Insight : gros tremblements de Mars enregistrés par SEIS

Insight, pouInterior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport, soit exploration de l’intérieur (de Mars) en utilisant des sondages sismiques, la géodésie et le flux thermique, est en train de remplir sa mission principale : déceler les séismes du sol martien.

C’est surtout l’un de ses 3 instruments, SEIS pour Seismic Experiment Interior Structure, qui effectue des mesures antisismiques de la croûte de la planète qui donne toute satisfaction à l’équipe scientifique.

Séisme de magnitude 5 sur Mars

La première mission à récolter des données sismiques sur Mars vient d’enregistrer le plus grand séisme jamais observé sur une autre planète : un tremblement de magnitude estimé à 5 qui s’est produit le jeudi 05 mai 2022 en plein milieu de la nuit (1h27 heure française, environ 4h sur Mars), au SOL 1222 (1222e jour de mission sur le sol martien). À l’échelle martienne, InSight se trouvait à une distance relativement proche de l’épicentre (2 250km).

Spectrogramme du séisme de magnitude 5 enregistré sur Mars par l’instrument SEIS dans la nuit du 04 au 05 mai 2022. ( © NASA/JPL-Caltech/ETH Zurich)

Un séisme de magnitude 5 est un séisme de taille moyenne par rapport à ceux ressentis sur Terre, mais il est proche de la limite supérieure de ce que les scientifiques espéraient voir sur Mars lors de la mission InSight.

Pour rappel, l’instrument SEIS a été développé par le CNES associé à l’Institut de physique du globe de Paris, l’Université de Paris Diderot Sorbonne et plusieurs laboratoires de recherche français et européens.

Pour Philippe Lognonné, responsable scientifique de l’instrument SEIS à l’IPGP : « Cette faible distance épicentrale et la très forte magnitude expliquent l’ampleur du signal, et le fait que les ondes de volume mais aussi celle de surface sont si claires. Ce séisme est d’une certaine façon une mine d’or pour non seulement confirmer nos modèles de structure interne mais aussi les améliorer ! »

Depuis le début des opérations, le sismomètre a enregistré plus de 1 300 tremblements « de terre » et plus de 50 d’entre eux avaient des signaux suffisamment clairs pour que les scientifiques puissent obtenir des informations sur leur emplacement sur Mars. Le plus grand tremblement de Mars enregistré précédemment au 25 août 2021 était d’une magnitude estimée à 4,2 [lire InSight : 1000 sols et de gros séismes].

Ce nouveau « MarsQuake » [par analogie au Earthquake, tremblement de Terre en anglais] est lui aussi localisé vers Cerberus Fossae, une région qui montre des preuves de volcanisme géologiquement « récent », au cours des deux derniers millions d’années. 

Ce récent MarsQuake de magnitude estimée à 5 a envoyé des vibrations se répercutant sur la planète pendant au moins six heures.

Les ingénieurs de l’équipe SEIS ont réussi à retranscrire le séisme en audio pour un rendu plus immersif :  » Pour ce faire, nous avons écarté la fréquence de résonance de l’instrument SEIS et supprimé les « glitchs » (ou pics dans le signal). Ces « glitchs » sont générés par le câble qui relie l’instrument SEIS à l’atterrisseur InSight » explique Rémi Lapeyre, responsable des opérations Insight/SEIS, au CNES. « Ce sont les experts de l’IPGP qui ont mis au point ce traitement numérique. Il a fallu ensuite amplifier la piste sonore obtenue et l’accélérer 44 fois afin qu’elle devienne audible pour l’oreille humaine. Enfin, si vous écoutez bien, vous entendrez 2 pistes pas tout à fait identiques à gauche et à droite car issues des 3 capteurs de l’instrument SEIS : effet stéréo garanti ! « 

Sonification du séisme de magnitude 5 « entendu » par SEIS sur Mars le 50/5/2022. (© CNES/NASA/JPL-Caltech)

