Les forces de marées exercées par le satellite Phobos donneront accès au coeur de Mars

La planète Mars est accompagnée dans son voyage autour du Soleil par deux petites lunes très irrégulières, Phobos et Deimos. La première, Phobos, mesure environ 27 kilomètres dans sa plus grande dimension, tandis que Deimos est encore plus petite, avec un grand axe de seulement 15 kilomètres.

Les deux lunes ressemblent à s'y méprendre à des astéroïdes : leur surface est d'un gris très sombre presque noir, très cratérisée, et elles possèdent une forme patatoïde. Au premier abord, elles semblent donc bien différentes de notre satellite, sphérique et beaucoup plus grand. Pourtant, les deux satellites de Mars partagent un point commun avec la Lune : ils sont gravitationnellement liés à la planète autour de laquelle ils orbitent, et exercent donc des forces de marées.

Les forces de marées

Phobos, l'une des deux lunes de Mars (© NASA).

Lorsque l'on parle de marées, la première image qui vient à l'esprit est celle d'une plage de sable fin sur laquelle les eaux d'une mer ou d'un océan s'avancent, pour ensuite refluer vers le large. Ce que l'on sait moins, c'est que ce phénomène régulier, qui rythme sur Terre de nombreuses activités, est dû à l'influence qu'exercent les corps stellaires et planétaires, principalement le Soleil et la Lune, sur les masses liquides.

Malgré la distance qui la sépare de la Terre, quelques 384 400 kilomètres, notre satellite déploie autour de lui un champ de gravité. Ce dernier enserre notre planète dans des griffes invisibles, avec une conséquence étonnante.

L'effet est particulièrement notable au niveau des océans et des mers, à cause de leur nature liquide. À leur niveau, les marées atteignent des amplitudes qui se mesurent en mètre. Lorsque la lune passe au-dessus des continents, ces derniers se bombent également, mais de manière bien plus subtiles que les étendues d'eau : la déformation est seulement millimétrique, parfois centimétrique.

Depuis une orbite située à 6000 km de la surface de Mars, et malgré sa petite taille, Phobos exerce lui aussi des forces de marées sur la planète rouge. Sa présence déforme de manière très subtile la planète, qui grandit de quelques fractions de millimètres le long d'un bombement qui suit Phobos dans sa course.

Mécanisme d'action de la force d'attraction de la lune Phobos sur Mars (© IPGP/David Ducros).On pourrait penser que le bourrelet lié à l'attraction qu'exerce Phobos sur Mars se déplace exactement à l'aplomb du satellite, mais les choses sont en fait un peu plus compliquées. Le bombement ne se produit pas exactement lorsque Phobos survole une région donnée, mais il apparaît au contraire avec un certain retard. Ce décalage est dû au fait qu'une partie de l'énergie transmise par Phobos est absorbée par la planète Mars.

Comme la loi de conservation de l'énergie s'applique à la danse céleste qui unit Mars et Phobos, l'échange d'énergie entre la petite lune et la planète rouge a une conséquence importante sur l'orbite de la première. Chaque année, Phobos chute en moyenne de un centimètre. Lentement mais inexorablement, la lune tombe donc sur Mars.

Dans plusieurs dizaines de millions d'années, Phobos sera tellement proche de la planète rouge qu'il sera littéralement mis en pièce par les forces implacables de marées. Lorsque le satellite franchira la limite de Roche, les forces de marée surpasseront les forces de cohésion interne de la Lune, et celle ci sera disloquée. Une pluie de fragments s'abattra alors sur Mars, tandis que la plus grande partie des résidus émanant de la destruction du satellite formera peut-être un anneau de matière autour de la planète rouge.

Phobos : le joker de la mission InSight

Phobos au-dessus de la surface martienne (© NASA).

Phobos présente un intérêt tout particulier pour la mission InSight. Le sismomètre SEIS embarqué par cette sonde est en effet suffisamment sensible pour pouvoir détecter et mesurer l'infime attraction que Phobos exerce sur la planète Mars à chacun de ses passages au-dessus du site d'atterrissage d'Elysium.

Phobos est d'autant plus intéressant que sa révolution autour de Mars n'est pas reliée à d'autres phénomènes, comme le cycle jour/nuit. Le petit satellite effectue un tour complet de la planète en 7 heures et 39 minutes, et passe donc trois fois par jour au-dessus de la même région.

Le signal de Phobos sera surtout sensible sur l'axe vertical du sismomètre. La déformation liée aux forces de marée est pourtant tellement faible que dans un premier temps, elle ne pourra pas être distinguée du bruit propre de l'instrument.

Cependant, en superposant des données sur de nombreux mois ou mieux une année entière, les sismologues devraient être en mesure d'extraire et de quantifier les forces de marées émanant de Phobos. Cette expérience est la plus délicate de toute la mission. Pour que l'influence de Phobos soit perceptible, il faudra que le niveau de bruit reste dans des limites acceptables. S'il est dix fois plus important que le signal à capturer, il ne sera pas possible de sortir ce dernier, même en intégrant les mesures sur de longues périodes de temps.

Accès au noyau martien

La caractérisation de la marée de Phobos permettra de sonder les profondeurs de Mars, et en particulier le noyau. Selon que ce dernier sera liquide ou solide, il ne se déformera pas de la même manière. Son rayon pourra également être déterminé à 60 kilomètres près, sachant que les données obtenues compléteront également celles fournies par l'expérience de géodésie RISE.

Même si la chance fait défaut à InSight et qu'aucun événement sismique, tremblement de Mars ou impacts de météorites ne se produit au cours de la durée de la mission, la sonde pourrait donc néanmoins remplir une partie de ses objectifs grâce à Phobos.

Dans le domaine de l'exploration spatiale, les scientifiques tentent au maximum de tirer parti de chaque phénomène, même les plus subtils. Bien qu'orbitant à plusieurs milliers de kilomètres du sol de Mars, le plus gros des deux satellites de Mars pourrait donc apporter une contribution significative à l'étude de la structure interne de Mars.

Dernière mise à jour : 18 septembre 2017