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Il y a quelques années, des planétologues ont découvert des structures circulaires inhabituelles à la surface de Vénus en observant des images à haute résolution de la mission Magellan de la NASA. Ces structures sont connues sous le nom de coronae (du latin signifiant «couronnes» ; singulier : corona). Il y a quelques années, une équipe de scientifiques de l'ETH Zurich, dirigée par Taras Gerya, professeur de géophysique au Département des sciences de la Terre, a utilisé des modèles informatiques pour étudier comment ces structures ont pu se former.
À ce jour, la plupart des scientifiques supposent que ce qu'on appelle les panaches provenant du manteau, qui s'élèvent en profondeur depuis l'intérieur de la planète, produisent les structures circulaires à la surface.
Les panaches sont des colonnes de roche chaude et fondue qui atteignent la croûte par des mouvements de convection dans le manteau inférieur. Là, la partie supérieure de la colonne s'étend en forme de champignon. La chaleur ainsi transportée fait fondre la croûte supérieure dans un mouvement circulaire. La matière qui monte continuellement des profondeurs élargit la tête du panache et étend la structure annulaire à la surface - une couronne se forme. La croûte dure qui entoure le panache se désagrège et finit par plonger sous le bord de la couronne, déclenchant des processus tectoniques locaux.
Diversité des coronae simulée par ordinateur
Mais la topographie des coronae n'est en aucun cas homogène ou facile à décrire. «À la surface de Vénus, de telles structures se présentent sous une grande variété de formes et de tailles», explique Anna Gülcher, doctorante dans le groupe de recherche du professeur Gerya.
En utilisant un ensemble plus large de simulations 3D améliorées, Anna Gülcher a donc réexaminé les coronae pour relier la diversité de la topographie de surface aux processus qui se déroulent en dessous. Son étude vient d'être publiée dans la revue Nature Geoscience.
Les nouvelles simulations montrent que la topographie d'une corona dépend de l'épaisseur et de la force de la croûte au point d'impact du panache. Il a été clairement démontré que la topographie de la corona dépend de l'activité de la colonne de magma sous-jacente.
Des panaches actifs forment l'anneau de feu de Vénus
Cette distinction a permis à la chercheuse et à ses collègues de diviser plus d'une centaine de grandes coronae de Vénus en deux groupes principaux, à savoir celles sous lesquelles un panache actif s'élève actuellement et transporte de la matière en fusion, et celles sous lesquelles le panache s'est refroidi et est devenu inactif. «Chaque structure corona a une signature spécifique qui indique ce qui se passe en dessous», explique Anna Gülcher.
La scientifique a inscrit sur une carte de Vénus toutes les coronae classées selon leur activité. À sa grande surprise, elle a pu localiser la plupart des structures qui se trouvent au-dessus des panaches actifs du manteau sur une ceinture dans l'hémisphère inférieur de Vénus. Seuls quelques actifs se trouvent en dehors de cette ceinture. «Nous l'avons donc appelé "l'anneau de feu de Vénus", en référence à "l'anneau de feu de la Terre dans le Pacifique», rapporte Anna Gülcher. Elle suppose que l'anneau de feu de Vénus coïncide avec une zone dans laquelle une quantité particulièrement importante de matière de panache est en train d'éclater.
Il est important de noter, cependant, que sur Terre, la tectonique des plaques est responsable de la position et de la dynamique de l'anneau de feu. Sur Vénus, il s'agit d'un volcanisme vertical de point chaud, qui ne se produit qu'en quelques endroits sur Terre.
Pourquoi exactement les panaches de Vénus sont-ils disposés dans une telle ceinture et ce que cela signifie par rapport aux processus qui se déroulent au plus profond de cette planète est une question importante. Des simulations informatiques à grande échelle pourraient être utilisées dans de futures études, explique Anna Gülcher.
Grande capacité de calcul requise
Dans leurs modèles, les scientifiques ne simulent que quelques centaines de kilomètres de la partie supérieure d'un panache provenant du manteau. Mais en réalité, ces colonnes de magma pourraient faire plus de 1000 kilomètres de long. «Il n'est pas question de simuler toute la longueur en raison de la capacité de calcul requise», souligne Anna Gülcher. Les simulations actuelles sont déjà huit fois plus importantes que les précédentes. Elles ont été calculées sur le superordinateur Euler de l'ETH Zurich.
Les planétologues espèrent que leurs découvertes apporteront de nouvelles connaissances sur le fonctionnement des panaches à l'intérieur de la Terre. On pense que ces derniers sont responsables de la formation de volcans sur des points chauds comme on l'a vu dans l'archipel des îles hawaïennes. Les panaches pourraient également avoir été un déclencheur de la tectonique des plaques observée sur Terre, comme l'a également démontré le groupe de recherche de Taras Gerya à l'aide de simulations. Comme mentionné à l'époque, Vénus pourrait servir de modèle pour les processus qui ont pu se dérouler sur la Terre primitive.