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La sismicité de Mars
Le 26 novembre 2018, l'atterrisseur InSight de la NASA s'est posé avec succès sur Mars dans la région de l'Elysium Planitia. Soixante-dix jours martiens plus tard, le sismomètre SEIS de la mission a commencé à enregistrer les vibrations de la planète. Une équipe de chercheurs et d'ingénieurs de l'ETH Zurich, dirigée par le professeur Domenico Giardini de l'ETH Zurich, a développé l'électronique de contrôle pour le SEIS et est responsable du "Marsquake Service". Ce service est chargé de l'interprétation quotidienne des données transmises depuis Mars, en collaboration avec le Service sismologique suisse de l'ETH Zurich. La revue Nature Geoscience a récemment publié une série d'articles sur les résultats de la mission au cours des premiers mois d'exploitation sur Mars.
Comme indiqué dans ces articles, InSight a enregistré 174 événements jusqu'à la fin du mois de septembre 2019. Depuis lors, les mesures se sont poursuivies, ce qui a conduit à plus de 450 tremblements de terre observés à ce jour, qui n'ont pas encore été analysés en détail. Cela représente un événement par jour en moyenne.
Les données permettent aux chercheurs d'observer comment les ondes sismiques traversent la planète et de dévoiler ses caractéristiques internes - en quelque sorte de la même manière que les rayons X en tomographie médicale. Avant l'arrivée d'InSight, les chercheurs avaient développé un large éventail de modèles possibles pour représenter la structure interne de la planète rouge. Les tremblements de terre enregistrés, déjà après quelques mois, permettent d'affiner la compréhension de la structure de la planète et de réduire les incertitudes.
L'interprétation des données sur les tremblements de terre est un défi
Les tremblements de terre sur Mars sont similaires aux événements sismiques que nous observons sur Terre, bien qu'ils soient généralement de moindre ampleur. Les 174 tremblements de terre enregistrés peuvent être classés en deux familles : L'une comprend 24 événements de basse fréquence d'une magnitude comprise entre 3 et 4, comme le montrent les documents, avec des ondes se propageant à travers le manteau martien. Une deuxième famille de mars-séismes comprend 150 événements de plus faible magnitude, de profondeur hypocentrale plus faible et d'ondes de haute fréquence piégées dans la croûte martienne.
"Les tremblements de Mars ont des caractéristiques déjà observées sur la Lune pendant l'ère Apollo, avec une longue durée de signal (10 à 20 minutes) due aux propriétés de diffusion de la croûte martienne", explique le professeur Giardini. En général, cependant, dit-il, l'interprétation des données sur les tremblements de terre est très difficile et dans la plupart des cas, il est seulement possible d'identifier la distance mais pas la direction d'où les ondes arrivent.
InSight a atterri sur une fine couche de sable
InSight ouvre une nouvelle ère pour la sismologie planétaire. Les performances du SEIS ont dépassé les attentes qu'avaient les chercheurs jusqu'à présent, compte tenu des conditions difficiles sur Mars, caractérisées par des températures allant de moins 80 à 0 degrés Celsius et par de fortes oscillations de vent. En effet, le vent secoue l'atterrisseur InSight et ses instruments pendant la journée, entraînant un niveau élevé de bruit ambiant. Cependant, au coucher du soleil, les vents se calment, ce qui permet d'enregistrer les données sismiques les plus silencieuses jamais recueillies dans le système solaire. Par conséquent, la plupart des événements sismiques détectés sur Mars par le SEIS se sont produits pendant les heures calmes de la nuit. L'environnement difficile exige également de distinguer soigneusement les événements sismiques des signaux provenant des mouvements de l'atterrisseur, d'autres instruments ou de perturbations atmosphériques.
Le martèlement de l'instrument HP3 (une autre expérience InSight) et le passage rapproché de tourbillons (tourbillons de poussière), enregistrés par le SEIS, permettent de cartographier les propriétés physiques des couches de sol peu profondes juste sous la station. Nous savons maintenant que le SEIS a atterri sur une fine couche de sable atteignant quelques mètres de profondeur, au milieu d'un ancien cratère d'impact de 20 mètres de large. À plus grande profondeur, la croûte martienne a des propriétés comparables aux massifs cristallins de la Terre, mais semble plus fracturée. La façon dont les ondes sismiques se propagent suggère également que le manteau supérieur les atténue davantage que le manteau inférieur.
Activité sismique également induite par le stress tectonique
InSight a atterri dans une région plutôt calme de Mars, car aucun événement à proximité de la station n'a été enregistré jusqu'à présent. Les trois plus grands événements ont eu lieu dans la région de Cerberus Fossae, à environ 1'500 km de là. Il s'agit d'un système de rift tectonique causé par le poids de l'Elysium Mons, le plus grand volcan de la région de l'Elysium Planitia. Cela prouve bien que l'activité sismique sur Mars n'est pas seulement la conséquence du refroidissement et donc du rétrécissement de la planète, mais aussi qu'elle est induite par un stress tectonique. L'énergie sismique totale libérée sur Mars se situe entre celle de la Terre et celle de la Lune.
Le SEIS, complémentaire des autres mesures d'InSight, a également fourni des données utiles pour mieux comprendre les processus météorologiques sur Mars. La sensibilité de l'instrument au vent et à la pression atmosphérique a permis d'identifier les phénomènes météorologiques caractéristiques de Mars, notamment les nombreux tourbillons de poussière qui passent devant l'engin spatial chaque après-midi.
Cet article a été publié pour la première fois sur le site web du Service sismologique suisse.