Point chaud Vénus
La surface de Vénus, une planète semblable à la Terre, présente des structures qui peuvent avoir été formées par des mécanismes que l'on retrouve également à l'intérieur de la Terre. C'est ce que montrent les simulations du professeur de l'ETH Taras Gerya.
La surface de Vénus est un endroit inhospitalier. Il y fait plus de 400 degrés Celsius et la pression atmosphérique de son atmosphère hostile est presque 100 fois supérieure à celle de la Terre. Cependant, en raison de sa structure en forme de coquille, composée principalement d'éléments solides, elle compte parmi les quatre planètes de notre système solaire qui ressemblent à la Terre et présente un intérêt pour la science. Bien que Vénus semble aujourd'hui géologiquement "morte", elle est parsemée de structures annulaires en forme de cicatrices qui témoignent d'une histoire mouvementée et que l'on ne retrouve pas sur Terre. Ces structures étranges sont appelées novae et coronae.
Deux structures de même origine ?
Les astrophysiciens et les géophysiciens ont supposé que ces deux structures dataient d'une époque où Vénus était géologiquement active. Elles auraient été formées par des processus volcaniques et des processus tectoniques couplés à ces derniers. On spécule que ces formations sont le résultat d'une interaction entre la croûte rigide et des bouleversements dans le manteau - des courants de convection transportant des matériaux rocheux chauds vers la surface et évacuant les matériaux refroidis vers le manteau. On ne sait toutefois pas si leur formation est liée, une structure naissant de l'autre, ou si elles se développent indépendamment les unes des autres.
Grâce à des simulations informatiques, Taras Gerya, professeur de géophysique à l'ETH Zurich, a pu reproduire pour la première fois les structures de surface marquantes et fournir ainsi une explication plausible de leur formation. Les résultats de ses simulations viennent d'être publiés dans la revue scientifique "Earth and Planetary Science Letters".
Dans son modèle thermomécanique, il a simulé pour la première fois en trois dimensions des processus définis à l'intérieur de Vénus. Les simulations donnent des indications sur le fait que des novae se forment d'abord et qu'elles peuvent ensuite donner naissance à des coronae sur des millions d'années. Le géophysicien en conclut que les deux structures peuvent avoir la même origine.
Évolution d'une structure en anneau
Sur Vénus, 64 novae d'un diamètre de 100 à 300 kilomètres ont été identifiées à ce jour. Les structures annulaires de la croûte de Vénus sont parsemées de zones de fracture en forme d'étoile, résultant de processus tectoniques et magmatiques encore inconnus.
Des analyses structurelles ont déjà montré que les novae peuvent également former des structures similaires à celles des coronae. Contrairement aux novae, ces 513 structures ont parfois une structure très complexe : Leur anneau extérieur est surélevé. Un fossé le sépare d'un autre rempart annulaire. Celui-ci se transforme à nouveau en une orientation avant que la partie centrale de la structure ne se détache. Les coronae peuvent avoir un diamètre allant jusqu'à 2600 kilomètres, comme dans le cas de la corona Artemis, et abriter un grand nombre de petits volcans.Selon Gerya, les modèles exclusivement bidimensionnels utilisés jusqu'à présent pour reconstruire ces structures partaient du principe que la lithosphère (croûte et zones du manteau supérieur) était trop froide, épaisse et rigide.
Des études récentes laissent toutefois supposer que la lithosphère de Vénus est relativement chaude, mince et plastique, écrit le chercheur. Une telle lithosphère n'a d'ailleurs été découverte que récemment sous des volcans apparemment actifs de Vénus. Les points chauds sont des volcans qui sont alimentés par des matériaux chauds du manteau. Le matériau rocheux chaud s'élève en forme de champignon depuis les profondeurs du manteau jusqu'à la surface de la planète. Tant qu'ils ne traversent pas la surface, ils sont appelés "panaches mantelliques". Si le magma généré par les panaches perce la croûte, il se forme un point chaud d'où s'échappe de la lave.
Simulation de "Mantle Plumes
Gerya a maintenant pris en compte dans son modèle les changements thermiques ainsi que la viscosité dans le manteau et la croûte. Il est parti du principe que les "mantle plumes" de Vénus ont un diamètre de 30 à 100 kilomètres et qu'elles pénètrent dans une lithosphère mince et très chaude. Les simulations montrent que le panache partiellement fondu soulève d'abord la croûte. Ensuite, des masses fondues chaudes du panache s'écoulent vers le haut et une grande région de magma ascendante se forme dans la croûte avec un courant de convection interne. Au-dessus de cette région chaude se forme une énorme montagne de nova avec des fissures typiques en forme d'étoile.
Les images des simulations montrent également qu'au cours de millions d'années, une structure de nova peut se transformer en celle d'une couronne lorsque des roches en fusion provenant du réservoir de magma peuvent s'infiltrer à la surface de Vénus. L'une des simulations ressemble même à la couronne d'Aramaiti. Le géophysicien Gerya constate toutefois que la structure simulée est environ trois fois plus petite que l'originale.
Lorsqu'une nova se transforme en couronne dans le modèle, le bord de la montagne de nova s'effondre de manière concentrique vers l'intérieur. En même temps, le courant de convection au centre de la nova fait passer une partie de la roche crustale fondue de l'intérieur de la nova vers l'extérieur, sur la surface de Vénus. Il se forme un anneau extérieur avec des poussées concentriques de matériaux rocheux ainsi qu'un anneau intérieur avec des chevauchements concentriques. Un fossé se forme entre les deux anneaux.
"C'est surtout dans le cas des novae et des coronae simulées de petite et moyenne taille que l'on trouve des similitudes remarquables avec celles que nous pouvons observer sur Vénus", explique Gerya. Mais le modèle a aussi ses limites : Il ne peut pas encore générer toutes les structures observées dans la nature. C'est pourquoi il est certes très plausible que les novae et les coronae soient causées par des panaches du manteau. Mais le professeur de l'ETH ne peut pas exclure d'autres mécanismes de formation.
L'absence d'eau plaide contre la tectonique des plaques
On ne sait pas si de nouvelles novae ou coronae se forment encore aujourd'hui sur Vénus. Mais selon Gerya, les modèles montrent que les grandes montagnes de nova sont des structures relativement éphémères qui ne peuvent exister qu'au-dessus des régions de magma actives de la croûte. Actuellement, on trouve aussi quelques indices d'un volcanisme actif de point chaud, par exemple sur Idunn Mons, qui ressemble à une montagne de nova. Il n'est pas non plus exclu que certains processus de tectonique des plaques, similaires à ceux de la Terre, aient pu avoir lieu autrefois sur Vénus. Il semble peu probable que ce soit encore le cas aujourd'hui, car l'eau joue un rôle important dans la formation et le recyclage de la croûte par des processus de subduction. Or, l'eau est aujourd'hui totalement absente de la surface de Vénus, dont la température dépasse les 400 degrés Celsius.
Référence bibliographique
Gerya T : Plume-induced crustal convection : 3D thermomechanical model and implications for the origin of novae and coronae on Venus, Earth and Planetary Science Letters, published online 20th Febr 2014, DOI : page externe10.1016/j.epsl.2014.02.005page externe