Le 26 novembre 2018, l'atterrisseur InSight de la NASA s'est posé avec succès sur Mars dans la région d'Elysium Planitia. Soixante-dix jours martiens plus tard, le sismomètre de la mission SEIS a commencé à enregistrer les vibrations de la planète. Une équipe de chercheurs et d'ingénieurs de l'ETH Zurich, dirigé par le professeur de l'ETH Domenico Giardini, avait livré l'électronique de commande SEIS et est responsable du service Marsquake. Ce dernier est en charge de l'interprétation quotidienne des données transmises depuis Mars, en collaboration avec le Service sismologique suisse de l'ETH Zurich. Maintenant, le journal Géosciences de la nature a publié une série d'articles sur les résultats de la mission dans les premiers mois d'opération sur Mars.

Comme indiqué dans ces articles, InSight a enregistré 174 événements jusqu'à fin septembre 2019. Depuis lors, les mesures se sont poursuivies conduisant à plus de 450 tremblements de terre observés à ce jour, qui n'ont pas encore été analysés en détail. Cela représente en moyenne un événement par jour.

Les données permettent aux chercheurs d'observer comment les ondes sismiques se déplacent à travers la planète et de dévoiler ses caractéristiques internes, de la même manière que les rayons X sont utilisés en tomographie médicale. Avant l'atterrissage d'InSight, les chercheurs avaient développé un large éventail de modèles possibles pour représenter la structure interne de la planète rouge. Les tremblements de terre enregistrés, déjà après quelques mois, permettent d'affiner la compréhension de la structure de la planète et de réduire les incertitudes.

L'interprétation des données sur les séismes est un défi

Les tremblements de Mars sont similaires aux événements sismiques que nous voyons sur Terre, bien qu'elles soient généralement de moindre ampleur. Les 174 séismes enregistrés peuvent être classés en deux familles :L'une comprend 24 événements de basse fréquence avec des magnitudes comprises entre 3 et 4, comme documenté dans les journaux, avec des vagues se propageant à travers le manteau martien. Une deuxième famille de séismes comprend 150 événements de magnitudes plus faibles, une profondeur hypocentrale moins profonde et des ondes à haute fréquence piégées dans la croûte martienne.

"Les séismes ont des caractéristiques déjà observées sur la Lune à l'époque d'Apollo, avec une longue durée de signal (10 à 20 minutes) en raison des propriétés diffusantes de la croûte martienne, " explique le professeur de l'ETH Giardini. En général, cependant, il dit, l'interprétation des données sur les séismes est très difficile et dans la plupart des cas, il est seulement possible d'identifier la distance mais pas la direction d'où arrivent les vagues.

InSight a atterri sur une mince, couche de sable

InSight ouvre une nouvelle ère pour la sismologie planétaire. La performance SEIS a dépassé les attentes jusqu'à présent, compte tenu des conditions difficiles sur Mars, caractérisé par des températures allant de moins 80 à 0 degrés Celsius chaque jour et par de fortes oscillations du vent. En effet le vent secoue l'atterrisseur InSight et son instrumentation pendant la journée entraînant un niveau de bruit ambiant élevé. Cependant, au coucher du soleil, les vents se calment permettant d'enregistrer les données sismiques les plus silencieuses jamais recueillies dans le système solaire. Par conséquent, la plupart des événements sismiques détectés sur Mars par SEIS se sont produits pendant les heures calmes de la nuit. L'environnement difficile nécessite également de distinguer soigneusement les événements sismiques et les signaux provenant des mouvements de l'atterrisseur, d'autres instruments ou des perturbations induites par l'atmosphère.

Le martèlement par l'instrument HP3 (une autre expérience InSight) et le passage rapproché de tourbillons (dust devils), enregistré par SEIS, permettent de cartographier les propriétés physiques des couches de sol peu profondes juste en dessous de la station. Nous savons maintenant que SEIS a atterri sur une mince, couche sableuse atteignant quelques mètres de profondeur, au milieu d'un ancien cratère d'impact de 20 mètres de large. A de plus grandes profondeurs, la croûte martienne a des propriétés comparables aux massifs cristallins de la Terre mais semble être plus fracturée. La propagation des ondes sismiques suggère que le manteau supérieur a une atténuation plus forte par rapport au manteau inférieur.

Activité sismique également induite par le stress tectonique

InSight a atterri dans une région plutôt calme de Mars, car aucun événement à proximité de la gare n'a été enregistré jusqu'à présent. Les trois événements les plus importants se sont déroulés dans la région de Cerberus Fossae à environ 1'500 km. C'est un système de graben tectonique, causé par le poids de l'Elysium Mons, le plus grand volcan de la région d'Elysium Planitia. Cela fournit des preuves solides que l'activité sismique sur Mars n'est pas seulement une conséquence du refroidissement et donc du rétrécissement de la planète, mais également induite par le stress tectonique. L'énergie sismique totale libérée sur Mars se situe entre celle de la Terre et celle de la Lune.

SEIS, complémentaire aux autres mesures InSight, a également contribué de manière significative aux données pour mieux comprendre les processus météorologiques sur Mars. La sensibilité de l'instrument au vent et à la pression atmosphérique a permis d'identifier les phénomènes météorologiques caractéristiques de Mars, y compris les nombreux diables de poussière qui passent par le vaisseau spatial chaque après-midi.