Résumé :
Les scientifiques ont découvert qu'il pourrait y avoir une énorme différence de température à l'intérieur de Mars qui n'avait pas été reconnue auparavant : la température dans les profondeurs souterraines de l'hémisphère sud peut être de 200 à 400 degrés Celsius plus élevée que dans l'hémisphère nord, et une partie du manteau dans l'hémisphère sud peut être dans un état partiellement fondu. Cette découverte fournit non seulement de nouveaux indices pour expliquer les énormes différences géologiques de longue date entre les hémisphères nord et sud à la surface de Mars, mais pourrait également aider les scientifiques à recomprendre le champ magnétique primitif, le cycle de l’eau et l’histoire de l’évolution géologique de Mars.
La recherche a été dirigée par Alexander Byrne, ancien élève de Caltech. Byrne, qui a développé une méthode permettant d'utiliser de petits changements dans la gravité d'une planète pour déduire sa structure interne alors qu'il était doctorant à Caltech, a poursuivi ses études postdoctorales à l'Université de l'Arizona. Les résultats de la recherche ont été publiés dans la revue "Nature" le 26 août 2026.
L'une des caractéristiques les plus frappantes de Mars réside dans les différences extrêmement évidentes entre les hémisphères nord et sud. L'hémisphère sud est dominé par des plateaux, des montagnes et d'anciens cratères d'impact denses, et l'élévation globale de la surface est plus élevée ; l'hémisphère nord est principalement composé de plaines basses, plates et relativement jeunes. Les scientifiques connaissent depuis longtemps ce phénomène, connu sous le nom de « dichotomie crustale », mais la manière exacte dont se forme cette énorme différence n’a jamais été expliquée de manière satisfaisante.
Les dernières recherches montrent que cette différence nord-sud ne s'arrête pas à la surface de Mars, mais s'étend jusqu'aux profondeurs de Mars. Grâce à l'analyse des changements gravitationnels à l'intérieur de Mars, les chercheurs ont découvert que la structure interne du sous-sol dans l'hémisphère sud est également très différente en termes de propriétés thermiques de celle de l'hémisphère nord, et que sa température peut être de 200 à 400 degrés Celsius plus élevée.
Pour obtenir ce résultat, les chercheurs ne se sont pas appuyés sur les observations sismiques traditionnelles de Mars, mais ont utilisé une méthode appelée « tomographie des marées ». L’idée de base est similaire à celle d’un scanner médical, mais l’objet scanné n’est pas le corps humain, mais la totalité de Mars.
La gravité du soleil continuera d'agir sur Mars. Comme l'orbite de Mars est légèrement elliptique et que son axe de rotation est incliné, l'effet de marée exercé par le soleil sur Mars change avec le temps. Bien que Mars ne dispose pas d'eau liquide capable d'onduler de manière significative comme les océans de la Terre, la planète entière sera néanmoins sujette à des étirements et à des déformations extrêmement légers.
La température et l'état de la matière à l'intérieur de Mars affecteront cette déformation. Les roches froides et dures sont moins susceptibles de se déformer, tandis que les roches chaudes, molles ou même partiellement fondues sont plus susceptibles d'être modifiées par les forces de marée. Par conséquent, tant que nous pouvons mesurer avec précision la petite réponse de Mars sous l’action des marées, nous pouvons à notre tour déduire l’état et la température de ses matériaux souterrains.
Le problème est que cette déformation est trop petite pour être directement observée. Mais lorsque Mars se déforme, son champ gravitationnel produira également des changements extrêmement faibles, et un détecteur en orbite autour de Mars peut indirectement enregistrer cette différence gravitationnelle par le biais de changements subtils dans sa propre vitesse.
L'équipe de recherche a donc récupéré les données de suivi radio accumulées par plusieurs orbiteurs martiens au fil des décennies, notamment le Mars Global Surveyor lancé en 1996, le Mars Odyssey lancé en 2001 et le Mars Reconnaissance Orbiter lancé en 2005. En analysant les petites perturbations gravitationnelles de la vitesse de ces sondes au cours de leur fonctionnement à long terme, les chercheurs ont reconstruit les changements dans le champ gravitationnel de Mars au fil du temps.
Après avoir effectué une analyse de « tomographie des marées » sur ces données, les chercheurs ont finalement obtenu un modèle de la structure tridimensionnelle de l'intérieur de Mars et ont découvert qu'il existe d'importantes asymétries thermiques dans le sous-sol des hémisphères nord et sud.
Cette découverte pourrait également expliquer deux autres mystères de longue date concernant Mars.
Le premier mystère est lié au champ magnétique de Mars. Mars d'aujourd'hui ne possède plus un champ magnétique global aussi puissant que celui de la Terre, mais des traces de magnétisation locale très fortes sont préservées dans l'ancienne croûte de l'hémisphère sud de Mars. On pense que ces anomalies magnétiques sont des reliques de l’existence précoce d’un champ magnétique global sur Mars et signifient également que Mars possédait autrefois un mécanisme générateur capable de générer un champ magnétique global.
L'hémisphère sud de Mars regorge d'une telle croûte magnétisée, tandis que son hémisphère nord est visiblement dépourvu de structures similaires, une différence qui a longtemps été déroutante. Si le manteau dans l'hémisphère sud de Mars a une histoire thermique complètement différente, cela pourrait aider à expliquer pourquoi les anciens enregistrements magnétiques de Mars montrent une distribution aussi asymétrique entre les côtés nord et sud.
