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Bruits atmosphériques

Les perturbations atmosphériques

Vue d'artiste d'une tempête de poussière sur Mars passant à proximité de la sonde InSight (© IPGP/Manchu/Bureau 21).Vue d'artiste d'une tempête de poussière sur Mars passant à proximité de la sonde InSight (© IPGP/Manchu/Bureau 21).

Contrairement à la Terre, les sources de bruits capables de perturber l'acquisition des signaux sismiques sont limitées sur Mars.

La planète rouge ne possède effectivement pas d'océans ou de mers, source majeure de bruit sur notre planète, et l'activité humaine est bien entendu réduite à zéro. Cependant, un autre acteur va compliquer le travail du sismomètre SEIS de la sonde InSight : l'atmosphère.

L'interaction de l'atmosphère martienne avec le sol va effectivement laisser sa marque sur les enregistrements sismiques. En première approximation, ce phénomène peut être vu de manière négative, comme une source de perturbations contre lesquelles on ne peut rien ou presque. Certes, le sismomètre SEIS sera placé sous un bouclier de protection éolien, le WTS, qui bloquera efficacement la plupart des effets du vent, sans pouvoir toutefois les annuler totalement. L'activité atmosphérique a aussi d'autres effets indirects, qu'il n'est pas possible de contrer. On peut les classer en deux grandes catégories.

Le lancinant murmure de Mars

Le premier est dû à la circulation atmosphérique globale. L'air martien, en se déplaçant sans cesse autour du globe martien, est effectivement capable d'exciter la planète, et de la faire vibrer comme une cloche, à des fréquences bien précises.

Les géophysiciens appellent ce phénomène le "hum" de la planète, une sorte de bourdonnement persistant, que seul des sismomètres sensibles aux longues périodes comme SEIS peuvent entendre.

Malgré le fait que ce murmure lancinant puisse être considéré comme un bruit de fond parasite, il intéresse particulièrement les géophysiciens. Grâce à lui, il sera en effet possible de sonder les couches superficielles du sol martien, sur des profondeurs de plusieurs dizaines de mètres à quelques centaines de kilomètres (accès au manteau), et ce même en l'absence de séismes.

Certains phénomènes météorologiques d'ampleur, comme les impressionnantes tempêtes de poussière qui recouvrent parfois totalement le globe martien sous un voile opaque et impénétrable, sont susceptibles d'exciter de manière significative la planète, et de générer un "hum" bien mesurable par SEIS.

Vue orbitale d'une tempête de poussière à proximité du grand canyon de Valles Marineris (© NASA)Vue orbitale d'une tempête de poussière à proximité du grand canyon de Valles Marineris (© NASA).

La dernière tempête de poussière globale a eu lieu au cours de l'année 2007, et ces événements se répètent selon un cycle d'environ 3 années martiennes (soit environ 6 années terrestres).  En novembre 2018, InSight atterrira dans une période favorable au développement des tempêtes de poussière, et il est possible que la sonde soit le témoin de ce phénomène spectaculaire.

Durant une tempête globale, la baisse significative de l'ensoleillement, ainsi que le dépôt de poussière sur les panneaux solaires, peuvent facilement mettre en danger un atterrisseur, mais InSight a été conçu pour survivre à ce type de calamité.

Turbulences et tourbillons de poussière (dust devil)

La seconde source atmosphérique de bruits micro-sismiques est locale au site d'atterrissage. Il s'agit des effets produits par des bourrasques, ou l'arrivée d'un tourbillon de poussière (dust devil) à proximité de la sonde.

Dans les deux cas, l'air martien va exercer une charge ou une décharge sur le sol. Un tourbillon de poussière de 10 mètres de diamètre exerce ainsi une diminution de pression sur le sol équivalent à celle qui se produirait si on ôtait de la surface une petite voiture qui aurait été garé là.

La déformation statique de la surface va affecter le sismomètre, en particulier les pendules qui mesurent les déplacements horizontaux. Si le sol bouge bien verticalement, l'effet est effectivement maximal sur les composantes horizontales de l'instrument.

Simulation des déformations du sol autour de l'atterrisseur InSight (© IPGP/David Ducros).Simulation des déformations du sol autour de l'atterrisseur InSight suite au passage d'un dust devil (© IPGP/David Ducros).

En appuyant avec plus ou moins de force, l'atmosphère va donc induire de très légères inclinaisons de la surface, que SEIS ne manquera pas d'enregistrer. Tout se passe comme si l'atmosphère ne cessait de jouer du tambour avec le sol, et que de multiples variations de pressions, similaires à des doigts,  tapotaient en permanence de manière désordonnée sur la surface de la planète rouge.

Le passage d'un tourbillon de poussière ou d'une turbulence a également un autre effet : la création d'une onde acoustique, qui va se propager dans l'air, et d'une onde de surface de haute fréquence, qui va suivre le sol martien.

Là encore, ces deux ondes apparaîtront dans les sismogrammes. L'instrument pourra donc voir "arriver" une turbulence ou un tourbillon de poussière (que ce dernier soulève ou non de la poussière, et donc soit visible ou non par les caméras techniques de l'atterrisseur), et suivre la manifestation jusqu'à son éloignement et sa disparition.

Tourbillon de poussière (dust devil) photographié par la sonde américaine Mars Reconnaissance Orbiter sur les étendues mornes d'Amazonis Planitia (© NASA/JPL/University of Arizona)Tourbillon de poussière (dust devil) photographié par la sonde américaine Mars Reconnaissance Orbiter sur les étendues mornes d'Amazonis Planitia (© NASA/JPL/University of Arizona).

Une confirmation du passage d'un tourbillon de poussière au voisinage de l'atterrisseur InSight pourrait être ensuite apportée par le satellite Mars Reconnaissance Orbiter, qui possède une puissante caméra capable de distinguer la trace au sol laissée par les trombes miniatures qui zigzaguent librement à la surface de Mars. Le capteur de pression ultra-sensible qui équipe la station météorologique de la sonde fournira également des données précieuses.

La bonne nouvelle, c'est qu'en analysant les perturbations dues à l'atmosphère autour du site d'atterrissage, à la fois sur des basses et hautes fréquences, les géophysiciens vont pouvoir virtuellement pénétrer le sous-sol sur quelques centaines de mètres, et étudier ses propriétés : profondeur du régolite, cette couche de sol pulvérisée par le choc d'innombrables impacts d'astéroïdes et de météorites, mais aussi détection de discontinuités entre des couches de matériau aux propriétés physiques différentes, estimation de l'élasticité (qui dépend de la composition des roches), etc. Ou comment faire d'un inconvénient une aubaine.

Dernière mise à jour : 1er février 2018

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