Une image de la surface de Mercure artificiellement colorée et formée d'une mosaïque de photos prises par Messenger. © Nasa

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Mercure : son champ magnétique a-t-il connu des inversions comme celui de la Terre ?

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L'analyse des dernières données de la sonde Messenger, avant son crash sur Mercure, a permis de plonger dans les archives magnétiques de la planète pour la première fois. Ses pôles magnétiques semblent avoir migré, au moins il y a environ 4 milliards d'années, un peu comme le font les pôles de la Terre avec les inversions magnétiques.

La planète Mercure n'a été visitée par une sonde pour la première fois qu'en 1974, puis en 1975 et c'était par Mariner 10. Une autre sonde de la Nasa a pris la relève par la suite, Messenger (pour MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry and Randing), qui s'est mise en orbite autour de Mercure en 2011 après un premier survol en 2008. Dans les deux cas, les sondes ont eu recours à l'assistance gravitationnelle. La sonde Mariner 10 avait d'ailleurs marqué son temps en étant aussi la première à utiliser l'assistance gravitationnelle pour entreprendre un voyage interplanétaire et la première à utiliser le principe de la voile solaire. Le système de contrôle d'attitude ayant subi une défaillance, les ingénieurs eurent l'idée d'utiliser la pression des photons sur ses panneaux solaires pour maintenir l'orientation de la sonde.

Mariner avait permis de mesurer tout à la fois le champ de gravité et, surprise, le champ magnétique de Mercure, semblable à celui de la Terre, mais cent fois plus faible. Les planétologues de l'époque en avaient donc déduit que Mercure devait posséder un énorme noyau ferreux occupant 42 % du volume planétaire, avec un rayon de 75 % de celui de la planète.

La présence d'un champ magnétique était étonnante. À cause de sa petite taille, on pensait Mercure ne devait pas avoir contenu assez de sources de chaleur, ni l'avoir suffisamment retenue, pour provoquer la fusion d'au moins une partie de son noyau. Il faut en effet nécessairement les mouvements d'un fluide chargé pour induire, par un effet dynamo analogue à celui produit à l'intérieur de la Terre, le champ magnétique observé. Les premiers calculs indiquaient un noyau complètement solide, ce qui semblait ne pas être le cas. Par contre, que Mercure soit plus riche en éléments lourds et réfractaires que la Terre n'était pas une totale surprise, eu égard aux modèles de formation du Système solaire, faisant intervenir un gradient chimique contrôlé par la température décroissante, au fur et à mesure que l'on s'éloigne du Soleil dans le disque protoplanétaire où sont nées les planètes. Malgré tout, un tel noyau ferreux laisse à penser que, comme pour le cas de la Terre, il s'est peut-être produit une collision avec une petite planète, ajoutant son propre noyau ferreux à celui de la jeune Mercure.

Une série d'images de synthèse et réelles concernant la mission Messenger. © NASASolarSystem

Des laves magnétiques au fond de cratères d'impact

La sonde Messenger était prévue pour aider à préciser un peu tout cela. Au début de sa mission, le robot de la Nasa orbitait à une trop grande distance de Mercure pour mesurer autre chose que le champ dipolaire, analogue à celui d'un barreau aimanté, produit par la partie fluide en convection du noyau de Mercure. Mais en 2015, peu avant sa chute délibérément provoquée sur la planète pour mettre fin à sa mission, elle a pu cartographier des détails plus fins du champ magnétique de la planète au point d'avoir accès en partie à sa composante générée par l'aimantation crustale thermorémanente.

De quoi s'agit-il ? Tout simplement, comme sur Terre, en grande partie de l'aimantation prise par des laves qui se figent dans le champ magnétique de la planète. Elles conservent donc l'intensité et la direction locale de ce champ, parfois pendant des milliards d'années si les roches ne sont pas portées à des températures réinitialisant leur mémoire magnétique. Dans le cas de notre Planète bleue, ces roches ont permis de découvrir les migrations et mêmes les inversions des pôles magnétiques.

Les planétologues étaient particulièrement intéressés par les mesures au niveau de plusieurs grands cratères d'impact, similaires à ceux bien connus sur la Lune et dont les fonds sont justement occupés par d'immenses coulées de lave qui se sont épanchées à la suite des impacts. Malheureusement, les mesures ont été limitées à l'hémisphère Nord de Mercure à cause de la dernière trajectoire de Messenger.

Entretiens sur le géomagnétisme avec Gauthier Hulot, chercheur IPGP-CNRS, et des membres de l'équipe. La vocation des films de l'IPGP est d'ouvrir les portes des laboratoires et d'accompagner les scientifiques dans l'univers des géosciences. © IPGP

Mais, comme des chercheurs l'expliquent dans un article publié dans Journal of Geophysical Research: Planets, les cratères qui se seraient formés il y a entre 4,1 et 3,8 milliards d'années ont révélé une surprise. À un moment de son passé, plusieurs pôles ont existé qui non seulement n'étaient pas dans l'hémisphère Nord, mais bien dans l'hémisphère Sud, et surtout pas du tout proches du pôle Sud défini par l'axe de rotation de Mercure.

La conclusion semble imparable. Comme dans le cas de la Terre, le champ magnétique de Mercure a été capable d'évoluer fortement avec le temps, allant au-delà d'une composante principalement dipolaire et surtout quasi-parallèle avec l'axe de la rotation de la planète.

On peut donc se demander légitimement si Mercure n'a pas elle aussi subi des inversions magnétiques (l'influence également d'un basculement de l'axe de rotation ne peut pas être exclue à ce stade. Peut-être en saurons-nous plus avec des nouvelles mesures du champ magnétique de Mercure avec l'arrivée en orbite de la sonde de l'ESA : BepiColombo.

  • La première mission à destination de Mercure, Mariner 10, a découvert dans les années 1970 que la planète possédait un faible champ magnétique généré par un noyau en partie fluide, probablement par effet dynamo comme sur Terre.
  • À la fin de sa mission, la sonde Messenger s'est approchée suffisamment de Mercure, avant de s'écraser, pour mesurer la part rémanente du champ magnétique, fossilisée dans des laves anciennes au fond de grands cratères d'impact.
  • Ces champs magnétiques rémanents suggèrent qu'il y a environ 4 milliards d'années, Mercure possédait plusieurs pôles magnétiques dans l'hémisphère Sud, suggérant également que ces pôles peuvent migrer et peut-être s'inverser comme dans le cas de la Terre.
  • La sonde BepiColombo permettra peut-être de confirmer ces hypothèses.
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