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L’instrument SEIS peut localiser à la fois des impacts de météorites et échographier l’intérieur de Mars

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Lancée par la NASA en mai 2018, la mission InSight a pour objectif d’étudier la structure interne de la planète Mars. Son sismomètre SEIS, dont l’ISAE-SUPAERO a réalisé, sous la supervision du CNES et de l’IPGP, le modèle de bruit et la spécification du logiciel scientifique permettant de l’exploiter, continue de révéler les secrets de la planète rouge. Une équipe de recherche internationale impliquant des scientifiques de l’ISAE-SUPAERO, du CNRS, de Nantes Université, de l’Université Claude Bernard Lyon et de l’Université Paris Cité-Institut de physique du globe de Paris, ont publié le 19 Septembre dans les journaux Nature Geoscience et Journal of Geophysical Research – Planets des résultats scientifiques importants pour la compréhension de la formation et de l’évolution thermique de Mars.

Le sismomètre SEIS livre les premières ondes sismiques et acoustiques provenant d’un impact de météorite sur Mars

Avant la mission InSight de la NASA, les détails de la structure interne de la planète Mars et la profondeur des frontières entre croûte, manteau et noyau, étaient relativement peu précises. Par ailleurs, la cratérisation par impact est un processus fondamental qui façonne les surfaces et les atmosphères planétaires. Les impacteurs récents forment de nouveaux cratères et excitent des ondes acoustiques et sismiques pendant l’entrée dans l’atmosphère et l’impact sur le sol. Ils peuvent donc être détectés à la fois par le sismomètre SEIS et les imageurs en orbite autour de Mars.

À ce jour, le sismomètre embarqué sur InSight a ainsi identifié et localisé quatre impacts qui se sont produits à la surface de Mars. Pour cela, les ondes sonores émises par les impacts ont été détectées par les infimes déformations du sol qu’elles produisent lorsqu’elles passent au-dessus du sismomètre. Puis, les temps d’arrivée et la polarisation des ondes sismiques et acoustiques ont été utilisés pour estimer les emplacements des impacts.

Ces observations, qui sont les premières connues sur une autre planète que la Terre, ont été confirmées par l’imagerie orbitale des cratères associés. Les dimensions des cratères et les estimations des trajectoires des météorites permettent de comprendre et de modéliser les sismogrammes enregistrés. Par la connaissance de l’emplacement de ces sources, les impacts détectés permettent d’imager l’intérieur martien. Les premières arrivées des ondes sismiques confirment les modèles de la croûte précédemment déterminés.

« Connaître la structure de la croûte de Mars et son niveau d’hétérogénéité nous permet d’en apprendre plus sur son évolution au fil des années. Il faut comprendre que c’est au cœur de cette croûte que se concentrent les éléments radioactifs qui font fluctuer la thermique de la planète. Son niveau de fracturation nous renseigne également sur la capacité de la planète rouge à renouveler sa surface », explique Raphaël F. Garcia, professeur en géophysique planétaire à l’ISAE-SUPAERO et qui a coordonné cette étude.

Ces observations fournissent la première preuve au sol des relations d’échelle distance-amplitude des ondes sismiques générées par les impacts sur Mars. Elles confirment le lien entre le moment sismique des impacts et le moment vertical de l’impacteur. Ce développement démontre la capacité de la sismologie planétaire à estimer les taux d’impact et à imager la structure interne des objets planétaires du système solaire.

Ces analyses scientifiques, fruit d’une collaboration internationale entre chercheurs et chercheuses de différents laboratoires, sont publiées dans la revue Nature Geoscience.

« Dans le cadre de la mission InSight, obtenir des enregistrements d’impacts était le dernier objectif scientifique que nous n’avions pas encore rempli. Ces résultats prouvent qu’avec un seul sismomètre, nous sommes en capacité de sentir « vibrer » Mars mais aussi d’entendre le bruit des explosions et donc de localiser les impacts. Cet instrument pourra être déployé sur d’autres planètes afin d’étudier leur structure interne. À ce titre, un des capteurs du modèle de rechange de SEIS s’envolera vers la face cachée de la Lune dans l’instrument Farside Seismic Suite (FSS) en 2025 », conclut Raphaël F. Garcia. 

