Composition minéralogique et propriétés physiques du manteau Martien

Mars est la seconde planète la plus étudiée après la Terre. Les décennies d’observations et missions spatiales ont permis d’obtenir de nombreuses contraintes sur sa structure telles que la taille de son noyau, son état entièrement liquide ou encore la structure de la croûte Martienne. Les météorites Martiennes (SNC) et les analyses chimiques des basaltes à la surface de la planète permettent également de déterminer la composition chimique de son manteau, qui apparaît être bien plus riche en fer que le manteau Terrestre (Fe# ∈ [0,20 - 0,25]). L’objectif de cette thèse est donc d’étudier expérimentalement la structure, la minéralogie et les profils sismiques de Mars, et plus particulièrement l’effet du fer sur les profils sismiques Martiens. Nous avons alors mesuré les vitesses des ondes ultra sonores à haute pressions(3-17 GPa) et hautes températures (40-1200 °C) grâce à une presse multi-enclumes couplée au rayonement X d’un synchrotron. Nos résultats montrent que lorsque le taux de fer est élevé (Fe#0.27), la ringwoodite apparait à plus basse pression que la wadsleyite et est en équilibre avec l’olivine. Cette transition implique une discontinuité sismique positive à 600 km de profondeur.De plus, lorsque le manteau a une composition si riche en fer, du ferropériclase se forme à partir de 16 GPa, pouvant induire une chute des vitesses des ondes. Les profils sismiques de Mars obtenus grâce à l’inversion des données de la sonde InSight ne présentent ni discontinuité sismique à 600 km de profondeur, ni diminution forte des vitesses proches de 1100 km de profondeur(16 GPa). Ainsi le taux de fer du manteau Martien est probablement proche de Fe#0.20 plutôt que de Fe#0.25. Le second résultat majeur de notre étude est que le profil de température choisi pour modéliser les profils sismiques a une importance majeure, et peut induire les Low Velocity Zone observées dans les profils sismiques Martien de la littérature récente.