Le 4 mai 2022, le sismomètre d’InSight enregistrait ce que l’on considère actuellement comme le « Big One martien » : un séisme de magnitude 4,7. Une puissance étonnante pour une planète ne possédant pas de tectonique des plaques. Si l’hypothèse d’un impact météoritique semblait la plus probable, une nouvelle étude vient aujourd’hui la discréditer.

Si les séismes sont extrêmement fréquents sur Terre et témoignent de l’intense activité tectonique et volcanique qui anime notre Planète, on pourrait penser que ce n’est pas le cas de Mars. La Planète rouge semble en effet relativement calme en comparaison de sa voisine bleue, très agitée. Et pourtant, Mars est loin d’être totalement morte. En témoignent les nombreux enregistrements réalisés durant quatre ans par le sismomètre d’InSight. Les mesures indiquent en effet qu’une activité sismique secoue régulièrement la planète.

IMAGE DU SISMOMÈTRE D’INSIGHT À LA SURFACE DE MARS. IL N’EST AUJOURD’HUI PLUS ACTIF. © NASA, JPL-CALTECH

Certes, elle est sans commune mesure avec celle de la Terre, mais tout de même. Les scientifiques ont d’ailleurs été extrêmement surpris le 4 mai 2022, lorsqu’un séisme d’une amplitude record a été enregistré à la surface de Mars. D’une magnitude 4,7, cet événement inattendu et considéré comme le « Big One martien » a produit des ondes sismiques qui se sont propagées pendant plusieurs heures dans toutes les couches de la planète, permettant de mieux imager la structure de la croûte martienne et notamment de mieux comprendre la nature de la dichotomie martienne (voir notre précédent article ci-dessous). Il est à parier que de nouveaux résultats sortiront encore dans les prochains temps suite à l’analyse de ces enregistrements sismiques.

Impact météoritique ou processus tectoniques ?

Une question, cependant, restait en suspens : quelle était donc l’origine de ce séisme particulièrement puissant pour la planète ? Car deux possibilités existent. Soit une origine tectonique, soit une origine météoritique. Cette seconde option a rapidement été privilégiée, étant donné la puissance du signal et sa similarité avec les enregistrements sismiques habituellement associés aux impacts météoritiques. Le 24 décembre 2021, une météorite s’écrasait d’ailleurs sur la surface de Mars, produisant un séisme de magnitude 4 détecté par InSight. Un nouveau cratère associé à l’événement avait rapidement été détecté par la sonde MRO (Mars Reconnaissance Orbiter).

Dans le cas du séisme du 4 mai 2022, les scientifiques sont donc partis à la recherche d’un cratère similaire, permettant d’appuyer l’hypothèse de l’impact. Pour la première fois, toutes les missions en orbite autour de Mars (européenne, chinoise, indienne et des Émirats arabes unis) ont été mises à contribution afin de retrouver ce fameux cratère. En vain. Après plusieurs mois de recherches infructueuses, il a donc bien fallu se rendre à l’évidence : le séisme, dénommé S1222a, n’a pas été causé par un impact.

POSITION DU SISMOMÈTRE D’INSIGHT (TRIANGLE) ET LOCALISATION DE LA SOURCE DU SÉISME S1222A (ÉTOILE). ON NOTE LA PROXIMITÉ AVEC OLYMPUS MONS (VOLCAN), CEREBERUS FOSSAE (SYSTÈME DE FAILLES ACTIVES) ET DE LA LIMITE DE LA DICHOTOMIE MARTIENNE (LIMITE ENTRE LES ZONES BLEUES ET ROUGES). © BEGHEIN ET AL. 2022, GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, CC BY-NC-NC 4.0

