Des chercheurs de l’ULB mettent en évidence un « mantle overturn » lors des 1ers stades de formation de la planète mars.
Le Département des Sciences de la Terre et de l’Environnement - Faculté des sciences de l’Université libre de Bruxelles a mis en évidence l’existence d’un « mantle overturn » lors des premiers stades de formation de la planète Mars. S’appuyant sur deux outils différents (géochimie et modélisation numérique), leur recherche coordonnée par Vinciane DEBAILLE, chargé de recherche FNRS à l’ULB, est publiée dans la revue Nature Geosciences du mois d’août.
Qu’est ce qu’un « mantle overturn » ? Lorsqu’une planète de type terrestre (c'est-à-dire rocheuse) se forme, elle est une boule de magma (= un océan magmatique). Contrairement à ce qu’on pense souvent, la croûte terrestre ne flotte pas sur du magma.
En effet, le manteau terrestre est bel et bien solide ; visqueux, mais solide, tel de la plasticine. Mais ce n’était pas le cas au début de la formation du système solaire, quand l’énergie libérée par l’accrétion des planètes (c'est-à-dire l’assemblage d’astéroïdes formant des planètes de plus en plus grosses) a permis aux planètes d’être complètement fondues.
Lorsque cet océan magmatique cristallise, toujours de la base vers le haut, les premiers cumulats formés, à la base du manteau, sont riches en Mg. Au fur et à mesure de la cristallisation, les liquides résiduels sont enrichis en Fe et sont plus denses que les premiers cumulats riches en Mg. Un gradient de densité instable apparaît (cumulats plus lourds en haut), qui peut résulter en un « mantle overturn », c'est-à-dire une inversion à très large échelle des cumulats, afin de rétablir un gradient de densité stable.
Cette inversion de cumulats est prédite de manière théorique, mais, sous la direction de l’ULB, les chercheurs proposent que la signature géochimique particulière des nakhlites, une variété de météorites martiennes, ne puisse être expliquée que par un « mantle overturn ». En effet, leur signature géochimique nécessite que du grenat, un minéral dense courant dans le manteau des planètes, ait été extrait de la source des nakhlites. Pour que ce soit possible, il faut que la source des nakhlites ait été refondue de manière intense après avoir cristallisé.
Les chercheurs suggèrent que cela est possible lors d’un mantle overturn
En effet, les cumulats profonds qui remontent brusquement vont fondre par décompression adiabatique, c'est-à-dire sans apport de chaleur, mais juste avec la décompression subie. Un modèle numérique a donc été développé pour tester cette hypothèse (voir figure cidessous).Le résultat indique qu’en effet, certaines portions du manteau martien peuvent fondre jusqu'à 65% lors d’un mantle overturn, ce qui est amplement suffisant pour réduire leur viscosité et ainsi permettre l’extraction de grenat par gravité.
Evolution du manteau martien pendant un “mantle overturn”
Les cumulats denses situés au sommet du manteau tombent par gravité tandis que les cumulats moins denses situés à la base du manteau remontent et fondent par décompression adiabatique. L’échelle de couleur varie de bleu (0% de fusion) jusqu’à rouge (65% de fusion). Les contours représentent 50% de fusion (noir) et 60% (rouge)
Les nakhlites apportent donc la preuve de l’existence d’un « mantle overturn » majeur dans l’histoire de Mars. De manière intéressante, les chercheurs ont estimé que cet événement s’est produit ~100 Myr après la formation de Mars. Etant donné que le mantle overturn se produit juste à la fin de la solidification de la planète, ce résultat rejoint de manière indépendante le résultat d’une étude précédente (Debaille et al., 2007) dans laquelle la fin de la solidification de Mars avait été estimée à 100 Myr.
Il semble donc que la solidification des planètes et le mantle overturn en résultant ait été un processus plus tardif que précédemment proposé (<30 Myr).
