Déchiffrer l’impulsion magnétique de Mars et de la Lune
L’élucidation de la formation et de l’évolution des planètes au fil du temps est une entreprise de recherche complexe. La clé de cette énigme réside dans la compréhension des champs magnétiques des planètes, qui sont générés dans les profondeurs de leur noyau par un processus connu sous le nom de dynamo. L’étude de ces champs dynamo fournit des informations précieuses sur la structure, la composition et l’état thermique de l’intérieur profond d’une planète, donnant ainsi un aperçu de son histoire géologique. Mars et la Lune, qui font l’objet du projet PETRA, financé dans le cadre du programme Actions Marie Skłodowska-Curie, sont actuellement dépourvues de champ dynamo. Cependant, leurs croûtes, ou couches rocheuses supérieures, conservent une magnétisation, ce qui suggère qu’elles ont autrefois abrité un tel champ. «Le champ magnétique crustal, un champ secondaire provenant des roches magnétisées, ainsi que les mesures paléomagnétiques réalisées à partir d’expériences en laboratoire sur des échantillons de roches, constituent le cœur de la recherche de PETRA», explique Foteini Vervelidou, coordinatrice du projet. «En les étudiant dans le cadre de PETRA, nous avons cherché à circonscrire les propriétés des dynamos martiennes et lunaires.»
Le champ dynamo martien à l’étude
La chercheuse a effectué des tests paléomagnétiques sur neuf pierres appariées provenant de NWA 7034, une météorite martienne contenant des cristaux de zircon vieux de 4,4 milliards d’années. «Malheureusement, nos données montrent que ces échantillons ont été exposés à de puissants aimants à main, une méthode courante d’identification des météorites, ce qui a effacé leur histoire magnétique», souligne Foteini Vervelidou. «Nous avons mené une étude approfondie pour illustrer la manière dont les aimants à main détruisent des enregistrements magnétiques anciens et cruciaux, en utilisant la modélisation numérique et des expériences de remagnétisation contrôlée.» L’équipe est parvenue à acquérir et à mesurer des échantillons de neuf pierres appariées différentes et à mettre au point un protocole permettant de déterminer si un échantillon a été remagnétisé. Cela devrait permettre aux futures études d’éviter de mal interpréter les enregistrements magnétiques artificiels. «Malgré l’effacement de l’enregistrement magnétique primaire de la météorite martienne, il est toujours important d’examiner la capacité des zircons à préserver un enregistrement magnétique depuis leur cristallisation», note la chercheuse. «Nous avons lancé une étude à l’aide d’un microscope magnétique, qui se distingue par sa sensibilité exceptionnelle. Cette recherche facilitera l’analyse des échantillons collectés par le Rover Perseverance de la mission Mars 2020, en utilisant la capacité du microscope à cartographier les champs magnétiques avec une résolution spatiale de 300 μm.»
Le champ dynamo lunaire à l’étude
La chercheuse a également mené des études paléomagnétiques et magnétiques sur des échantillons lunaires provenant des missions Apollo 16 et 17. Couvrant une période de deux milliards d’années, ils ont mis en évidence des preuves irréfutables du magnétisme lunaire. «Nous avons constaté que les basaltes de mer lunaire datant de 3,7 Ga d’Apollo 17 étaient magnétisés par un champ magnétique uniforme d’environ 40 μT. En outre, un sous-échantillon portait deux signatures magnétiques distinctes, indiquant l’origine lunaire des enregistrements magnétiques de ces roches. Dans l’ensemble, ces résultats confirment l’hypothèse selon laquelle la Lune possédait autrefois un champ dynamo puissant», souligne Foteini Vervelidou. L’étude a par ailleurs permis de découvrir que le champ magnétique lunaire a considérablement diminué au fil du temps, pour atteindre près de 5 μT il y a 3,4 Ga, et peut-être même zéro il y a 1,7 Ga. À la lumière des études précédentes, qui ont estimé que le champ magnétique lunaire a duré jusqu’à il y a environ 1,5 Ga, ces résultats apportent des preuves en faveur d’un fonctionnement intermittent de la dynamo lunaire ou d’une dynamo dont l’intensité fluctuait dans le temps. «Nos travaux sur les basaltes d’Apollo 17 visaient à identifier d’éventuelles variations rapides de l’intensité du champ magnétique lunaire, mais nos résultats ne fournissent pas de telles preuves», explique encore la chercheuse. «Lorsque nous avons travaillé sur les brèches du régolithe d’Apollo 16, nous avons suivi un protocole de laboratoire différent, qui consistait à chauffer les roches dans une atmosphère contrôlée. Les résultats de cette étude ont fourni la première mesure absolue de l’intensité du champ dynamo lunaire il y a 3,4 Ga.» «Les méthodologies polyvalentes de PETRA peuvent être appliquées à n’importe quel corps terrestre, offrant ainsi des informations précieuses sur la formation et l’évolution des planètes. En optimisant la synergie entre les mesures effectuées par les engins spatiaux et les études en laboratoire, un objectif auquel PETRA a contribué, nous pouvons tirer pleinement parti des possibilités offertes par les missions en cours et à venir dirigées par l’ESA», conclut Foteini Vervelidou. Enfin, il convient de noter qu’une bande dessinée intitulée «The METEORITE who was TOO MAGNETIC», ou «la météorite qui était trop magnétique» en français, retraçant l’histoire géologique des planètes a été élaborée dans le cadre de PETRA.
Mots‑clés
PETRA, Mars, champ magnétique, champ dynamo, Lune, paléomagnétique, Apollo