La signature magn¨¦tique : statut thermique et magmatique d¡¯une plan¨¨te ?
Communiqu¨¦ de presse.
La plan¨¨te Mercure, Herm¨¨s en grec, pr¨¦sente un champ magn¨¦tique tr¨¨s faible, ¨¦quivalent ¨¤ 1 % du champ magn¨¦tique terrestre en intensit¨¦. L¡¯¨¦tat actuel des connaissances, selon lesquelles cette plan¨¨te ne devrait plus ¨¦mettre de champ magn¨¦tique, peine ¨¤ expliquer cette particularit¨¦. Des chercheurs du Laboratoire Magmas et Volcans (CNRS ¨C IRD ¨C Universit¨¦ Clermont Auvergne) se sont int¨¦ress¨¦s ¨¤ cette ? singularit¨¦ ? et ont travaill¨¦ sur les propri¨¦t¨¦s thermiques, notamment la conduction de la chaleur, des roches susceptibles de composer le manteau herm¨¦en. Leurs travaux de recherche ont mis en ¨¦vidence un lien entre la pr¨¦sence et l¡¯intensit¨¦ du champ magn¨¦tique et l¡¯¨¦tat physique interne de la plan¨¨te (solide, liquide ou partiellement fondu). Ces r¨¦sultats ont fait l¡¯objet d¡¯une publication dans la revue Physics of the Earth and Planetary Interiors en mars 2021.
Le champ magn¨¦tique des plan¨¨tes : une histoire de convection, mais pas que ?
Le champ magn¨¦tique terrestre, gr?ce auquel la vie est possible sur la plan¨¨te, est principalement d? aux mouvements de convection du noyau m¨¦tallique liquide et de son ¨¦pais manteau rocheux, permettant ainsi une ¨¦vacuation efficace de la chaleur. Le refroidissement intense des parties internes de la Terre et la convection vigoureuse du noyau m¨¦tallique induite, sont en fait, les moteurs de la dynamo terrestre. En revanche, Mercure poss¨¨de un tr¨¨s fin manteau rocheux surplombant un large noyau m¨¦tallique. Une caract¨¦ristique h¨¦rit¨¦e de sa formation ¨¤ proximit¨¦ du soleil o¨´ les poussi¨¨res et m¨¦t¨¦orites seraient appauvries en fraction rocheuse. L¡¯¨¦vacuation de la chaleur ne peut alors se faire que par conduction, un syst¨¨me peu efficace, qui fait que le noyau se trouve isol¨¦ (refroidissement lent), ne circule pas vigoureusement, et n¡¯engendre donc pas d¡¯effet dynamo. On s¡¯attendrait donc ¨¤ ce qu¡¯aucun champ magn¨¦tique ne soit enregistr¨¦ sur Mercure. Or, il existe bel et bien un champ magn¨¦tique faible mesur¨¦ par les missions spatiales Mariner 10, Messenger et BepiColombo.
La litt¨¦rature scientifique propose diff¨¦rentes solutions pour expliquer les observations actuelles : un noyau peu conductif, des couches de graphite entre le noyau et le manteau, la pr¨¦sence de magmas (maintenant ou plus t?t dans l'histoire de la plan¨¨te) etc. mais il n¡¯existe aucune donn¨¦e de conductivit¨¦ thermique ¨¤ pression et temp¨¦rature r¨¦alistes pour le manteau de Mercure ni m¨ºme des donn¨¦es sur les magmas (roches liquides et solides partiellement fondus).
Des chercheurs du Laboratoire Magmas et Volcans (LMV, CNRS ¨C IRD ¨C Universit¨¦ Clermont Auvergne) se sont pench¨¦s sur les propri¨¦t¨¦s thermiques du manteau de Mercure.
Exp¨¦riences en laboratoire et mod¨¨les de calculs : l¡¯¨¦tat int¨¦rieur de Mercure
Les scientifiques ont reproduit en laboratoire les conditions du manteau de la plan¨¨te Mercure, rocheux, peu ¨¦pais, une pression ¨¦quivalente ¨¤ 20 000 fois la pression atmosph¨¦rique terrestre, et une temp¨¦rature de 1 700 Kelvin. Gr?ce ¨¤ une nouvelle m¨¦thode exp¨¦rimentale, ils ont pu ainsi ¨¦tudier la conductivit¨¦ thermique des mat¨¦riaux pouvant constituer le manteau herm¨¦en : roches solides, roches fondues et partiellement fondues. Les ¨¦chantillons fondus r¨¦v¨¨lent des conductivit¨¦s thermiques beaucoup plus faibles que les ¨¦chantillons solides avec presque un ordre de grandeur de diff¨¦rence. Ceux partiellement fondus se situent entre les deux, leurs conductivit¨¦s d¨¦pendent des conductivit¨¦s des composants solides et liquides, de leur proportion relative mais aussi de leur disposition dans l¡¯espace : des gouttes de magmas isol¨¦es sont moins isolantes que de fins chenaux percolant entre les grains. En utilisant ces r¨¦sultats dans des mod¨¦lisations pr¨¦visionnelles des flux de chaleurs, les chercheurs d¨¦montrent que la pr¨¦sence partielle de mat¨¦riel fondu pourrait r¨¦duire consid¨¦rablement la capacit¨¦ du manteau ¨¤ ¨¦vacuer la chaleur du noyau et peut ainsi limiter, emp¨ºcher ou affecter la pr¨¦sence d'un champ magn¨¦tique plan¨¦taire. Ces mod¨¨les plus complets permettent non seulement de mieux comprendre Mercure et son refroidissement, mais permettent aussi de pr¨¦dire les signatures magn¨¦tiques d¡¯exoplan¨¨tes aux caract¨¦ristiques similaires.
Le fait d¡¯enregistrer un champ magn¨¦tique sur Mercure laisse penser que son manteau actuel est donc solide. Les futures observations de plan¨¨tes de type Mercure accr¨¦t¨¦es pr¨¨s de leur ¨¦toile et les d¨¦tections de leurs signatures magn¨¦tiques pourraient fournir des informations sur leur ¨¦tat int¨¦rieur et leurs historiques en termes de fusion partielle et magmatisme.
Source :
Ces travaux ont fait l¡¯objet d¡¯une publication dans la revue Physics of the Earth and Planetary Interiors : D. Freitas, J. Monteux, D. Andrault, G. Manthilake, A. Mathieu, F. Schiavi, N. Cluzel, Thermal conductivities of solid and molten silicates: Implications for dynamos in mercury-like proto-planets,
Physics of the Earth and Planetary Interiors, Volume 312, 2021, 106655, ISSN 0031-9201,
https://doi.org/10.1016/j.pepi.2021.106655
(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0031920121000133 )
Pour en savoir plus :
Sur le LMV : http://lmv.uca.fr/fr/
Contacts :
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Chercheur Damien FREITAS Anciennement Doctorant / Laboratoire Magmas et Volcans Actuellement Chercheur post-doctorant / School of Geosciences, |
Presse Camille ARNAUD Charg¨¦e de communication scientifique Universit¨¦ Clermont Auvergne |