La rhéologie et l'histoire thermique de Mars révélées par l'évolution orbitale de son satellite Phobos

A la différence de sa surface que l'on connait désormais relativement bien, les détails de la structure interne de Mars et de son évolution restent encore mal connus. Les indices d'une activité volcanique récente suggèrent que l’intérieur profond de la planète rouge reste chaud et se refroidit par convection. Sa vitesse de refroidissement est liée à son état thermique initial et à sa rhéologie qui détermine sa capacité à se déformer et à évoluer de manière dynamique. Ainsi, l’étude de l'évolution thermique de Mars, combinée aux observations disponibles, permet de reconstruire son histoire dynamique et sa structure actuelle. Toutefois, une telle approche est limitée par les interdépendances de plusieurs grandeurs clés faiblement contraintes (telles que la température, la composition et la rhéologie).

Satellite le plus proche de Mars, Phobos, pris en photo par la sonde spatiale Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) en 2008 (© NASA).

Une équipe de chercheurs de l’institut de physique du globe de Paris et du Jet Propulsion Laboratory révèle, dans un article paru dans la revue Nature, qu’il est possible de mieux comprendre l’histoire thermique et la rhéologie de Mars en considérant son satellite le plus proche, Phobos, dont l’évolution orbitale est régie par l’histoire thermochimique de la planète rouge, par le biais des interactions de marées. En exploitant ces relations, les scientifiques ont constaté que Mars était à l'origine légèrement plus chaude qu'aujourd'hui (100 à 200 K) et que son manteau se déformait lentement sous le régime de fluage par dislocation. Cela correspond à une viscosité de référence de 10^{22,2 ± 0,5} Pa s et à une sensibilité intrinsèque de viscosité à la température modérée à relativement faible (énergie d'activation de 280 ± 80 kJ/mol) et à la pression (volume d'activation <14 cm³/mol). Leur approche prédit une épaisseur moyenne de la croûte martienne de 40 ± 25 km et un flux de chaleur en surface de 20 ± 1 mW/m². La comparaison de ces prévisions avec les données à venir pourrait réduire ces incertitudes thermiques et rhéologiques.

En savoir plus :

H. Samuel, P. Lognonné, M. Panning & V. Lainey, The rheology and thermal history of Mars revealed by the orbital evolution of Phobos, Nature 569, 523–527 (2019), doi : 10.1038/s41586-019-1202-7