L'anatomie d'une planète

Depuis début 2019, les chercheur·ses enregistrent et analysent les tremblements de terre de mars dans le cadre de la mission InSight. Celle-ci s'appuie sur un sismomètre dont l'électronique d'acquisition et de contrôle des données a été développée à l'ETH Zurich. Grâce à ces données, les chercheur·ses ont désormais mesuré la croûte, le manteau et le noyau de la planète rouge - des données qui permettront de déterminer la formation et l'évolution de Mars et, par extension, de l'ensemble du système solaire.

Mars était autrefois complètement fondue

Nous savons que la Terre est constituée de coquilles: une fine croûte de roche légère et solide entoure un épais manteau de roche lourde et visqueuse, qui enveloppe à son tour un noyau composé principalement de fer et de nickel. On a supposé que les planètes terrestres, y compris Mars, avaient une structure similaire. «Les données sismiques ont confirmé que Mars a probablement été complètement fondue avant de se diviser en croûte, manteau et noyau, mais que ceux-ci sont différents de ceux de la Terre», explique Amir Khan, chercheur à l'Institut de géophysique de l'ETH Zurich et à l'Institut de physique de l'Université de Zurich. Avec son collègue de l'ETH Simon Stähler, il a analysé les données de la mission InSight de la NASA, à laquelle l'ETH Zurich participe sous la direction du professeur Domenico Giardini.

Pas de tectonique des plaques sur Mars

Les chercheur·ses ont découvert que la croûte martienne située sous le site d'atterrissage de la sonde, près de l'équateur martien, a une épaisseur comprise entre 15 et 47 kilomètres. Une croûte aussi fine doit contenir une proportion relativement élevée d'éléments radioactifs, ce qui remet en question les modèles précédents de la composition chimique de l'ensemble de la croûte.

Sous la croûte se trouve le manteau, dont la lithosphère, constituée de roches plus solides, atteint 400 à 600 kilomètres de profondeur, soit deux fois plus que sur Terre. Cela pourrait être dû au fait qu'il n'y a plus qu'une seule plaque continentale sur Mars, contrairement à la Terre avec ses sept grandes plaques mobiles. La lithosphère épaisse cadre bien avec le modèle de Mars en tant que «planète à une seule plaque», conclut Amir Khan.

Les mesures montrent également que le manteau martien est minéralogiquement similaire au manteau supérieur de la Terre. «En ce sens, le manteau martien est une version plus simple du manteau terrestre». Mais la sismologie révèle également des différences dans la composition chimique. Le manteau martien, par exemple, contient plus de fer que celui de la Terre. Toutefois, les théories relatives à la complexité de la stratification du manteau martien dépendent également de la taille du noyau sous-jacent - et là aussi, les chercheur·ses sont parvenu·es à de nouvelles conclusions.

Le noyau est liquide et plus grand que prévu

Le noyau martien a un rayon d'environ 1840 kilomètres, ce qui le rend plus grand de 200 kilomètres que ce qui avait été supposé il y a 15 ans, lorsque la mission InSight était prévue. Les chercheur·ses ont pu recalculer la taille du noyau à l'aide d'ondes sismiques. «Ayant déterminé le rayon du noyau, nous pouvons maintenant calculer sa densité», explique Simon Stähler.

«Si le rayon du noyau est grand, la densité du noyau doit être relativement faible», explique-t-il: «Cela signifie que le noyau doit contenir une grande proportion d'éléments plus légers en plus du fer et du nickel.» Ces éléments comprennent le soufre, l'oxygène, le carbone et l'hydrogène, et constituent une proportion étonnamment importante. Les chercheur·ses concluent que la composition de la planète entière n'est pas encore totalement comprise. Néanmoins, les recherches actuelles confirment que le noyau est liquide - comme on le soupçonnait - même si Mars n'a plus de champ magnétique.

Atteindre le but avec différentes formes d'onde

Les chercheur·ses ont obtenu ces nouveaux résultats en analysant différentes ondes sismiques générées par les séismes martiens. «Nous pouvions déjà voir différentes ondes dans les données d'InSight, et nous savions donc à quelle distance de l'atterrisseur se trouvaient les épicentres de ces séismes sur Mars», explique Domenico Giardini. Pour être en mesure de dire quelque chose sur la structure interne d'une planète, il faut que les ondes sismiques soient réfléchies à la surface, sous la surface ou au cœur. Aujourd'hui, pour la première fois, les chercheur·ses ont réussi à observer et à analyser de telles ondes sur Mars.

«La mission InSight a été une occasion unique de capturer ces données», explique le professeur. Le flux de données prendra fin dans un an, lorsque les cellules solaires de l'atterrisseur ne seront plus en mesure de produire suffisamment d'énergie. «Mais nous sommes loin d'avoir fini d'analyser toutes les données - Mars nous présente encore de nombreux mystères, notamment celui de savoir si elle s'est formée en même temps et à partir des mêmes matériaux que notre Terre.» Il est particulièrement important de comprendre comment la dynamique interne de Mars l'a conduite à perdre son champ magnétique actif et toute eau de surface. «Cela nous donnera une idée de si et comment ces processus pourraient se produire sur notre planète», explique Domenico Giardini. «C'est la raison pour laquelle nous sommes sur Mars, pour étudier son anatomie».