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Paris, 14 janvier 2004
Comment expliquer les contrastes magnétiques sur Mars
La carte de la rémanence magnétique de Mars est très contrastée. Dans la zone sud pourtant aimantée, il n'y en a plus trace autour des deux cratères géants Hellas et Argyre. Les géophysiciens Pierre Rochette, du CEREGE(1) (CNRS et Université d'Aix Marseille 3) et Lon Hood de l'Université d'Arizona aux Etats-Unis, en association avec les physiciens Gérard Fillion et Rafik Ballou du Laboratoire CNRS Louis Néel et Bachir Ouladdiaf de l'Institut Laue-Langevin à Grenoble, expliquent cette particularité dans la revue EOS de décembre 2003. Lors de l'impact créant l'Argyre et le Hellas, les minéraux soumis à de fortes pressions, ont connu un phénomène physique de transition de phase qui leur ont fait perdre leur magnétisme.
Il y a quatre milliards d'années existait sur Mars un champ magnétique probablement similaire à celui de la Terre, dont il ne reste aujourd'hui qu'une trace fossile. Les roches, grâce à des minéraux dotés de propriétés magnétiques, ont emprisonné en leur sein le champ magnétique qui prévalait à l'époque de leur formation. L'exploration récente du système solaire a révélé la présence d'une structure cristalline magnétique complexe sur Mars. La carte, établie en 1997 d'après les mesures de la sonde américaine Mars Global Surveyor, montre que les champs magnétiques fossiles sont localisés dans certaines régions de la croûte martienne et sont très contrastés.
Ainsi, il existe une forte aimantation de la croûte martienne sud. Dans ce même hémisphère, une zone non aimantée entoure les deux bassins de l'Argyre et du Hellas, deux cratères d'impact géant. La dichotomie Nord-Sud du magnétisme peut être interprétée par l'arrêt de la dynamo martienne avant la formation de la jeune croûte (qui est aussi la plus fine) au Nord, comme l'illustre le dôme du Tharsis. D'autre part, il n'y a pas de différence apparente dans la plus vieille croûte, sur les terres profondément cratérisées du Noachian au Sud, entre la croûte magnétisée et celle qui ne lest pas. Est-ce en raison de l'influence de la proximité des bassins géants d'impact Hellas et Argyre, si ces impacts sont intervenus après l'arrêt de la dynamo? Dans ce cas, quel mécanisme peut démagnétiser la croûte à des distances de plusieurs rayons des cratères? Ce mécanisme ne peut être thermique, car le réchauffement induit par l'impact est trop limité à une telle distance ; il doit être lié à la pression.
Un candidat minéral porteur du magnétisme résiduel cristallin de Mars est le sulfure de fer ferrimagnétique Fe7S8, appelé pyrrhotite. Ce minéral présente une transition vers un état non-magnétique à pression modérée entre 1 GPa (Giga Pascal(2)) et 5 GPa, mais la pression de transition a été mal cernée par les précédentes études. Ainsi, pour tester quantitativement l'hypothèse d'une désaimantation par impact autour du Hellas et de l'Argyre, il a été nécessaire de déterminer précisément la pression à laquelle le magnétisme disparaît, d'obtenir des données sur la rémanence par rapport à la pression et enfin de calculer le pic de pression par rapport à la distance autour des deux bassins géants d'impact. Les scientifiques ont privilégié une nouvelle approche basée sur la diffraction de neutrons, qui permet de sonder non seulement les ordres cristallins comme la diffraction des rayons X mais aussi les ordres magnétiques. Cette expérience a été effectuée à Grenoble sur ces échantillons, analogue terrestre de la pyrrhotite martienne, auprès du réacteur à haut flux de neutrons de l'Institut Laue-Langevin (ILL). Ce très grand instrument européen, équipé de nombreux diffractomètres et spectromètres, bien connu des physiciens, n'était jusque-là pas utilisé par les sciences de l'Univers en France. Une désaimantation totale est obtenue entre 2,75 et 3 GPa tandis que les calculs des chercheurs montrent que la courbe isobare de 3 Gpa, dessinant la pression maximale de l'onde de choc de l'impact, correspond approximativement à la limite entre les zones magnétique et non magnétique de la croûte du Noachien.
Ces premiers résultats (à poursuivre par le calcul des pressions de choc en fonction de la profondeur et de la distance radiale) confortent l'hypothèse de la pyrrhotite comme minéral responsable de la rémanence martienne. Le contraste entre le Noachian magnétique et non magnétique n'implique pas une histoire de l'avant impact différente, contrairement aux précédentes interprétations, invoquant la formation de croûte océanique dans les zones aimantées. La désaimantation par impact de la pyrrhotite supposée présente dans la croûte martienne, aide à comprendre la carte du magnétisme global, mais elle a aussi des implications dans les signaux paléomagnétiques des météorites martiennes. Toutes les météorites martiennes ont été marquées par des pressions au-dessus de 3 GPa et leur rémanence est le plus souvent portée par la pyrrhotite. C'est pourquoi l'absence de forte rémanence dans ces roches est la preuve du manque de champ magnétique au moment de l'impact et non pas au moment de la cristallisation des roches.
Ces travaux ont reçu le soutien du programme national de planétologie (INSU-CNES).
Notes :
(1) CEREGE : Centre européen de recherche et d'enseignement de géosciences de l'environnement
(2) La pression est exprimée en Pascal : un Pascal correspond à la pression exercée par une force de 1 newton sur une surface de 1 m2. 1 Giga = 109
Références :
Impact demagnetization by phase transition on Mars, EOS, vol. 84, n° 50, 16 dec. 2003, Pierre Rochette, CEREGE, CNRS Université dAix-Marseille III, Aix-en-Provence, France; Lon Hood, Lunar and Planetory Laboratory, University of Arizona, Tucson, Gérard Fillion and Rafik Ballou Laboratoire Louis Néel CNRS, Grenoble, France, and Bachir Ouladdiaf, Institut Laue-Langevin, Grenoble, France
Contacts :
Contacts chercheurs :
Pierre Rochette 04 42 97 15 62 rochette@cerege.fr
Rafik Ballou 04 76 88 79 18 ballou@grenoble.cnrs.fr
Contacts communication :
Département des Sciences de l'Univers du CNRS : Christiane Grappin 01 44 96 43 37 christiane.grappin@cnrs-dir.fr
Département des Sciences physiques et mathématiques du CNRS : Frédérique Laubenheimer 01 44 96 42 63 frederique.laubenheimer@cnrs-dir.fr
Contact presse :
Magali Sarazin 01 44 96 46 06
magali.sarazin@cnrs-dir.fr
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