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La croûte superficielle des planètes rocheuses : lien entre intérieur et atmosphère

 

L’étude des sous-surfaces planétaires au Pôle Système Solaire concerne de nombreux aspects des interactions subsurface-atmosphère sur la planète Mars : recherche et caractérisation de l’eau dans la subsurface, étude des échanges gazeux entre la subsurface et l’atmosphère, étude du dégazage passé et présent, histoire de l’altération chimique à la surface de la planète… Elle implique aussi des laboratoires des Sciences de la Terre, sur le campus de Jussieu : MAGIE, SISYPHE et dans le sud francilien : IDES , IRSN (Institut de Radioprotection et Sûreté Nucléaire). Ces collaborations, toutes récentes et de nature interdisciplinaire, se sont développées autour de techniques expérimentales d’intérêt, utilisées pour l’étude de la Terre dans le domaine des géosciences (sondage radar, électrique, chimique…) et qui doivent être maintenant transposées à l’étude des planètes, ce qui nécessite un travail d’adaptation aux contraintes spatiales : miniaturisation, automatisation, qualification spatiale. Le travail scientifique de modélisation des milieux étudiés, en vue de préparer l’interprétation des données, est généralement encore en phase de démarrage.


 

Des quantités d’eau importantes sont piégées dans la subsurface martienne, sous forme de glace (pergelisol) et peut-être d’eau liquide à une certaine profondeur. Caractériser ces réservoirs en termes d’état physique, profondeur, volume est important pour reconstituer l’histoire de l’hydrosphère martienne, évaluer la part d’eau qui s’est échappée vers l’espace et celle qui a été piégée, comprendre pourquoi Mars a pu éventuellement abriter la vie, malgré son évolution ultérieure vers la désertification. Le LATMOS, en coopération avec l’IDES, développe un radar qui sera embarqué sur la mission Exomars de l’ESA (2013). Ce radar est double : un radar à faible profondeur de pénétration (WISDOM) sur le rover, un radar à profondeur de pénétration kilométrique (EISS) sur la station géophysique, avec la possibilité de travailler en mode bistatique, en effectuant une coupe transversale entre la station et le rover sur des distances kilométriques.


 

Au delà, plusieurs projets sont en phase d’étude pour une possible mission de réseau géophysique de l’ESA (MSR-NET, 2015). Avec les laboratoires SISYPHE et MAGIE, le LATMOS s’intéresse à la caractérisation par sondage électrique des propriétés physiques de la subsurface (porosité, conductivité), complétée par la susceptibilimétrie magnétique, pratiquée par le CEREGE (Aix-en-Provence), permettant de caractériser les phases oxydées du fer. Avec le LISA, le LATMOS compte également rechercher dans la subsurface les oxydants gazeux adsorbés (H2O2, O3) par l’utilisation de capteurs électrochimiques montés sur une « taupe » (fournie par le DLR allemand) pénétrant le régolithe jusqu’à cinq mètres de profondeur. Caractériser l’épaisseur de la couche oxydée est en effet crucial pour préparer le retour d’échantillons martiens, en fournissant la profondeur au dessous de laquelle creuser pour exhumer des matériaux organiques non altérés.


 

Des mesures récentes suggèrent, sans la démontrer, la présence d’un volcanisme résiduel, ou d’un dégazage dû à l’hydrothermalisme. La possible détection du méthane à partir de la sonde Mars-Express et d’observations terrestres, est encore controversée. La détection récente du polonium dans les spectres de l’APXS des rover MER , et l’interprétation en cours des spectres gamma obtenus par l’instrument GRS de l’orbiter Mars-Odyssey , suggèrent la présence de radon dans l’atmosphère. L’instrument SPHIR du LATMOS et du BIRA-IASB (Bruxelles), spectromètre infrarouge à haute résolution spectrale dédié à la mesure du méthane, est proposé pour la mission TGE de la NASA (l’une des deux missions en compétition pour Scout 2013). Dans le cadre d’une coopération entre le LATMOS et l’IRSN, un instrument spécifique dédié à l’observation in-situ du radon par spectrométrie alpha est à l’étude. Le LMD, en coopération avec le LERMA , prévoit de s’impliquer dans un spectromètre micro-onde destiné notamment à la recherche des composés soufrés dans l’atmosphère. Tous ces instruments pourraient faire partie des charges utiles de l’orbiter et des stations de surface de la mission MSR-NET.

Auteur : Eric Chassefière
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