// CLUBIC — SPAZIO & SCIENZA
Mars cache peut-être un magma riche en fer au-dessus de son noyau, les chercheurs tiennent une piste sérieuse
Des chercheurs ont reproduit en laboratoire les conditions du manteau de Mars. Leur étude suggère que le magma riche en fer né vers 1 550 km de profondeur pourrait former la couche détectée par la mission InSight au-dessus du noyau.
Mars cache-t-elle une couche de magma au-dessus de son noyau ? Dans une étude publiée le 18 septembre, des chercheurs du CNRS, du Muséum national d'Histoire naturelle et de Sorbonne Université apportent un nouvel élément au dossier. En recréant en laboratoire les conditions du fond du manteau martien, ils montrent que la roche y commence à fondre, vers 1 550 kilomètres de profondeur, à une température inférieure d'environ 100 °C aux estimations précédentes. Le liquide obtenu, gorgé de fer, est au moins aussi dense que la roche solide voisine : il tend à descendre plutôt qu'à monter, comme un volcan à l'envers. De quoi éclairer l'anomalie sismique repérée par la mission InSight à la frontière du noyau ? Les auteurs parlent d'une piste plausible, pas encore d'un verdict.
Lancée en 2018 par la NASA, avec le CNES pour partenaire, la mission InSight avait pour but d'ausculter l'intérieur de Mars, une sorte d'échographie, on schématise, de la Planète rouge. Posé sur le sol martien, son sismomètre enregistrait les ondes sismiques, ces vibrations nées des secousses de la planète, qui filent dans une roche dure et se traînent dans un milieu plus mou. Or, jusqu'en 2022, les enregistrements ont révélé une anomalie à la frontière entre le manteau, l'épaisse couche de roche, et le noyau métallique : les ondes y ralentissent, signe d'une matière moins rigide que la roche solide, peut-être en partie fondue.
L'explication la plus directe, c'est une couche de roche fondue, ou en partie fondue, épaisse d'environ 150 kilomètres, posée sur le noyau comme un matelas de magma. Si elle existe, elle jouerait un rôle majeur dans la façon dont Mars a perdu sa chaleur au fil du temps, dans le refroidissement de son noyau et dans la conservation de poches de matière datant de la naissance de la planète. Mais deux questions restaient sans réponse : à quelles pression et température le manteau martien, cette épaisse enveloppe de roche autour du noyau, commence-t-il à fondre ? Et le liquide obtenu est-il assez dense pour rester coincé en bas, au lieu de remonter ?
Pour y voir plus clair, l'équipe, dont Rémy Pierru, premier auteur de l'étude, et Daniele Antonangeli, chercheur au CNRS, a fabriqué en laboratoire une roche qui imite le manteau martien, riche en oxyde de fer. Cette pastille, épaisse d'environ un millimètre, a été comprimée entre des enclumes en carbure de tungstène jusqu'à 18-19 gigapascals (GPa), soit quelque 180 000 fois la pression atmosphérique, celle qui règne vers 1 550 kilomètres sous la surface de Mars, puis chauffée. Au synchrotron japonais SPring-8, un accélérateur qui produit des rayons X très puissants, les rayons X révèlent la structure de la roche, et des ultrasons, qui la traversent comme un sonar, changent dès qu'un liquide apparaît. Ils surprennent alors, en direct, les premières gouttes de liquide !
Une fois l'échantillon soumis à ces conditions extrêmes, arrive le premier constat. La roche commence à fondre plus tôt que prévu. Sous la pression du fond du manteau martien, le seuil de fusion se situe autour de 2 200 kelvins (environ 1 930 °C), soit environ 100 °C de moins que ne l'indiquaient les estimations précédentes. Le kelvin est l'unité de température des physiciens : elle est graduée comme le degré Celsius, mais avec un zéro décalé de 273 degrés. Selon l'étude, parue le 18 septembre dans Nature Geoscience, cet écart tient à la méthode. Jusqu'ici, on chauffait un échantillon, on le refroidissait brutalement, puis on cherchait au microscope des traces de liquide figé, et les toutes premières gouttes, minuscules, passaient inaperçues. Ici, l'équipe observe la roche en direct pendant qu'elle chauffe, et repère ces gouttes dès leur apparition.
Sur ce premier liquide, près de 40 % de sa masse