Une croûte tiraillée par la contraction thermique des roches

L’origine du séisme serait donc bien de nature tectonique, ou du moins liée à des processus internes à la planète. Les résultats de l’étude ont été publiés dans la revue Geophysical Research Letters. Pour les auteurs, le séisme S1222a aurait été produit par le relâchement brutal de contraintes accumulées au cours du temps dans la croûte martienne. Il ne s’agirait donc pas de mouvements tectoniques à proprement parler, du moins dans le sens où on l’entend dans le contexte terrestre. Mars ne possède en effet pas de plaques tectoniques. Néanmoins, sa croûte est tiraillée par des contraintes produites notamment par la contraction thermique des roches. Comme la Terre, Mars se refroidit au fil des milliards d’années, mais ce refroidissement et la contraction associée ne se font pas nécessairement de manière homogène ni à la même vitesse sur l’ensemble de la planète. Cette hétérogénéité induit ainsi des tensions dans la croûte martienne. Des tensions qui vont s’accumuler jusqu’à un seuil de rupture des roches et produire un séisme. Il n’est cependant pas encore clair pourquoi certaines zones de la planète semblent emmagasiner plus de contraintes que d’autres. L’enregistrement et l’analyse des séismes martiens devraient cependant permettre d’en apprendre toujours plus sur la dynamique de cette planète.

Un séisme 5 fois plus puissant que les précédents a été détecté sur Mars

Alors que la mission InSight touche à sa fin, trois publications scientifiques reviennent sur le plus puissant séisme enregistré sur Mars.

Article de Morgane Gillard, publié le 16 décembre 2022

Reconnue comme étant le Big One martien, la secousse sismique enregistrée le 4 mai dernier par le sismomètre de la Nasa a été nouvellement estimée à une magnitude de moment 4,7, ce qui est au minimum 5 fois plus important que tous les séismes précédemment enregistrés sur la planète. Ce séisme aurait ainsi libéré à lui seul autant d’énergie que celle cumulée de tous les autres séismes enregistrés jusqu’à présent.

Mars a été secouée pendant une dizaine d’heures

Comme décrit dans l’article ci-dessous, ce séisme intéresse particulièrement les scientifiques qui étudient l’intérieur de Mars car, pour la première fois, il s’agit d’un événement assez puissant pour générer des ondes de surface, en plus des ondes plus « classiques » (P et S). Ce type d’ondes, plus précisément connues sous le nom d’ondes de Love et de Rayleigh, voyage le long de la croûte mais également dans le manteau supérieur et fournit de précieuses informations sur l’architecture interne de la Planète rouge. Elles en ont d’ailleurs fait le tour plusieurs fois avant de s’atténuer. InSight possède ainsi un enregistrement sismique d’environ 10 heures pour ce séisme, alors que les précédents événements ne duraient pas plus d’une petite heure. De quoi donner du grain à moudre aux scientifiques.

SELFIE D’INSIGHT PRIS LE 24 AVRIL 2022. LES PANNEAUX SOLAIRES SONT DÉSORMAIS RECOUVERTS DE POUSSIÈRE. © NASA, JPL-CALTECH

Mise en évidence d’une croûte stratifiée

La complexité du signal sismique a ainsi permis aux chercheurs de mieux caractériser la croûte martienne. Dans un article publié dans la revue Geophysical Research Letters, ils montrent notamment que les ondes dites de cisaillement présentent une anisotropie sismique. En d’autres termes, ces ondes, qui cisaillent le milieu qu’elles traversent, ne voyagent pas à la même vitesse dans toutes les directions à l’intérieur de la croûte (entre 10 et 25 km de profondeur). Leur vitesse horizontale est ainsi plus grande que leur vitesse verticale. Or, ce type de dépendance de la vitesse en fonction de la direction de propagation montre que la croûte ne se déforme pas de manière homogène dans toutes les directions, ce qui permet de faire des hypothèses sur sa nature et sa structuration.

