Sous ses déserts de poussière rougeoyante, la planète voisine de la Terre cache encore bien des mystères. L’architecture interne des planètes rocheuses dicte leur histoire géologique et leur capacité à abriter la vie. Jusqu’à récemment, l’hypothèse privilégiée par les astronomes décrivait un centre martien exclusivement composé de fluides. Pourtant, de nouvelles analyses dévoilées le 4 septembre dans la célèbre revue Nature viennent bousculer ce consensus. Pour comprendre véritablement l’évolution de Mars, noyau solide et dynamiques des fluides doivent désormais être reconsidérés conjointement : la planète posséderait en effet un cœur dur enfoui sous un océan de métal en fusion.
- Les données sismiques enregistrées par la sonde de la NASA indiquent que le centre de Mars abriterait très probablement une graine solide.
- Ce noyau interne mesurerait environ 600 kilomètres de rayon et serait composé d’un alliage de fer et de nickel enrichi en éléments légers.
- Cette découverte inattendue remet en question les modèles actuels expliquant la disparition précoce du champ magnétique global martien.
InSight : quatre ans d’écoute sismique sur Mars
La mission InSight de la NASA, qui s’est déroulée de la fin de l’année 2018 jusqu’aux derniers mois de 2022, a représenté un tournant décisif dans l’exploration spatiale. En posant un sismomètre ultra-sensible directement à la surface martienne, l’agence spatiale américaine a permis aux scientifiques de mettre la planète rouge sur écoute. Cette approche ambitieuse s’inscrit dans la continuité des grands programmes d’exploration du système solaire visant à mieux appréhender la formation planétaire.
Durant ces quatre années, l’atterrisseur a enregistré les grondements de plus de 1 300 séismes. Grâce à la mesure des ondes sismiques, Mars révèle progressivement sa structure intime. En effet, lorsqu’elles se propagent à travers les entrailles de la planète, ces secousses rebondissent ou se courbent au niveau des frontières qui séparent les différentes strates souterraines, offrant ainsi une véritable radiographie des profondeurs.
Selon le sismologue Vedran Lekić de l’Université du Maryland, qui n’a pas participé à cette nouvelle étude, les chercheurs dressent peu à peu un portrait fidèle de l’intérieur de la planète. Les précédentes données avaient déjà mis en évidence la présence d’un noyau métallique liquide, mais les preuves d’une composante solide faisaient jusqu’alors défaut. C’est en ciblant 23 tremblements de terre martiens de basse fréquence que Daoyuan Sun, chercheur à l’Université de sciences et technologie de Chine à Hefei, et son équipe ont pu lever le voile sur ce mystère. Les épicentres de ces séismes se situaient entre 1 600 et 2 400 kilomètres de l’atterrisseur, une distance optimale pour scanner le centre planétaire.
Un noyau solide de 600 kilomètres de rayon
L’analyse de l’équipe s’est concentrée sur les ondes ayant traversé le cœur de la planète avant de ricocher sur sa face opposée. La physique dicte que les ondes sismiques voyagent nettement plus vite à travers un milieu solide qu’à travers un liquide. Or, les signaux étudiés ont atteint les instruments d’InSight avec une avance temporelle de 50 à 200 secondes par rapport aux modélisations d’un noyau purement fluide. Selon Daoyuan Sun, cette anomalie chronométrique constituait le premier indice fort de la présence d’une matière très dense au centre géométrique de l’astre.
Des analyses plus poussées ont par la suite mis en évidence des ondes ayant rebondi sur une interface claire, séparant un noyau externe d’un noyau interne. Cette configuration ne peut exister que si la planète possède bel et bien un cœur endurci.
En croisant les vitesses de déplacement et les trajectoires de ces différents signaux géophysiques, Daoyuan Sun et ses collègues ont calculé que la graine solide afficherait un rayon d’environ 600 kilomètres, soit approximativement un cinquième de l’épaisseur totale de la planète. Les simulations numériques intégrées à l’étude suggèrent qu’il s’agirait d’un cœur principalement composé de fer et de nickel, retenant de l’oxygène en son sein. L’enveloppe liquide environnante abriterait, quant à elle, des proportions variées de soufre, d’oxygène et de carbone. Ces détails géochimiques viennent nourrir un débat de longue date, résonnant directement avec la quête pour élucider l’origine et la distribution des éléments lourds sur Mars.
Bien que Vedran Lekić se dise particulièrement convaincu par ces nouveaux travaux, estimant que les auteurs ont manifestement « détecté quelque chose de fascinant », il s’interroge cependant sur la plausibilité thermodynamique d’une telle concentration d’éléments légers aux températures supposées du centre martien.
L’accueil est nettement plus sceptique du côté d’Amir Khan, expert à l’ETH Zurich. Ouvertement réservé sur cette réinterprétation des données sismiques, le géophysicien helvétique rappelle que les précédents modèles prédisaient un vaste noyau de faible densité gorgé d’éléments légers, des conditions censées inhiber toute formation solide au centre.
« J’ai été surpris, voire légèrement perplexe. Ce n’est absolument pas ce à quoi nous nous attendions à voir. »
— Amir Khan, ETH Zurich
Amir Khan précise que même si un embryon de noyau solide s’était formé, son rayon n’excéderait probablement pas 300 kilomètres. Le bruit de fond présent dans les signaux d’InSight rendant l’isolation de ces ondes complexes, il encourage la communauté scientifique à appliquer des méthodes d’analyse alternatives pour corroborer ou infirmer cette découverte.
L’énigme du champ magnétique martien relancée
Si l’existence d’un cœur rigide se confirme, les conséquences sur notre vision de la géologie martienne seront colossales. Comme le rappelle tout guide d’astronomie traitant de l’habitabilité du système solaire, Mars était vraisemblablement protégée par un puissant champ magnétique durant sa prime jeunesse, similaire à la magnétosphère terrestre actuelle.
Sur Terre, ce bouclier planétaire est entretenu par deux phénomènes conjoints : la chaleur qui s’échappe du noyau liquide vers le manteau, et la cristallisation progressive de ce même liquide en un centre solide, un processus libérant d’immenses quantités d’énergie de brassage. Jusqu’à présent, les géologues pensaient que la dynamo martienne ne reposait que sur l’échappement thermique. En se refroidissant, la planète aurait perdu son moteur interne, provoquant l’effondrement de la magnétosphère et, in fine, l’évaporation de son atmosphère sous l’assaut du vent solaire.
Or, l’existence d’une telle graine en cristallisation bouscule entièrement ce scénario. D’après Daoyuan Sun, si Mars possède réellement un noyau interne en cours de formation, l’idée selon laquelle son champ magnétique se serait éteint par un simple manque de chaleur est mécaniquement insuffisante. Les théoriciens devront retourner à leurs modélisations thermiques et inventer de nouveaux concepts pour expliquer comment, malgré la présence d’un noyau interne potentiellement actif, le puissant bouclier protecteur de la planète rouge a fini par disparaître.
