Le sismomètre de la mission InSight a entendu des météorites tomber sur Mars

C’est une nouvelle « première » et prouesse technologique que vient de réaliser la mission InSight (Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport), qui a atterri sur Mars fin 2018 avant de déployer un sismomètre sur le sol aride de la planète Rouge. Si la mission est pilotée par l’Agence spatiale américaine, le sismomètre a été conçu principalement par l’Institut de physique du globe de Paris. Et en juillet 2021, suite à la détection et l’analyse d’une dizaine de séismes, l’instrument a dévoilé des informations inédites sur l’épaisseur mais aussi la composition de la croûte, du manteau et du noyau martiens. Or ce bijou technologique a pu également enregistrer, en 2021, les signaux produits par des chutes de météorites, résultats qui viennent d’être publiés dans Nature Geoscience. « Nous avons même pu localiser les cratères d’impacts », se réjouit Raphael Garcia, chercheur à l’Institut supérieur de l’aéronautique et de l’espace à Toulouse et auteur principal de l’étude.   

Echauffement du bolide

Pour sonder les entrailles de Mars, le sismomètre d’InSight devait s’appuyer principalement sur la vie sismique de la planète. Mais les scientifiques espéraient détecter aussi les tressaillements, plus ténus, produites par des chutes de météorites. Lorsque celles-ci pénètrent dans l’atmosphère martienne, les forces de friction susciteraient en effet, comme sur Terre, un échauffement du bolide ainsi qu’une onde de choc sonore se propageant vers l’avant et atteignant le sol. Lorsque les pierres célestes ne se consument pas totalement dans l’atmosphère et qu’une partie de leur masse s’écrasent sur le sol, elles génèrent par ailleurs une vague d’ondes sismiques liées directement à l’impact.

De nombreuses incertitudes liées à l’atmosphère martienne

« Les modèles que nous avions élaborés avant le lancement d’InSight prédisaient le type d’ondes sonores et sismiques que le sismomètre pourrait enregistrer suite à des chutes de météorites, précise Raphael Garcia. Mais nous n’étions sûrs de rien, surtout en ce qui concerne les ondes acoustiques. » Il y avait en effet de nombreuses inconnues, tant sur le flux et la taille des météorites qui s’écrasent sur Mars que sur la propagation des ondes acoustiques dans son atmosphère. Car celle-ci est très différente de l’atmosphère terrestre. Composée à plus de 95% de dioxyde de carbone, elle est 100 fois moins dense qu’ici-bas.

Mécanismes d’un impact d’astéroïdes sur la Terre, la Lune et Mars. Crédits : IPGP Dabis Ducros

Trois évènements bien caractérisés

Mais les prédictions, fondées également sur la vitesse du son et des vents (plus forts le jour que la nuit) sur la planète Rouge, se sont révélées particulièrement exactes. Et au final, « les signaux sismiques et acoustiques enregistrés par le sismomètre correspondent très bien à ce que nous avions imaginé », se félicite Raphael Garcia. Ils concernent ainsi trois météorites qui ont percuté la surface martienne le 18 février, le 31 août et le 5 septembre 2021. « Une quatrième collision a été détectée dès le mois de mai 2020 mais les signaux sont moins nets. Et l’impact a été repéré en premier lieu par des images satellitaires, ce qui nous a permis d’en retrouver la trace dans les données du sismomètre », détaille Raphael Garcia.

Le sismomètre a détecté les ondes sonores et sismiques produites par des chutes de météorites. Crédits : R. Garcia et al. / Nature Geoscience

Une zone préalablement quadrillée

L’analyse des trois séries de signaux les mieux caractérisés a permis de déterminer de quelle direction et à quelle distance du sismomètre (de 80 à 250 kilomètres) ils provenaient. Et localiser ainsi les cratères ! Pour le vérifier, les chercheurs ont utilisé les images fournies par Mars Reconnaissance Orbiter. Car avant le lancement d’InSight, celui-ci avait quadrillé et cartographié une zone de 5.000 kilomètres carrés autour du futur site d’atterrissage. Les nouvelles images collectées sur les indications des sismologues, d’une résolution de 25 centimètres, ont permis ainsi de corroborer leurs prédictions. « Avec une incertitude de seulement 10% », note Raphael Garcia.

Images prises par Mars Reconnaissance Orbiter avant et après les impacts. Crédits : R. Garcia et al. / Nature Geoscience

Affiner les connaissances sur la structure interne

Les trois nouveaux cratères mesurent 390, 570 et 720 centimètres de diamètre. Ils ont été formés par des météorites d’une masse comprise entre 22 et 71 kilogrammes lorsqu’elles sont entrées dans l’atmosphère martienne, à une vitesse dépassant 21.000 kilomètres/heure ! « Ces résultats, qui reposent sur des sources sismiques parfaitement identifiées, seront utilisés pour affiner les connaissances sur la structure interne de Mars », souligne Raphael Garcia. Et en documentant le flux d’impacts, ils permettront de dater aussi plus précisément l’âge des terrains martiens.