Seismic Experiment for Interior Structure

Animation du sismomètre soulevé par le bras robotique et placé à la surface de Mars.

Seismic Experiment for Interior Structure (SEIS) (en français ; « Expérience sismique pour la structure interne ») est un sismomètre et le principal instrument scientifique à bord de l'atterrisseur martien InSight lancé le et ayant atterri le . L'instrument a été déployé à la surface de Mars le . Le SEIS devrait fournir des enregistrements des séismes martiens, permettant aux chercheurs de développer des cartes de la structure interne profonde en 3 dimensions. Une meilleure compréhension de la structure interne de Mars mènera à une meilleure compréhension de la Terre, de la Lune et des corps planétaires rocheux en général.

SEIS a détecté des tremblements de terre dans la Cerberus Fossae  en 2019.

Vue d'ensemble

Depuis les années soixante, des missions de survols et d'atterrissages de Mars pour recueillir des données scientifiques ont été effectués, mais des études sismologiques de qualité (qui fourniraient des informations détaillées sur l'intérieur de Mars) n'ont pas encore pu être réalisées.

Seuls deux corps astronomiques (la Terre et la Lune) ont été étudiés de cette manière, et on espère que l'étude de Mars contribuera à la compréhension de la géologie de tous les corps planétaires rocheux.

SEIS travaille en synergie avec d'autres instruments embarqués sur InSight, que sont le Heat Flow and Physical Properties Package, le Rotation and Interior Structure Experiment et le Temperature and Winds for InSight.

Missions précédentes

Les deux atterrisseurs Viking, dans les années 1970, avaient un sismomètre (une partie est visible entre les cibles d'étalonnage), mais les problèmes de déploiement ont entravé l'exploitation de données géologiques significatives.

Bien que deux sismomètres aient été posés sur Mars lors des missions Viking en 1976, les résultats s'avérèrent limités[1]. Les sismomètres des deux sondes Viking étaient montés sur l'atterrisseur, ce qui signifie qu'ils captaient également les vibrations provenant des diverses opérations de l'atterrisseur ou causées par le vent[2]. En outre, le sismomètre de l'atterrisseur Viking 1 ne s'est pas déployé correctement[3].

Les données du sismomètre ont été utilisées pour estimer l'épaisseur de la croûte géologique martienne, entre 14 et 18 km sur le site de l'atterrisseur Viking 2[4]. De manière inattendue, le sismomètre a également détecté la pression des vents martiens, complétant ainsi les résultats de la météorologie[4],[5]. Un seul candidat possible pour un tremblement de terre martien a été enregistré, bien qu'il n'ait pas été confirmé en raison des limites de la conception et de l'interférence d'autres sources de vibrations telles que le vent. Malgré ces limitations, il était clair que des tremblements de terre importants et de grande ampleur n'ont pas été détectés[6].

Conception


Le CNES a été le maître d'oeuvre de l'instrument SEIS, et l'Institut de Physique de Globe de Paris en a porté la responsabilité scientifique.[7]

Premiers résultats

En , de premiers résultats sont publiés, à partir des données de SEIS, la sonde ayant capté plus de 400 vibrations dont une vingtaine de séismes de magnitude comprise entre 3 et 4. Ces données ont permis d'évaluer l'activité sismique de Mars comme étant intermédiaire entre celles de la Lune et de la Terre. Ainsi, il a été observé que l'activité sismique de Mars est suffisamment importante pour enregistrer des ondes P et S, ce qui pourra par la suite permettre d'étudier la composition interne et notamment du noyau, pour déterminer s'il possède une phase liquide. Ces données ont aussi permis d'étudier la composition de la lithosphère martienne, plus hydratée que celle de la Lune. Les relevés du magnétomètre ont aussi pu compléter les observations satellitaires[8].

En Juillet 2021, a été publié dans la revue Science une série de 3 articles présentant des modélisations plus précises de la structure interne de Mars grâce aux données de SEIS. Une première discontinuité a pu être mise en évidence au sein de la croûte à 10 km de profondeur, séparant une couche altérée, peut-être par des écoulements d'eau, d'une couche de roche non altérée. Une seconde discontinuité, à 20 km de profondeur, et une potentiel troisième à 38 km, ont de plus été identifiées.. La limite croute/manteau correspond à l'une de ces deux discontinuités. La minéralogie du manteau martien est déjà relativement bien connue grâce aux météorites, ce qui a permis de "traduire" la vitesse mesurée des ondes sismiques en température. Cela a permis de déterminer le gradient de température et donc le flux de chaleur traversant le manteau. Ce flux est environ 4 fois plus faible que celui de la Terre. Le manteau martien présente de plus une lithosphère très épaisse de près de 500 km.

Il a été confirmé que la noyau ferreux est liquide, comme le prédisait des modèles existant ayant analysé la rotation de la planète. on rayon a pu être mesuré : 1830 km, ce qui correspond à la gamme haute des estimations qui avaient été faites jusque là[9]. Cela implique que ce noyau est sans doute moins dense que prévu et contiendrait des éléments légers, comme du carbone, de l'hydrogène ou de l'oxygène.

Notes et références

  1. SEIS/INSIGHT: One year prior launch for Seismic Discovery on Mars. Lognonne, Philippe; Banerdt, W. Bruce; Giardini, Domenico; Pike, W. Tom; Christensen, Ulli; Knapmeyer-Endrun, Brigitte; de Raucourt, Sebastien; Umland, Jeff; Hurst, Ken; Zweifel, Peter; Calcutt, Simon; Bierwirth, Marco; Mimoun, David; Pont, Gabriel; Verdier, Nicolas; Laudet, Philippe; Smrekar, Sue; Hoffman, Tom. 19th EGU General Assembly, EGU2017, proceedings from the conference held 23–28 April 2017 in Vienna, Austria., p.9978
  2. Don L. Anderson, « Signatures of Internally Generated Lander Vibrations », Journal of Geophysical Research, vol. 82, no 28,‎ , p. 4524–4546; A–2 (DOI 10.1029/JS082i028p04524, Bibcode 1977JGR....82.4524A, lire en ligne)
  3. « Happy Anniversary, Viking Lander | Science Mission Directorate », sur science.nasa.gov (consulté le 5 février 2020)
  4. a et b (en) Elizabeth Howell 2012-12-06T21:22:41Z, « Viking 2: Second Landing on Mars », sur Space.com (consulté le 5 février 2020)
  5. (en) Yosio Nakamura et Don L. Anderson, « Martian wind activity detected by a seismometer at Viking2 lander 2 site », Geophysical Research Letters,‎ , p. 4 (lire en ligne)
  6. Ralph D. Lorenz, Yosio Nakamura et James R. Murphy, « Viking-2 Seismometer Measurements on Mars: PDS Data Archive and Meteorological Applications », Earth and Space Science, vol. 4, no 11,‎ , p. 681–688 (DOI 10.1002/2017EA000306, Bibcode 2017E&SS....4..681L)
  7. « Mission InSight : Mars se dévoile | CNRS », sur www.cnrs.fr (consulté le 29 juillet 2021)
  8. « Les premiers résultats de la mission Insight sur Mars », sur France Culture (consulté le 26 février 2020).
  9. « La mission InSight épluche Mars », sur Journal du CNRS, (consulté le 28 juillet 2021)