Pour les scientifiques, cette caractéristique sismique pourrait être expliquée par une alternance de couches de basaltes et de niveaux volcano-sédimentaires, ou bien par une stratification de la croûte créée lors d’impacts météoritiques. La première hypothèse serait concordante avec des éruptions à répétition et impactant un très vaste territoire, sachant que le plus grand volcan du Système solaire, Olympus Mons, ne se trouve pas très loin. La deuxième hypothèse est tout aussi valable puisqu’elle rejoindrait l’idée que la dichotomie martienne, cette grande différence d’épaisseur crustale entre les hémisphères nord et sud, serait liée à un impact majeur. En effet, en pareille circonstance, la croûte se met à fondre localement sous l’augmentation brutale de la pression avant de recristalliser sous la forme de multiples intrusions.

POSITION DU SISMOMÈTRE D’INSIGHT (TRIANGLE) ET LOCALISATION DE LA SOURCE DU SÉISME S1222A (ÉTOILE). ON NOTE LA PROXIMITÉ AVEC OLYMPUS MONS (VOLCAN), CEREBERUS FOSSAE (SYSTÈME DE FAILLES ACTIVES) ET DE LA LIMITE DE LA DICHOTOMIE MARTIENNE (LIMITE ENTRE LES ZONES BLEUES ET ROUGES). © BEGHEIN ET AL., 2022, GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, CC BY-NC-ND 4.0

Plus de roches sédimentaires dans l’hémisphère nord ?

Concernant la dichotomie martienne, une troisième étude révèle d’ailleurs qu’il existe bien des structures crustales différentes entre les deux hémisphères de la planète. Ces résultats ont été obtenus grâce à l’analyse des vitesses des ondes créées par le séisme du 4 mai. Au niveau de la limite entre les deux zones, les ondes de cisaillement semblent ainsi voyager plus rapidement dans les terrains élevés caractérisant l’hémisphère sud. Les vitesses plus faibles dans les terrains abaissés du nord pourraient être liées à la présence de roches sédimentaires et à une porosité relativement forte des roches composant la croûte dans cette région.

TOPOGRAPHIE DE LA SURFACE DE MARS METTANT EN ÉVIDENCE LA DICHOTOMIE MARTIENNE : L’HÉMISPHÈRE NORD EST GLOBALEMENT PLUS BAS QUE L’HÉMISPHÈRE SUD, EN LIEN AVEC UNE ÉPAISSEUR DE CROÛTE DIFFÉRENTE. © NASA / JPL / USGS

Les scientifiques ne savent cependant pas encore quelle a été la source du séisme. L’épicentre est en effet situé en dehors du système de failles principalement actif sur la planète et connu sous le nom de Cereberus Fossae. Celui-ci est pourtant à l’origine de la quasi-totalité des grands séismes enregistrés jusqu’à présent. Cela suggère que ce puissant événement sismique a été produit par un autre système de failles qui reste pour l’instant inconnu.

Écoutez le plus puissant séisme enregistré sur Mars !

Il y a quelques jours, le sismomètre d’InSight a enregistré pour la première fois un séisme de magnitude 5 sur Mars. Il s’agit du plus puissant séisme jamais détecté sur une planète autre que la Terre.

Article de Morgane Gillard, publié le 14 mai 2022

Le 4 mai (ou 1.222e jour martien), le sol de Mars a encore tremblé. Et quelle secousse ! D’une magnitude estimée pour l’instant à 5, ce nouveau séisme vient détrôner, et de loin, les deux importants séismes précédents (voir notre article ci-dessous). Il s’agirait d’ailleurs de la plus forte secousse jamais détectée sur une autre planète.

Le Big One martien enfin détecté ?

Si pour la Terre une magnitude 5 est plutôt considérée comme moyenne, les plus puissants séismes pouvant atteindre une magnitude de 9, les scientifiques considèrent cependant qu’il pourrait s’agir de la magnitude maximum que serait capable de produire la Planète rouge. Rappelons que Mars ne possède pas, comme la Terre, de tectonique des plaques actuellement active. Or, c’est bien celle-ci qui est à l’origine de la grande majorité des puissants séismes. InSight aurait donc peut-être bien enregistré le Big One martien !

