Paysage martien au lever du Soleil (illustration). © Shawn Hempel, Adobe Stock
Sciences

Mars tremble : révélations sur les entrailles de la Planète rouge

ActualitéClassé sous :mars , insight , Nasa

-

Les premiers résultats fournis par le sismomètre Seis durant sa première année d'opérations sur Mars ont été rendus publics aujourd'hui. Ils montrent que la planète Mars est sismiquement active mais avec une séismicité bien différente de celle de la Terre. Les explications de Philippe Lognonné, architecte du sismomètre Seis, responsable scientifique et investigateur principal de la mission, de Ludovic Margerin, sismologue planétaire, et de Philippe Labrot, porte-parole à l'Institut de physique du globe de Paris de la mission InSight.

Les premiers résultats scientifiques de Seis, le sismomètre français large bande martien qui écoute quotidiennement et patiemment l'activité de la planète rouge, ont été publiés aujourd'hui. Quarante-quatre ans après la première tentative des sondes Viking, Seis (Seismic Experiment for Interior Structure) vient de permettre à une nouvelle discipline planétaire, la sismologie martienne, de voir enfin le jour.

Cette discipline, qui permet d'étudier la structure interne de la planète, est fondamentale pour mieux comprendre l'histoire et le destin de Mars en expliquant comment la planète s'est formée, refroidie et comment elle évoluera dans le futur. Comme sur Terre, où la tectonique des plaques a probablement joué un rôle important dans l'apparition de la vie, cette étude peut également fournir des informations sur l'histoire de la vie martienne, bien que cette planète soit, selon nos connaissances actuelles, mono plaque.

Techniquement, l'instrument fonctionne très bien. Installé sur le sol de la planète depuis le mois de décembre 2018 et mis en service en février 2019, l'instrument a détecté depuis cette date « plus de 300 événements et fourni de nombreux résultats aux planétologues », nous explique Philippe Labrot, porte-parole à l'Institut de physique du globe de Paris de la mission InSight. Parmi ces événements, on compte une « dizaine de séismes de magnitude 3 à 4 ». Si la majorité des événements sont bel et bien de nature sismique, alors le nombre de secousses, particulièrement important, est comparable à celui « observé sur les zones terrestres non affectées par la tectonique de plaques (contrairement à la Terre et ses multiples plaques, Mars serait constituée d'une seule plaque), ou associées à des points chauds ». Les données actuelles suggèrent que la « Planète rouge aurait une activité deux à trois fois plus faible que l'activité sismique intra-plaque terrestre, et 10 à 20 fois supérieure à celle de la Lune ».

Spectrogrammes et formes d’ondes du premier séisme jamais enregistrés sur Mars au cours du sol 128 (7 avril 2019) par les capteurs courte période (SP, en haut) et les capteurs très large bande (VBB, en bas) du sismomètre Seis. Pour pouvoir être audible par l’oreille humaine, le signal a subi une sonification. De gauche à droite, il est possible d’entendre les vents qui balayent le site d’atterrissage, le séisme lui-même, et enfin les mouvements du bras robotique. © Nasa, JPL-Caltech, Cnes/IPGP, Imperial College London

Le travail de nuit paye !

Sur Mars, le meilleur moment de la journée pour écouter ses tremblements, se situe à partir de 17 h-18 h jusqu'à minuit. Durant cette période, le niveau de bruit s'effondre pour atteindre une valeur 500 à 1.000 inférieure à celle de la Terre -- le bruit mesuré par Seis devient même plus faible que celui enregistré sur la Lune par les sismomètres Apollo ! Le reste du temps, l'activité de l'atmosphère martienne devient de plus en plus turbulente, au point que le niveau de l'intensité des perturbations (pour les signaux de moins d'une seconde de période) rejoint celui de la Terre. Étonnement, le nombre de séisme et d'événements sismiques est en augmentation constante depuis la mise en service de Seis. Pour expliquer ce phénomène, les scientifiques, excluant toute interférence de l'instrument, avancent l'hypothèse « d'une hausse d'origine naturelle » qui pourrait, par exemple, être « due à un phénomène périodique, impliquant un réchauffement saisonnier ou la position occupée par Mars sur son orbite ».

