Des chercheurs canadiens, français, américains établissent une nouvelle chronologie du champ magnétique global martien

Mars a possédé un champ magnétique global bien plus tôt et pendant bien plus longtemps que ce que les scientifiques pensaient jusqu’ici.

Le champ magnétique global d'une planète provient de ce que les scientifiques appellent la dynamo : des mouvements de métal fondu au sein du noyau de la planète qui produisent un courant électrique créant un champ magnétique. Sur Terre, la dynamo oriente l’aiguille de la boussole vers le nord. Mais la dynamo de Mars est éteinte depuis des milliards d'années.

Des nouveaux résultats sont publiés aujourd’hui dans Science Advances. Une équipe de chercheurs canadiens, américains et français nous permet de mieux connaître le moment précis et la durée de la dynamo de Mars.

"Nous constatons que la dynamo martienne fonctionnait dès 4,5 milliards et jusqu’à 3,7 milliards d'années. L’aspect temporel de la dynamo contraint en grande partie de l'évolution d'une planète, et ce que nous trouvons est très différent de ce que nous pensions jusqu'à présent", a déclaré Anna Mittelholz, post-doctorante au Département des Sciences de la Terre, des Océans et de l'Atmosphère de l'Université de Colombie Britannique, qui a coordonné l'étude. "La dynamo nous raconte quelque chose sur l'histoire thermique de la planète, son évolution et comment elle est arrivée là où elle est aujourd'hui, et cette histoire est unique pour chacune des planètes telluriques - Terre, Mars, Vénus et Mercure".

L'histoire magnétique d'une planète peut être reconstituée en étudiant les roches aimantées qui se trouve à la surface ou juste en dessous. Les minéraux magnétiques qu’elles contiennent sont des enregistreurs, surtout en contexte volcanique. Lorsque la lave se met en place, qu’elle se solidifie et que les roches refroidissent en présence d’un champ magnétique, certains minéraux, dont ceux contenant du fer, enregistrent la direction locale du champ magnétique, un peu comme l’aiguille d’une boussole. En caractérisant ces roches, et leur date de formation, les scientifiques peuvent estimer si une dynamo était active au moment de leur mise en place.

fig CP Timing of martian dynamo LANGLAIS2020 500px

Champ magnétique mesuré dans la région de Lucus Planum, à une altitude inférieure à 200 km, par la sonde MAVEN (A à C). Les figures B et C montrent en particulier le comportement de l'intensité et de la composante radiale le long de 4 orbites proches, situées au-dessus d'un cratère bien visible. En D, la carte géologique de la région montre l'emplacement de ce cratère (petit cercle rouge sur D, et image orbitale en F), qui ressort bien sur le profil topographie nord-ouest/sud-est (pointillées du D et profil sur E). Il atteint une profondeur d'environ 1 à 1.5 km, suffisamment profond pour modifier l'aimantation de la couche aimantée associée à Lucus Planum, et explique le minimum local mesuré juste au-dessus du cratère (B et C).

 

L’aimantation ancienne de certaines roches à la surface de Mars indique que la dynamo martienne était active il y a entre 4,3 et 4,2 milliards d'années, mais l'absence d’aimantation visible sur trois grands bassins qui se sont formés il y a 3,9 milliards d'années a conduit la plupart des scientifiques à penser que la dynamo était inactive à cette époque.

Les chercheurs qui ont mené cette étude ont analysé de nouvelles mesures satellitaires et ont trouvé des preuves évidentes d'un champ magnétique provenant d’une coulée de lave de Lucus Planum (proche de l’équateur), qui s'est formée il y a moins de 3,7 milliards d'années, soit bien plus tard que les bassins mentionnés ci-dessus.

Les chercheurs ont également détecté des champs magnétiques de faible intensité au-dessus du bassin Boréalis dans l'hémisphère nord de la planète. Ce bassin s'est formé il y a 4,5 milliards d'années et serait l'un des plus anciens éléments de Mars.

"Nous avons ces deux observations qui indiquent la présence d'une dynamo à l'époque la plus ancienne connue de l'histoire de Mars, et une dynamo qui était présente un demi-milliard d'années après que de nombreux scientifiques pensaient qu'elle s'était déjà éteinte", a déclaré Catherine Johnson, professeur au Département des Sciences de la Terre, des Océans et de l'Atmosphère à Vancouver (Canada), et scientifique senior au Planetary Science Institute de Tucson, en Arizona (USA), qui a également contribué à l'étude.

Les chercheurs proposent deux explications possibles à l'absence d’aimantation au-dessus des grands bassins : la dynamo pourrait s'être arrêtée avant la formation des bassins et avoir redémarré avant la formation de Lucus Planum, ou alors les impacts qui ont créé les bassins ont simplement déplacé ailleurs la partie de la croûte contenant des minéraux pouvant être porteurs d'une forte aimantation.

Les nouvelles mesures de cette étude proviennent de MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution Satellite). Les données précédentes sur le magnétisme de Mars avaient été recueillies par le satellite Mars Global Surveyor qui a orbité autour de la planète entre 1999 et 2006, principalement à 400 kilomètres au-dessus de la surface. MAVEN, lancé en 2013, descend jusqu’à environ 135 kilomètres de la surface et capte des signaux plus faibles que MGS ne pouvait pas détecter.

La capacité de MAVEN à capter des signaux provenant d'éléments plus petits à la surface et près de la surface aide les chercheurs à distinguer si le magnétisme provient de ces éléments ou de roches plus anciennes enfouies plus profondément dans la croûte martienne. « Ces nouvelles données permettent de prédire le champ à la surface de Mars, même si les contributions de toute petite échelle spatiale restent encore inaccessibles depuis l’orbite », comme le précise Benoit Langlais, Directeur de Recherches CNRS au Laboratoire de Planétologie et Géodynamique (Université de Nantes et Université d’Angers).

Ces nouvelles connaissances amènent les chercheurs à se demander ce qui pourrait être observé s'ils s'approchent encore plus près. Mittelholz et ses collègues notent que cette étude se concentre sur une toute petite région, mais qu'il y a de nombreuses coulées volcaniques et des cratères partout sur Mars, avec des histoires à raconter. À l'avenir, l'exploration magnétique martienne pourrait passer des satellites aux drones ou aux ballons, fournissant des données encore plus détaillées.

 

> Référence :

Timing of the martian dynamo: New constraints for a core fied at 4.5 and 3.7 Ga, Mittelholz1, C.L. Johnson1,2, J.M. Feinberg3, B. Langlais4, R.J. Phillips5, Science Advances, vol. 6, n°18

1- Department of Earth and Atmospheric Sciences, The University of British Columbia, Vancouver, Canada
2- Planetary Science Institute, Tucson, AZ, USA
3- Institute for Roc Magnetism, Department of Earth and Environmental Sciences, University of Minnesota, Minneapolis, MN55455, USA
4- Laboratoire de Planétologie et Géodynamique, UMR6112, Université de Nantes, Université d’Angers, CNRS, Nantes, France
5- Department of Earth and Planetary Sciences and Mc Donnell Center for the Space Sciences, Washington University in St. Louis, St. Louis, MO USA

 

> Contacts :
- Benoit Langlais, Directeur de Recherche CNRS
Email: benoit.langlais@univ-nantes.fr
Tél.: 02 76 64 51 57 / 06 76 82 60 11
- Stéphanie Beaunay, chargée de communication
Email: stephanie.beaunay@univ-nantes.fr
Tél.: 02 51 12 52 67 / 06 33 38 32 67