Valles Marineris, le grand canyon de Mars, se fracture encore, révèle un séisme martien

Le plus grand canyon du système solaire n’est pas un paysage mort. Un séisme martien enregistré par l’atterrisseur InSight de la NASA est né du glissement d’une faille enfouie profondément sous Valles Marineris, le réseau de canyons qui balafre Mars sur près de quatre mille kilomètres. Autrement dit, des failles ouvertes là-bas il y a des milliards d’années peuvent encore rompre sous les contraintes qui s’exercent aujourd’hui sur la planète.

C’est important, car Mars n’a pas de plaques tectoniques en mouvement. Sur Terre, le frottement des plaques les unes contre les autres maintient les vieilles failles en activité. L’enveloppe externe de Mars se comporte au contraire comme un couvercle unique qui se refroidit lentement, et dans une croûte de ce type, les failles peuvent cicatriser et se renforcer avec le temps. La nouvelle analyse montre qu’au moins une faille profonde sous le canyon ne s’est pas refermée, quelque vingt à quarante kilomètres sous la surface.

L’étude, publiée dans Nature Communications, a été menée par Jung-Hun Song, de l’Imperial College London, avec Doyeon Kim, également à l’Imperial, Folarin Kolawole, de l’université Columbia, et d’autres collègues. Elle repose sur un seul événement, catalogué sous le nom de S0976a, l’unique séisme martien qu’InSight ait jamais localisé dans l’hémisphère occidental de la planète.

« Valles Marineris est l’une des structures géologiques les plus spectaculaires de tout le système solaire, mais jusqu’ici, nous ne savions pas avec certitude que ses failles sont toujours actives », affirme Song. « Ce que nous observons, c’est qu’il ne s’agit pas simplement d’un paysage fossile “mort” : des failles situées profondément sous le canyon peuvent encore glisser et provoquer des séismes martiens, longtemps après l’arrêt des processus géologiques qui les ont formées. »

Déchiffrer une faille avec un seul sismomètre, à l’autre bout de Mars

Sur Terre, les sismologues reconstituent le mouvement d’une faille en comparant la première secousse enregistrée par des dizaines de stations réparties autour du séisme. InSight ne disposait que d’un sismomètre, et S0976a s’est produit presque aux antipodes, à environ 146 degrés d’arc, soit quelque 8 600 kilomètres à la surface. Les ondes directes ne sont jamais parvenues à l’atterrisseur sous une forme exploitable. Ce qui est arrivé, ce sont des ondes PP et SS, des ondes de compression et de cisaillement qui ont rebondi une fois sur la surface martienne à mi-parcours.

L’équipe a modélisé ces deux trains d’ondes à l’aide de sismogrammes simulés par ordinateur pour plusieurs modèles de l’intérieur martien, en testant toutes les combinaisons d’orientation de la faille, de direction du glissement et de profondeur jusqu’à 50 kilomètres. Pour vérifier qu’une station isolée pouvait relever ce défi, les chercheurs ont appliqué la même méthode à un séisme de magnitude 6,5 survenu au Nevada et enregistré par un unique sismomètre en Australie, à une distance presque identique. La méthode a retrouvé la bonne faille.

Pour S0976a, la réponse est une rupture en décrochement : deux blocs de croûte coulissent horizontalement l’un contre l’autre le long d’une faille à fort pendage, comme la faille de San Andreas en Californie. Parmi toutes les solutions qui reproduisent les ondes de façon acceptable, 82,2 % appartiennent à cette famille. La rupture se situait à environ 20 à 40 kilomètres de profondeur, dans la croûte moyenne à inférieure, au-dessus de la base de la croûte, placée entre 55 et 65 kilomètres. En combinant l’ajustement des ondes avec les cartes des failles connues et la direction d’arrivée des ondes à haute fréquence, la source se place près d’Ius Chasma, dans la partie occidentale du canyon.

