Projet ANR-13-BS05-0012 – MARMITE : Mercure: interActions HeRméo-Magnétiques entre l’InTérieur et l’Exosphère
Programme : Blanc - SIMI 5 - Physique subatomique et théories associées, astrophysique, astronomie et planétologie (Blanc SIMI 5) 2013
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Monsieur Benoit LANGLAIS (Laboratoire de Planétologie et Géodynamique)
Partenaires : Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales; Laboratoire de Physique des Plasmas; Laboratoire de Planétologie et Géodynamique de Nantes
Montant : 400000.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 48 mois
Résumé : Étudier les similitudes et les différences qui existent entre les corps du système solaire permet de comprendre leur origine et évolution, et  d’accroître la connaissance de notre planète. Ici nous proposons de modéliser, décrire et interpréter l’environnement magnétique de Mercure et de ses sources internes (du noyau à la lithosphère) ou externes (résultant de l’interaction du vent solaire avec la planète). Cela permet en effet de contraindre la structure et la dynamique de Mercure et de ses différentes enveloppes.
Mercure est la plus petite et la plus proche planète du soleil ; c’est aussi l’une des plus énigmatiques. Avant l’ère spatiale, on pensait que c’était une planète entièrement solide, sans dynamique interne. La mission Mariner 10 a bouleversé cette vision, et montré que Mercure est en réalité la seule autre planète tellurique possédant une dynamo. Mercure est en effet caractérisé par un champ magnétique interne faible, lié à des mouvements de convection dont l’exacte nature reste à déterminer. Son exosphère contient de nombreuses espèces, avec de fortes variations spatiales et temporelles. L’interaction du champ interne, de l’exosphère et du vent solaire crée une magnétosphère très dynamique, qui à son tour induit des courants électromagnétiques dans son intérieur et son exosphère.
MARMITE est Mercure: interActions HeRméo-Magnétiques entre l’InTérieur et l’Exosphère. Un parallèle peut être fait avec ce grand chaudron dans lequel des ingrédients différents à la fois simples et subtils sont mélangés et mijotés. Ce projet peut ainsi être vu comme une recette scientifique, qui va mener à une nouvelle étude de Mercure et de sa dynamique, en mélangeant des outils et approches qui sont traditionnellement dédiées à des buts distincts, le noyau convectif, le manteau peu épais, la surface, l’exosphère, l’ionosphère et la magnétosphère.
Nous allons analyser les mesures de la sonde MESSENGER, actuellement en orbite autour de Mercure. Nous voulons caractériser le champ magnétique interne statique et estimer sa possible variation séculaire. Nous allons mettre au point et utiliser des outils adaptés pour tenir compte de la géométrie très elliptique de l’orbite de MESSENGER, qui fait que seule une partie de l’hémisphère nord est survolé avec une altitude suffisamment basse. Nous allons ensuite interpréter ce champ en termes de dynamique interne. Nous ferons des simulations numériques de la dynamo, tenant compte du champ là où il est connu, et permettant de prédire son comportement au-dessus de l’hémisphère sud. La structure interne de Mercure sera aussi contrainte via des approches spectrales mais aussi via des études d’induction. Nous comparerons cette structure à des hypothèses d’évaporation précoce du manteau par des impacteurs géants. Nous allons coupler des modèles de l’exosphère à un modèle hybride de la magnétosphère, ce qui nécessite de correctement décrire le champ interne mais aussi d’estimer les taux de production de toutes les espèces ionisées présentes dans l’exosphère. Ce modèle exosphère-magnétosphère sera couplé à des estimations de la conductivité électrique de la surface et de l’intérieur, pour une meilleure prise en compte des effets liés à l’induction. Enfin nous couplerons tous ces aspects dans un seul et unique modèle qui tiendra compte de toutes les sources et interactions magnétiques, grâce à la collaboration entre des domaines qui ne sont habituellement que faiblement liés.
Ce projet est principalement dédié à l’analyse de la mission américaine MESSENGER. Nous allons développer les outils théoriques et analytiques pour modéliser l’environnement d’un corps faiblement aimanté tel que Mercure. Ceci va entre-autres permettre à nos équipes de mieux préparer l’arrivée de la prochaine mission européenne-japonaise BepiColombo (lancement en 2015). Ces outils pourront également être appliqués à d’autres corps comme Ganymède, la Lune ou Mars, fournissant autant de cas d’études pour in fine mieux comprendre notre planète.