Le sismomètre SEIS enregistre plus de 20 séismes et permet une échographie de l’intérieur de mars

À partir d’une vingtaine de séismes détectés sur Mars par le sismomètre français, les travaux menés par la sismologue Mélanie Drilleau et de nombreux experts scientifiques permettent d’affiner les connaissances de l’intérieur de la planète rouge. Grâce aux enregistrements du sismomètre SEIS, les scientifiques ont pu mettre en place la base de données sismiques martienne la plus complète publiée à ce jour.

Ainsi, la majorité des séismes enregistrés proviennent d’une zone appelée Cerberus Fossae, où se situent de nombreuses failles sismiques qui sont très probablement la source de ces séismes. L’analyse des ondes sismiques qui se propagent à l’intérieur de la planète, d’une manière similaire à celle d’une échographie, a permis d’établir un modèle de structure de l’intérieur de Mars plus précis.

« Nous avons notamment estimé que la croûte martienne est compatible avec une roche de type gabbro, une roche magmatique qui est sur Terre le constituant principal de la croûte océanique », explique Mélanie Drilleau, ingénieure de recherche du CNRS à l’ISAE-SUPAERO. « Ces nouveaux travaux confirment également les découvertes réalisées l’an passé et publiées dans la revue Science, notamment que l’intérieur de Mars est plus chaud de nos jours que dans le passé ».

Cette étude, fruit d’une forte collaboration internationale impliquant cinq laboratoires français (ISAE-SUPAERO, Institut de physique du globe (CNRS/IPGP/Université Paris Cité), laboratoire de planétologie et géosciences (CNRS/Nantes Université/Université d’Angers), laboratoire de géologie de Lyon : Terre, planètes, environnement (CNRS/ENS de Lyon/Université Claude Bernard Lyon 1), laboratoire J-L Lagrange (CNRS/Observatoire de la Côte d’Azur), ainsi que l’Observatoire Royal de Belgique, l’ETH Zurich et le Jet Propulsion Laboratory, vient d’être publiée dans la revue scientifique américaine Journal of Geophysical Research – Planets. Elle constitue un pas supplémentaire vers la compréhension de la formation et de l’évolution thermique de Mars.

Si vous souhaitez être mis en relation avec les scientifiques de l’ISAE-SUPAERO, n’hésitez pas à revenir vers nous.

À propos de l’ISAE-SUPAERO

L’ISAE-SUPAERO, établissement public d’enseignement supérieur et de recherche dans le secteur aéronautique et spatial, participe depuis plus de 100 ans par ses activités à l’excellence de la filière. 

D’une part, les formations (ingénieur, master, mastère spécialisé et doctorat), toutes principalement dédiées au secteur aérospatial, se distinguent par leur haut niveau scientifique et technique et par le recrutement exigeant des étudiants (32% internationaux) placent l’Institut comme le leader mondial de l’enseignement supérieur en ingénierie aérospatiale. 

D’autre part, la recherche constitue depuis toujours un axe fort de son expertise. Mobilisées sur les problématiques des domaines aéronautique et spatial, les équipes de recherche conduisent de nombreux projets scientifiques en collaboration avec des partenaires incontournables : organismes de recherche, industriels, partenaires académiques européens et internationaux. Capable de maîtriser la complexité des défis en faveur de la transition écologique et numérique, des nouvelles mobilités et nouveaux usages de l’espace, l’ISAE-SUPAERO est un acteur majeur des évolutions du secteur aérospatial, civil et de défense.

L’ISAE-SUPAERO est membre fondateur du Groupe ISAE et de l’Université Fédérale de Toulouse. 

isae-supaero.fr

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