Ni glissement de terrain ni météorite

Un signal sismique sur Mars ne trahit pas forcément une faille. Les impacts de météorites et les glissements de terrain font aussi trembler la planète, et le canyon de Valles Marineris est jalonné de gigantesques dépôts de glissements. L’équipe a testé directement ces sources. Ni les explosions de type impact ni les modèles de glissement fondés sur des forces ne parvenaient à reproduire les polarités, la chronologie ou l’intensité relative des ondes, ni les fortes secousses horizontales présentes dans les données. Les impacts confirmés sur Mars produisent en outre plutôt des signaux à haute fréquence, alors que S0976a était un événement à basse fréquence.

Les chercheurs ont ensuite passé en revue toutes les images de la région source prises après le séisme par la Context Camera de la sonde Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA. Un glissement de terrain capable de produire un tel signal aurait dû déplacer au moins 10 millions de mètres cubes de roche et laisser un dépôt récent de plusieurs centaines de mètres à un kilomètre de large. Il n’y en avait aucun, pas plus que de cratère frais. À l’inverse, le seul autre événement lointain ultérieur du catalogue d’InSight, S1000a, s’est révélé être l’impact d’un météoroïde, dont le nouveau cratère a été repéré depuis l’orbite.

« Ce qui rend le résultat convaincant, c’est que plusieurs types de preuves totalement différents vont dans le même sens », affirme Song. « Les ondes sismiques nous indiquent un mouvement de coulissement latéral sur une faille située bien sous la surface, tandis que la géologie observée depuis l’orbite montre une région traversée par des systèmes de failles qui perdurent depuis très longtemps. »

Un canyon neuf fois plus long que le Grand Canyon

Valles Marineris s’étend sur près de 3 900 kilomètres, atteint jusqu’à 600 kilomètres de large et plonge à plus de neuf kilomètres de profondeur, selon l’Imperial College. Le canyon est ainsi près de neuf fois plus long, plus de 20 fois plus large et environ cinq fois plus profond que le Grand Canyon, à dimensions maximales comparées. Il s’est formé en même temps que Tharsis, l’immense renflement volcanique qui porte Olympus Mons, et les géologues en débattent depuis longtemps : s’est-il ouvert comme un rift, s’est-il effondré sous son propre poids ou a-t-il été déchiré en biais ?

Le séisme martien apporte un argument à ce débat. Le schéma de contraintes qu’il enregistre ne correspond pas aux modèles dans lesquels le canyon serait né de l’effondrement gravitaire d’une croûte épaissie. Il correspond à un canyon ouvert obliquement, avec un cisaillement latéral en plus de l’étirement. La direction de compression maximale du séisme, orientée à peu près ouest-nord-ouest, concorde aussi avec la compression déduite pour la déformation initiale du canyon à l’Hespérien, une période ancienne de l’histoire martienne. La même direction de contrainte semble agir sur la même trame de failles des milliards d’années plus tard.

Les auteurs citent trois forces actuelles susceptibles de mettre ces failles sous contrainte : la lente contraction d’une planète qui se refroidit, le poids du renflement de Tharsis et le déchargement provoqué par l’érosion qui creuse le canyon. Avec S0976a, InSight a désormais mis en évidence trois styles différents de failles actives sur Mars : l’extension sous les fissures de Cerberus Fossae, la compression près de la frontière crustale dans le sud d’Elysium Planitia, où a frappé S1222a, le plus fort séisme martien de la mission, et le coulissement sous Valles Marineris.

« Cela montre que sur une planète dépourvue de tectonique des plaques, des structures créées il y a des milliards d’années peuvent garder toute leur importance et déterminer encore aujourd’hui l’endroit où la croûte se rompt », affirme Kolawole.

Ce que l’étude ne tranche pas

Tout repose sur un seul séisme martien enregistré par un seul instrument. Avec une station unique, la méthode identifie deux plans de faille possibles, perpendiculaires entre eux, sans pouvoir dire lequel a réellement glissé, et les orientations estimées ne s’alignent pas sur un réseau de failles dominant unique cartographié en surface. La localisation s’appuie aussi en partie sur la densité des failles cartographiées, que les auteurs qualifient d’indicateur approximatif de l’endroit où se produit le glissement en profondeur, et non de mesure directe.