SISMOGRAMME ENREGISTRÉ SUR MARS PAR INSIGHT LORS D’UN SÉISME DE MAGNITUDE 5. © NASA, JPL-CALTECH

Un séisme qui devrait permettre d’en apprendre beaucoup plus sur les parties profondes de Mars

De nouvelles données qui doivent en ce moment provoquer l’émoi de la communauté scientifique. Depuis qu’InSight s’est posé sur Mars en novembre 2018, plus de 1.313 séismes ont été enregistrés, la plupart de faible magnitude. Or, en programmant cette mission, ce que les chercheurs espéraient détecter était bien un événement de cette amplitude. Car plus l’énergie libérée au moment du séisme est importante, plus les ondes sismiques se propagent loin et profondément, permettant ainsi de « sonder » l’intérieur de la planète. Déjà, le dernier séisme important, de magnitude 4,2 détecté en août 2021, avait permis la réception d’ondes ayant traversé le noyau externe de la planète. Une première ! On peut donc s’attendre à ce que ce nouveau séisme apporte une foule d’informations supplémentaires et inédites concernant la structure interne de Mars, notamment sur les parties les plus profondes du manteau et sur le noyau.

Des analyses qui vont prendre du temps

Mais la patience va être de mise. Les scientifiques vont devoir étudier en détail les données transmises par InSight afin de déterminer dans un premier temps l’épicentre, la profondeur du séisme et affiner la valeur de la magnitude. En fonction de ces résultats, l’analyse des ondes enregistrées par le sismomètre d’InSight permettra certainement de construire un modèle de vitesse de l’intérieur de la planète et d’étudier sa structure et sa composition. Des données essentielles pour mieux comprendre la formation des planètes rocheuses.

Les deux plus puissants séismes jamais enregistrés sur Mars

Pour la première fois, le sismomètre d’InSight, posé à la surface de Mars, a enregistré deux séismes de magnitude supérieure à 4. Les épicentres seraient situés à grande distance de la station de mesure. De nouvelles données capitales pour mieux comprendre la structure interne de la Planète rouge.

Posé à la surface de Mars, InSight enregistre depuis novembre 2018 l’ensemble de l’activité sismique qui secoue régulièrement la Planète rouge. Doté d’un sismomètre mais également d’un instrument de mesure du flux de chaleur, Insight a pour objectif de collecter des données qui permettront de mieux comprendre la structure interne de la planète, sa formation et son évolution.

Car la sismologie apporte de nombreuses informations sur les différentes enveloppes qui composent les planètes. L’analyse des ondes sismiques a ainsi grandement participé à notre connaissance de l’intérieur de la Terre et à la caractérisation des couches profondes, notamment le manteau et le noyau, qui ne sont accessibles par aucune autre méthode géophysique.

Comme sur Terre, les ondes sismiques permettent de « voir » à l’intérieur de Mars

Lors d’un séisme, les ondes voyagent dans toutes les directions à l’intérieur de la Terre. Leur forme ainsi que leur vitesse vont dépendre des caractéristiques mécaniques des milieux traversés. L’enregistrement des ondes et leur analyse vont ainsi permettre d’estimer la densité du milieu, de savoir s’il est solide ou liquide, et d’émettre des hypothèses sur sa composition. Ce principe s’applique également à Mars comme à toute autre planète rocheuse.

AUTOPORTRAIT D’INSIGHT PRIS DÉBUT 2019 APRÈS LE DÉPLOIEMENT DE SON SISMOMÈTRE. © NASA, JPL-CALTECH

Car, comme la Terre, Mars est secouée par des séismes. Mais il existe quelques différences. Sur notre Planète, les séismes les plus puissants sont générés par des processus tectoniques. Ce sont ces séismes qui vont permettre d’imager le plus profondément l’intérieur de la planète. Or, Mars ne dispose pas d’une tectonique des plaques. Les secousses enregistrées sur la Planète rouge ont d’autres origines. La contraction thermique de la partie superficielle de la planète, mais également des glissements de terrain, pourraient être à l’origine des séismes martiens. Ceux-ci sont cependant de bien plus faible intensité que les séismes d’origine tectonique que nous connaissons sur Terre.