Le deuxième mystère vient de la mission InSight de la NASA. Le sismomètre porté par InSight a observé en permanence l'intérieur de Mars. Les chercheurs ont découvert que lorsque les ondes sismiques se propagent dans la région sud de Mars, le taux de perte d’énergie est nettement plus élevé que dans la région nord.
Les roches à haute température sont généralement plus molles que les roches à basse température et plus susceptibles d'absorber l'énergie des ondes sismiques. S’il existe effectivement un manteau souterrain à haute température, voire partiellement fondu, dans l’hémisphère sud, alors cet environnement peut expliquer l’atténuation anormale des ondes sismiques précédemment observée par InSight.
Cela signifie que plusieurs mystères de Mars apparemment sans rapport – les différences géologiques entre les hémisphères nord et sud, la magnétisation anormale de l'hémisphère sud et l'atténuation plus rapide des ondes sismiques dans le sud – peuvent désormais tous indiquer le même facteur caché : un intérieur plus chaud et plus doux sous l'hémisphère sud de Mars.
Les chercheurs pensent également que ce résultat pourrait être lié à l'environnement aquatique passé de Mars. Les énormes différences topographiques entre les hémisphères nord et sud de Mars déterminent non seulement le paysage de surface actuel, mais peuvent également influencer la formation d'anciens bassins et la manière dont l'eau s'écoule et s'accumule à la surface de Mars. Comprendre cette différence nord-sud aidera les scientifiques à mieux déterminer d'où vient l'eau passée de Mars, où elle coulait et quelles zones pourraient avoir eu de l'eau liquide pendant longtemps.
Cela est également utile pour déterminer si Mars possédait un environnement propice à la vie dans le passé. Mars a peut-être eu une atmosphère plus épaisse, un climat plus chaud et une grande quantité d’eau de surface à ses débuts, et ces conditions sont étroitement liées aux activités géologiques à l’intérieur de Mars. Si l'heure et la cause de la formation des structures thermiques souterraines dans les hémisphères nord et sud peuvent être déterminées, il sera peut-être possible de reconstruire davantage le processus d'évolution progressive de Mars, d'une jeune planète plus active et potentiellement habitable vers le monde froid et sec qu'elle est aujourd'hui.
Cependant, les chercheurs sont toujours incapables de répondre à la question la plus critique : qu'est-ce qui rend l'intérieur de l'hémisphère sud de Mars si chaud ?
Il existe au moins plusieurs explications possibles. Une possibilité est qu’un impact massif se soit produit au début de Mars. Un objet géant impactant Mars aurait pu modifier sa structure thermique interne et créer un immense bassin de plaine dans l’hémisphère nord, provoquant les différences observées aujourd’hui entre les hémisphères nord et sud.
Une autre possibilité est qu'une convection interne asymétrique se soit produite autrefois dans le manteau martien. La matière chaude à l’intérieur de la planète va monter et la matière refroidie va couler. Ce processus de convection ne maintient pas toujours une symétrie parfaite. Si le manteau de l’hémisphère sud de Mars maintient une structure de convection particulière pendant une longue période, cela pourrait entraîner une accumulation continue de chaleur à cet endroit.
La troisième possibilité est liée à la composition des matériaux souterrains. Si des structures géologiques riches en éléments radioactifs existent au plus profond de l’hémisphère sud, ces éléments continueraient à dégager de la chaleur au cours de leur désintégration à long terme et pourraient maintenir les régions souterraines anormalement chaudes. Dans le même temps, s’il existe des structures géologiques épaisses au-dessus qui empêchent le dégagement de chaleur, la chaleur peut rester emprisonnée sous terre pendant une longue période.
Aucune explication n'a encore reçu de preuves concluantes. Les chercheurs ont déclaré que la prochaine étape consisterait à combiner davantage de données sismiques, gravitationnelles et géologiques de la surface martienne pour déterminer davantage à quel stade de l’histoire de Mars cette anomalie thermique s’est formée et si elle est apparue en même temps que la dichotomie topographique nord-sud.
Cette étude démontre également la valeur de l'accumulation à long terme de données de détection. Le Mars Global Surveyor a été lancé dès 1996 et a terminé sa mission en 2006, mais les données collectées cette année-là peuvent encore être utilisées pour résoudre des questions pointues sur la structure interne de Mars. En réanalysant des observations datant de plusieurs décennies, les chercheurs ont obtenu de nouveaux résultats scientifiques qui n'auraient peut-être pas été anticipés lors de la phase de conception de la mission.
S'il peut être confirmé à l'avenir qu'il existe des zones souterraines à grande échelle à haute température ou même partiellement en fusion dans l'hémisphère sud de Mars, cela signifiera que l'intérieur de Mars est bien plus inégal qu'on ne le pensait auparavant. Pour cette planète apparemment « morte », d’énormes différences thermodynamiques se cachent peut-être dans ses profondeurs, et ce mystère de température de 200 à 400 degrés Celsius pourrait être une clé importante pour comprendre la formation, l’évolution et l’ancien environnement habitable de Mars.
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