Le coeur de Mars révélé

InSight/SEIS a recueilli de nouvelles informations sur les trois couches principales de Mars. Les scientifiques ont découvert que la croûte martienne sous InSight est un peu plus mince que prévu, entre 25 à 40 kilomètres d’épaisseur, comprenant trois couches internes. La couche supérieure de la croûte a environ 10 kilomètres d’épaisseur et est moins dense que la croûte inférieure. Le noyau de Mars est en fusion et considérablement plus grand que prévu, d’environ 1 800 kilomètres de rayon. La densité plus faible signifie qu’il y a des éléments plus légers mélangés au fer fondu, abaissant son point de fusion. Cela aide à expliquer comment le noyau de Mars peut encore être en fusion bien qu’il se soit considérablement refroidi depuis sa formation. InSight/SEIS a également étudié le manteau supérieur à l’aide d’ondes sismiques traversant des profondeurs d’environ 800 kilomètres avant de revenir à la surface. La coquille extérieure solide et froide, la lithosphère, mesure environ 500 kilomètres d’épaisseur, au-dessus d’un manteau relativement frais, par rapport au manteau terrestre [voir article Insight : des découvertes sur l’intérieur de Mars]

Déterminer la composition et la structure des couches, et la rapidité avec laquelle la chaleur s’en échappe, aide les scientifiques à mieux comprendre l’histoire géologique de la surface de Mars et pourquoi pas si des formes de vie auraient pu s’y développer.

Cette infographie montre les couches de la planète Mars et comment InSight utilise les tremblements de terre pour les étudier. Il montre également un gros plan d’InSight et des principales sources de tremblements de terre. La plupart des tremblements de terre sont créés par la chaleur et la pression à l’intérieur de la planète, ce qui provoque la fracture de la roche. Une autre source est les météores frappant la surface (crédit NASA/JPL-Caltech)

Un dernier selfie avant la fin

Alors que la mission a largement dépassé sa durée de vie initialement prévue de 668 sols ou jours martiens, soit 687 jours solaires terrestres, la fin d’Insight approche. Après que la mission principale fut achevée fin 2020 en ayant atteint ses objectifs scientifiques initiaux (sauf pour HP3), la NASA avait prolongé les opérations de l’atterrisseur jusqu’en décembre 2022.

Mais InSight perd progressivement de la puissance et devrait mettre fin aux opérations scientifiques durant cet été. D’ici décembre, l’équipe des opérations s’attend à ce que l’atterrisseur soit devenu inopérant.

Les 2 panneaux solaires mesurant chacun environ 2,2 mètres de large n’ont cessé d’accumuler de la poussière depuis l’atterrissage en novembre 2018.

L’atterrisseur InSight de la NASA a pris ce dernier selfie le 24 avril 2022. L’atterrisseur est recouvert de beaucoup plus de poussière qu’il ne l’était dans son premier selfie, pris en décembre 2018, ou dans son deuxième selfie, pris en mars et avril 2019. Crédit : NASA/JPL-Caltech

L’emplacement d’InSight sur Mars est entré en hiver, il y a davantage de poussière dans l’air, ce qui réduit la lumière solaire disponible. Le 7 mai 2022, l’énergie disponible de l’atterrisseur est tombée juste en dessous de la limite qui déclenche le mode « sans échec », le logiciel de bord suspendant alors toutes les fonctions sauf les plus essentielles comme le contrôle thermique.

Lorsqu’Insight a atterri, les panneaux solaires produisaient environ 5 000 watts par heure (Wh) chaque jour martien (Sol), assez pour alimenter un four électrique pendant 1h40. Aujourd’hui, ils produisent environ 500 Wh par Sol, soit suffisamment pour alimenter le même four électrique pendant seulement 10 minutes.

Comparaison au moment de l’atterrissage en novembre 2018 et maintenant en mai 2022 des panneaux solaires et de la production d’énergie par ceux-ci (crédit NASA/JPL-Caltech)

En raison de la puissance réduite, l’équipe de la mission mettra bientôt le bras robotique de l’atterrisseur dans sa position de repos (appelée « pose de retraite ») pour la dernière fois. Initialement destiné à déployer le sismomètre et la sonde thermique de l’atterrisseur, le bras a joué un rôle inattendu dans la mission : en plus de l’utiliser pour aider à enterrer la sonde thermique HP3, le bras a été utilisé pour dépoussiérer partiellement les panneaux solaires. Mais désormais cela ne suffira plus.

Les données SEIS sont publiées selon plusieurs calendriers. La dernière publication pour les scientifiques devrait avoir lieu le 31 janvier 2023, de quoi donner encore quelques résultats scientifiques intéressants !

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Sources principales : NASA/JPL et le communiqué de l’IPGP

Photo de couverture : SEIS vu par la caméra sur l’atterrisseur Insight le 24/04/22 (crédit NASA/JPL-Caltech)

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