Insight détecte deux séismes de magnitude supérieure à 4

Qu’à cela ne tienne. L’oreille d’InSight est sensible et a permis, en 3 ans, d’enregistrer plus de 950 événements sismiques, apportant la preuve que la planète était bien soumise à une activité sismique. Mais la faible puissance de ces séismes ne permettait pas d’imager profondément l’intérieur de la planète, l’instrument ne pouvant détecter que des séismes dont la source était relativement proche. En août et septembre 2021, InSight a cependant détecté deux événements plus importants, de magnitude Mw 4.2 (S0976a) et 4.1 (S1000a). À ce jour, il s’agit des deux plus puissants séismes enregistrés sur Mars.

ÉPICENTRES DES DIFFÉRENTS SÉISMES ENREGISTRÉS PAR INSIGHT. ALORS QUE, JUSQU’À PRÉSENT, TOUS LES SÉISMES ENREGISTRÉS AVAIENT LEUR SOURCE PROCHE D’INSIGHT (TIRETS NOIRS), LES DEUX SÉISMES DE MAGNITUDE SUPÉRIEURE À 4 SONT LOCALISÉS BEAUCOUP PLUS LOIN. S0976A EST LOCALISÉ AU NIVEAU DE VALLES MARINERIS. LA SOURCE DE S1000A EST MOINS BIEN DÉTERMINÉE ET TOMBE DANS LA ZONE BLANCHIE. LA POSITION D’INSIGHT EST DONNÉE PAR LE TRIANGLE ORANGE. © HORLESTON ET AL. 2022, THE SEISMIC RECORD

Plus important encore, la source de ces séismes est située à grande distance de la petite station de mesure, à l’autre bout de la planète. L’épicentre du séisme S0976a, de magnitude 4.2, est situé dans Valles Marineris, le gigantesque canyon balafrant la surface de la planète. De précédentes études avaient montré la présence de failles récentes et de glissements de terrain à l’intérieur de Valles Marineris, suggérant que cette zone était active d’un point de vue sismique. InSight en apporte désormais la preuve.

Pour la première fois, Insight enregistre des ondes ayant traversé le noyau martien

L’origine du séisme S1000a, de magnitude 4.1, n’a pas pu être déterminée avec précision. Mais les scientifiques sont certains qu’elle est située à grande distance du sismomètre, les ondes reçues étant caractéristiques de la zone d’ombre du noyau. Lors de ce séisme, InSight a en effet enregistré des arrivées d’ondes bien particulières. Il s’agit d’ondes Pdiff, des ondes de petite amplitude dont les caractéristiques indiquent qu’elles ont traversé la limite entre le noyau et le manteau. Cet événement est ainsi le premier à permettre d’imager si profondément l’intérieur de la Planète rouge.

LES ONDES REÇUES PAR INSIGHT SONT CARACTÉRISTIQUES DE LA ZONE D’OMBRE DU NOYAU, ZONE DANS LAQUELLE IL N’Y A PLUS D’ARRIVÉES D’ONDES DIRECTES. LES ONDES ENREGISTRÉES SONT SOIT RÉFLÉCHIES SOUS LA SURFACE MARTIENNE (ONDES PIPP ET SISS), SOIT CARACTÉRISTIQUES D’UNE TRAVERSÉE DU NOYAU (ONDES PDIFF). © HORLESTON ET AL. 2022, THE SEISMIC RECORD

Les deux séismes semblent également avoir des causes différentes. Celui ayant eu lieu dans la région de Valles Marineris aurait une source profonde, peut-être de 50 km, voire plus, alors que le second serait bien plus superficiel.

L’ensemble des résultats a été publié dans la revue The Seismic Record. Les scientifiques s’attellent désormais à passer au crible ces enregistrements. L’analyse détaillée du signal sismique pourrait permettre d’identifier de nouvelles phases, comme des ondes Sdiff, qui permettraient d’affiner les modèles de vitesse pour la croûte, le manteau et le noyau de Mars.