Ces séismes de haute fréquence, « qui sont de loin les plus nombreux, et dont la magnitude est faible », seraient plus superficiels. Leurs signaux, très ténus et pauvres en information, empêchent tout positionnement de leur épicentre, même partiel, sur la carte de Mars. Le premier d'entre eux « été détecté en avril 2019 lors de sol 128 ». Il s'est vu « attribuer une magnitude de seulement 2.1 ». Si l'origine de cet événement demeure pour l'instant inconnue, la « profondeur du foyer sismique, d'où les ondes émanaient, serait supérieure à 5 kilomètres ». Le séisme aurait pris son origine dans la croûte, sur un cercle situé à une distance de 530 kilomètres de l'atterrisseur InSight. « Sur Terre, ce type d'événement sismique aurait été imperceptible. »

Spectrogramme récapitulatif indiquant l’origine des séismes martiens détectés depuis le sol 80 jusqu’au sol 400 (hors période de conjonction solaire), en fonction de l’heure de la journée sur Mars. Entre 17 h et minuit environ, la planète devient très calme, ce qui ouvre une fenêtre de détection extrêmement avantageuse pour Seis. Durant cette période, le niveau de bruit diminue d’un facteur 100, pour devenir 500 à 1.000 fois plus faible que le bruit terrestre. Cela permet à Seis d’explorer des plages de fréquences qui sont sur Terre inexploitables à cause des niveaux de bruits ambiants très élevés. © Nasa InSight, Seis Team

Cerberus Fossae : la première zone sismique active jamais découverte sur Mars

Quant aux séismes de basse fréquence, « de dix à vingt ont été enregistrés avec des magnitudes de 3 ou 4 dont deux se sont avérés particulièrement intéressants ». Détectés lors de sol 173 et 235 (ce dernier étant accompagné d'une réplique), leur épicentre a été localisé à quelque 1.600 kilomètres d'InSight. Les ondes sont arrivées depuis l'est, à partir d'une région baptisée Cerberus Fossae, sur laquelle les sismologues ont les yeux rivés depuis déjà fort longtemps. Il s'agit d'un immense système de failles situé à l'est de la plaine d'Elysium où InSight s'est posé, et qui s'est probablement formé lors de la mise en place d'Elysium Mons, le second complexe volcanique de Mars, pour la taille, après le dôme de Tharsis et son volcan géant Olympus Mons.

Ancien siège d'une activité volcanique, fluviale et éolienne (dont les plus récents témoignages datent de 10 à 2 millions d'années seulement), le champ de fractures de Cerberus a apparemment accumulé dans son histoire des nombreuses contraintes, dont certaines ne sont pas encore relâchées. Grâce aux images fournies par les satellites orbitant autour de Mars, tout indique que les failles de Cerberus Fossae seraient encore actives, et continueraient à jouer encore aujourd'hui.

Sonder la structure interne de la planète

Grâce aux séismes les plus importants détectés jusqu'à présent, les scientifiques ont pu commencer à étudier la croûte supérieure de la planète et si l'on se fie aux données enregistrées par le sismomètre Seis, l'hypothèse la « plus vraisemblable est que Mars soit couverte d'un régolithe poreux et fracturé assez épais, probablement d'une dizaine de kilomètres », souligne Ludovic Margerin, directeur de recherches et également co-investigateur de la mission. Les données montrent une strate d'une épaisseur de 8 à 11 km, et constituée de matériaux volcaniques très altérés ou fracturés qui « pourrait suggérer un contact prolongé avec de l'eau ».