Aucune réplique n’a été enregistrée. L’équipe estime que c’était prévisible : dans ses simulations, la probabilité qu’InSight détecte ne serait-ce qu’une réplique notable à cette distance en 50 jours martiens (sols) n’était que de 0,1 %, car le noyau et l’intérieur profond de la planète bloquent et affaiblissent les ondes venues de l’autre face. Ce silence ne joue pas contre le résultat, mais il ne laisse pas non plus de second événement pour le confirmer.

L’étude ne permet pas de dire à quelle fréquence le canyon se rompt, ni quelle ampleur ses séismes peuvent atteindre. S0976a était un événement modéré, compatible avec un glissement limité sur une petite portion d’une faille existante, et non avec une nouvelle fracture. Les auteurs ne parviennent pas non plus à distinguer la part des contraintes actuelles due à la flexion de la croûte sous Tharsis de celle due à un soutien plus profond, et ils notent que le faible nombre de séismes martiens bien localisés pourrait refléter autant le court enregistrement d’InSight, avec une seule station, qu’une planète calme.

Questions fréquentes sur le séisme de Valles Marineris

Y a-t-il encore une activité tectonique sur Mars ?

Oui, du moins par endroits. InSight a enregistré des séismes martiens pendant sa mission, et l’analyse d’événements individuels révèle des failles actives sous les fissures de Cerberus Fossae, dans le sud d’Elysium Planitia et désormais sous Valles Marineris. Mars n’ayant pas de plaques mobiles, cette activité provient de contraintes au sein d’une enveloppe rigide unique.

Quelle est la taille de Valles Marineris par rapport au Grand Canyon ?

Le canyon s’étend sur près de 3 900 kilomètres, avec jusqu’à 600 kilomètres de large et plus de neuf kilomètres de profondeur. Il est donc près de neuf fois plus long, plus de 20 fois plus large et environ cinq fois plus profond que le Grand Canyon.

Qu’est-ce qui a provoqué le séisme martien sous Valles Marineris ?

Selon l’étude, une rupture en décrochement sur une ancienne faille située entre 20 et 40 kilomètres sous l’ouest du canyon, où des blocs de croûte ont coulissé horizontalement l’un contre l’autre. Les impacts de météorites et les glissements de terrain ont été écartés, car ils ne pouvaient pas reproduire les ondes enregistrées et aucun cratère ni glissement récent n’apparaissait sur les images orbitales.

Mars a-t-elle une tectonique des plaques ?

Non. Son enveloppe externe se comporte comme un couvercle unique et immobile, qui se refroidit et se contracte depuis des milliards d’années. Cette étude montre que des failles au sein de ce couvercle peuvent encore glisser sous l’effet des contraintes actuelles.

InSight a enregistré S0976a le 25 août 2021, lors de son 976e jour martien à la surface, et la mission s’est achevée en décembre 2022. L’article a paru le 15 octobre 2026. Comme aucun sismomètre ne fonctionne plus aujourd’hui sur Mars, le catalogue existant d’InSight constitue le seul enregistrement sismique de la planète, et l’équipe estime que ce résultat montre la quantité d’informations que recèlent encore ces enregistrements.

Ce même séisme avait déjà été exploité une première fois : ses ondes ont traversé le noyau martien et contribué à cartographier la couche la plus profonde de la planète. « À partir d’un seul séisme martien, nous pouvons en apprendre à la fois sur le centre de la planète et sur une faille active située sous l’un de ses paysages les plus remarquables », souligne Kim, qui a supervisé l’étude.

Référence : Song et al., « Active crustal straining and fault reactivation at Valles Marineris, » Nature Communications, 2026. DOI: 10.1038/s41467-026-78193-6

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