Une nouvelle couche de roche en fusion autour du noyau révèle la véritable structure interne de Mars

De novembre 2018 à décembre 2022 (le double de la durée prévue), InSight a collecté sans interruption des données géologiques du sous-sol martien. Contrairement aux autres atterrisseurs, la sonde n’a jamais quitté son site, une région volcanique proche de l’équateur martien, Elysium Planitia. Et au cours de ses deux années d’activité « supplémentaires », InSight a réalisé quelque chose d’historique : capturer les premiers et précieux signaux des « tremblements de terre », ou tremblements de terre martiens. Maintenant, deux nouvelles études viennent d’être publiées dans ‘Nature’ (ici oui ici) proposent un modèle entièrement nouveau pour la structure intérieure de Mars et fournissent une meilleure explication de toutes les observations géophysiques disponibles.

Une couche de silicates autour du noyau

À l’été 2021, les premières données de la mission InSight ont permis, pour la première fois, de déterminer la structure interne de Mars. Les données suggéraient alors la présence d’un noyau volumineux mais de faible densité, composé de fer liquide et d’éléments plus légers tels que le soufre, le carbone, l’oxygène et l’hydrogène. Mais depuis, l’analyse de nouvelles données générées par le puissant impact de la météorite de Noël a remis en question ces premières estimations.

En étudiant les temps de propagation des ondes générées par cet impact, les auteurs des deux travaux ont en effet réussi à démontrer la présence d’une couche de silicate fondu à la base du manteau martien. Une couche qui chevauche le noyau métallique. Le nouveau modèle est non seulement plus cohérent et réaliste avec toutes les données géophysiques disponibles, mais il explique également mieux l’évolution de Mars depuis sa formation.

Tout s’adapte

En particulier, les preuves de cette stratification du manteau martien clarifient la propagation anormalement lente et jusqu’à présent inexpliquée des ondes diffractées résultant de l’impact de la météorite en décembre 2021. De plus, dans le cas de plusieurs événements sismiques plus anciens, l’arrivée des ondes mesurées à la surface de Mars sont compatibles avec des réflexions d’ondes de cisaillement dans la partie supérieure de la couche fondue (située à plusieurs dizaines de kilomètres au-dessus du noyau métallique) et non à l’interface manteau-noyau, comme supposé ci-dessus.

Enfin, la présence de cette couche basale contribue également à expliquer la trajectoire observée de Phobos, le satellite le 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 présente une faible atténuation sismique, comme le suggère la détection sur la surface martienne d’ondes associées à des événements sismiques de relativement faible ampleur.

De nouvelles dimensions

Au total, 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 1 650 ± 20 km) et 5 à 8 % plus dense (soit 6,5 g /cm3) que les estimations précédentes. Ce noyau plus petit et plus dense serait composé d’un alliage contenant moins d’éléments légers que ce qui était supposé précédemment. Par conséquent, les auteurs proposent que Mars ait probablement connu un stade précoce d’océan magmatique 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.

Fonctionne comme isolant

De plus, l’étude soutient que ladite 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 – explique Henri Samuel, qui a dirigé les recherches – implique que des sources externes sont nécessaires pour générer le champ magnétique enregistré dans la croûte martienne au cours des premiers temps. 500 ans, 800 millions d’années d’évolution. “Ces sources pourraient être des impacts énergétiques ou des mouvements centraux générés par des interactions gravitationnelles avec d’anciens satellites disparus depuis.”

Cette structure stratifiée de l’intérieur du manteau de Mars, très différente de celle de la Terre, indique une évolution interne différente des deux planètes. Mélanie Drilleau, co-auteure de l’étude, assure 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 reconsidérées à la lumière de cette nouvelle paradigme.” .