Plus en profondeur, se trouverait une couche plus homogène et cohérente qui « pourrait descendre jusqu'à la limite de Mohorovičić, une discontinuité marquant le début du manteau qui n'a cependant pas encore été détecté ». Si la croûte martienne commence à livrer ses secrets, l'objectif ultime d'InSight est de lever le voile sur la structure interne de la planète entière. Comme l'explique Ludovic Margerin, il y a de très gros efforts « qui sont mis dans l'exploitation des signaux sismiques enregistrés ». La profondeur de la discontinuité croûte-manteau (Moho) sous InSight devrait « être déterminée dans les semaines qui viennent ». Par ailleurs, plusieurs événements enregistrés à distance télésismique ont « vraisemblablement  échantillonné le manteau martien de sorte que la structure de ce dernier devrait donc être précisée dans les mois qui viennent ».

En conclusion, la grande majorité des tremblements qui secouent la surface martienne sont de très faible intensité, tandis que les séismes significatifs, d'une magnitude supérieure à 4, sont manifestement plus rares que prévu. De ce point de vue, si la planète Mars est sismiquement active, même si l'on a pour l'instant pas d'indication précise sur la profondeur ou la nature des sources, sa séismicité est bien différente de celle de la Terre. La détermination de la structure interne martienne pourrait donc être plus longue et délicate que prévu.

Première carte globale de séismicité pour la planète Mars. La très grande majorité des séismes martiens ne peuvent pas pour l’instant être localisés précisément. Seule, la distance à la station de mesure InSight peut être déterminée, tandis que l’orientation par rapport aux points cardinaux demeure inconnue, d’où une répartition approximative sur des cercles. © IPGP, Nasa InSight, Seis team

Trois questions à Philippe Lognonné, architecte du sismomètre SEIS, responsable scientifique et investigateur principal de la mission. Il est aussi responsable de l'équipe planétologie et sciences spatiales de l'Institut de physique du globe de Paris.

Que nous apprennent ces résultats de la connaissance de la planète, si ce n'est qu'il s'agit d'une planète active  ?

Philippe Lognonné : Le principal résultat est effectivement la découverte d'une activité sismique mais plus encore le fait que les plus gros séismes détectés sont dans la région de Cerberus. On pensait que Cerberus avait eu une activité dans les quelques derniers dizaines de millions d'années, mais avoir encore là des séismes de magnitude 3,5 suggère que cette activité locale continue.

La seconde découverte est la mise en évidence de 10 km de croûte altérée, au dessus d'une croûte plus consolidée. Cette altération ne résulte pas uniquement d'impacts de météorites, mais aussi du passé de l'activité de Mars, y compris quand il y a plusieurs milliers d'années, il y avait une une circulation d'eau dans la croûte et de l'eau à la surface. C'est la première fois que l'on quantifie ainsi le volume de la croûte altérée, et il va falloir maintenant comprendre ce que ce volume signifie en terme de processus d'altération.

Enfin, troisième résultat, le fait que la croûte profonde soit vue par les ondes sismiques comme la croûte cristalline terrestre.

Quel résultat vous a le plus surpris ?

Philippe Lognonné : Le plus surprenant est sûrement la concentration des séismes dans Cerberus.

Encore une année d'activité pour le sismomètre. Qu'attendez-vous des prochaines données ?

Philippe Lognonné : Statistiquement, nous nous attendons avec une année de plus, en doublant la durée, à quelques séismes avec des signaux deux fois plus grands au moins. Nous nous attendons donc maintenant à des séismes plus forts, celui qui frôlera ou dépassera la magnitude 4,5, ou à un premier impact de météorite localisé, qui nous permettront de mesurer l'épaisseur de la croûte et d'aller plus profond encore.

Nous travaillons aussi à la mission étendue, d'une nouvelle année martienne, soit 687 jours.

Cela vous intéressera aussi
Abonnez-vous à la lettre d'information La quotidienne : nos dernières actualités du jour. Toutes nos lettres d’information

!

Merci pour votre inscription.
Heureux de vous compter parmi nos lecteurs !