Connaître la composition du sous-sol des planètes

Pierre Thomas

ENS Lyon - Laboratoire des Sciences de la Terre

Emmanuelle Cecchi

Benoît Urgelli

ENS Lyon / DGESCO

13/07/2000

Résumé

Méthodes d'étude de la composition du sous-sol des planètes telluriques.


La question

« Comment peut on connaître avec certitude la composition du sous-sol des différentes planètes telluriques? »

La réponse

Composition des roches en surface

On connaît la composition superficielle de la Lune, Mars et Vénus par exploration de la surface.

Par des cosmonautes qui ont ramené des échantillons de la Lune (six missions américaines Appolo, deux missions soviétiques Luna).

Figure 1. Astronaute d'une mission Apollo

Astronaute d'une mission Apollo

Figure 2. Véhicule lunaire

Véhicule lunaire

Figure 3. Véhicule lunaire

Véhicule lunaire

Figure 4. Échantillon lunaire

Échantillon lunaire

Par sondes automatiques et analyses in situ sur Mars (deux sondes Viking et Mars Pathfinder) et Vénus (sondes Venera et Vega).

Figure 5. Sonde Viking

Sonde Viking

Figure 6. Mars Pathfinder

Mars Pathfinder

Figure 7. Mission Venera

Mission Venera

Sur la Lune , la surface montre toujours la présence de roches magmatiques (basalte, anorthosites ...)

Sur Mars et Vénus , la composition chimique obtenue par analyse automatique (fluorescence X, ....) est compatible avec des roches volcaniques plus ou moins altérées par de l'eau acide riche en sulfate (basalte, andésite, phonolite ...). 'observation des images satellitales de la surface de ces planètes montre que ces sondes ont analysées des roches à proximité d'appareils volcaniques parfaitement reconnaissables. Trouver des roches de compositions chimiques de basalte sur le flanc d'une montagne qui ressemble à un volcan est plutôt convaincant. Ces mêmes images montrent que les sondes ne se sont pas posées sur des sites exceptionnels mais des sites très représentatifs de la surface des différentes planètes.

Pour Mercure , il n'existe pas d'analyses in situ , mais seulement des analyses spectrales, compatibles avec la présence de silicates en surface, et des données morphologiques (plaines de laves, figures ressemblant à des fissures volcaniques émissives,...) suggérant aussi la présence de roches magmatiques.

Composition des roches du sous-sol

Il n'y a évidement pas de sondages, mais à partir de données objectives suivantes, on peut en déduire raisonnablement des informations sur la nature du sous-sol des planètes telluriques.

  • La densité globale de la planète et son moment d'inertie (mesures astronomiques) indiquent une masse volumique voisine de 3 à 4 g/cm3 pour la moitié superficielle du rayon planétaire, densité 8-10 pour en dessous.
  • La profondeur de la planète a "produit" du basalte... et le seul corps qui produit du basalte par fusion partielle, c'est un mélange olivine-pyroxène-silicate alumineux (du type spinelle, plagioclase ou grenat ...), c'est-à-dire une péridotite.
  • On dispose de nombreux arguments permettant de penser que les planètes telluriques viennent de la différenciation d'un corps d'origine chondritique, dont les constituants majoritaires sont le fer, l'olivine et le pyroxène (plus des minéraux plus ou moins hydratés et carbonés).
  • Enfin, certaines météorites, fragments de gros corps pulvérisés à la suite d'une collision, sont faites de basaltes, gabbros, pyroxènolites, fer ...

Toutes ces données permettent donc de penser que la seule composition "raisonnable" du sous sol des planètes telluriques est une croûte faite de roches magmatiques, surmontant un manteau péridotitique ou pyroxènolitique, surmontant lui même un noyau ferreux.