sources externes ont forcément existé dans le passé lointain de Mars, telles que des impacts énergétiques, ou encore des mouvements du noyau générés par des interactions gravitationnelles avec d’anciens satellites qui auraient depuis disparus ».
Des données convergentes sur l’évolution de Mars
Ce nouveau modèle de structure, publié le 26 octobre 2023 dans la revue Nature, plus réaliste au regard de l’ensemble des données géophysiques, permet également d’expliquer de façon cohérente l’évolution de Mars depuis sa formation.
La mise en évidence de la stratification du manteau martien élucide la propagation anormalement lente, jusqu’alors inexpliquée, des ondes diffractées issues de l’impact de météorite de septembre 2021 par leur trajectoire dans la partie inférieure et totalement fondue de la couche de silicates à la base du manteau, où les vitesses sismiques sont faibles.
Par ailleurs, pour plusieurs événements sismiques plus anciens, les temps d’arrivées des ondes mesurés à la surface de Mars sont compatibles avec des réflexions d’ondes de cisaillement sur la couche fondue (située à plusieurs dizaines de kilomètres au-dessus du noyau métallique) et non pas à l’interface noyau-manteau comme précédemment supposé.
Enfin, la présence de cette couche de silicates permet d’expliquer la trajectoire observée due la lune martienne Phobos. En effet, la partie supérieure et partiellement fondue de la couche basale permet de dissiper 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 évènements sismiques de magnitudes relativement faibles.
