La surface de Mercure ne contiendrait que 37 % de dioxyde de silicium

La surface de Mercure pourrait être nettement plus pauvre en dioxyde de silicium (SiO₂) qu’on ne le pensait. Une nouvelle étude l’estime à environ 37 % de la masse de la surface silicatée, contre 49 à 60 % dans les estimations précédentes.140

Si ce résultat est confirmé, il renforcerait l’idée que les roches volcaniques de Mercure sont issues d’une fusion exceptionnellement importante et profonde de l’intérieur de la planète. Mais le chiffre doit être interprété avec prudence : Mercure s’est formée dans un environnement extrêmement pauvre en oxygène. Une partie du silicium pourrait donc se trouver sous forme métallique ou sous forme de carbure, plutôt que liée à l’oxygène dans du dioxyde de silicium.3342

Une estimation obtenue à distance

Aucune sonde ne s’est encore posée sur Mercure et aucun échantillon de ses roches n’a été rapporté sur Terre. Les chercheurs ont donc utilisé une méthode indirecte fondée sur l’infrarouge et sur la signature de Christiansen : un maximum caractéristique d’émissivité dont la position varie selon la quantité de SiO₂ présente dans les matériaux silicatés.130

Pour établir cette relation, l’équipe a d’abord fabriqué et mesuré en laboratoire de petites billes de verre composées de matériaux représentatifs des surfaces planétaires. Ces expériences ont permis de relier la longueur d’onde de la signature de Christiansen à la teneur en SiO₂.

La méthode a ensuite été appliquée à des observations infrarouges à haute résolution de la Lune. Les chercheurs ont pu comparer la carte obtenue avec les échantillons rapportés par les missions Apollo, Luna et Chang’e. Cette étape lunaire a servi à tester la calibration avant son application aux observations télescopiques de Mercure.1

Le résultat de 37 % n’est donc pas une analyse chimique directe. Il s’agit plutôt d’un équivalent approximatif de SiO₂ dans les silicates de surface, déduit du signal infrarouge de la planète.

Un indice d’un passé volcanique très chaud

Une surface aussi pauvre en silice dessinerait un scénario particulièrement intense pour l’histoire volcanique de Mercure. Ses vastes plaines lisses couvrent une grande partie de la planète et sont généralement interprétées comme les vestiges d’éruptions volcaniques.3637

La production de laves pauvres en silice pourrait nécessiter un degré de fusion partielle exceptionnellement élevé, dans un manteau plus chaud et fondant plus profondément que ne le prévoient les modèles classiques.140 La surface actuelle de Mercure conserverait ainsi la trace d’une phase ancienne de différenciation planétaire et de volcanisme particulièrement énergique.

Cette interprétation ne permet toutefois pas de fixer une température précise du manteau, une profondeur unique de fusion ou un mécanisme géologique définitif. Tout dépend notamment de la capacité des verres produits en laboratoire à représenter la composition chimique très particulière de Mercure.

Le silicium n’est peut-être pas entièrement sous forme de SiO₂

Mercure compte parmi les planètes telluriques les plus réduites chimiquement connues. Les mesures disponibles indiquent notamment une forte abondance de soufre et de faibles teneurs en fer et en oxygène, ce qui concorde avec une formation dans un environnement où l’oxygène était rare.334244

Dans de telles conditions, tout le silicium ne doit pas nécessairement être lié à l’oxygène. Une partie pourrait exister sous des formes réduites, par exemple sous forme de silicium métallique ou de carbure de silicium. Ces phases pourraient modifier le signal infrarouge d’une manière ressemblant à celle d’une surface silicatée exceptionnellement pauvre en SiO₂.40

Le chiffre de 37 % ne signifie donc pas que seulement 37 % de l’ensemble des matériaux contenant du silicium sur Mercure sont constitués de dioxyde de silicium. Il correspond à une estimation basse de la teneur en silice de la fraction silicatée, dans le cadre des hypothèses utilisées pour la calibration.

BepiColombo pourrait trancher

La mission BepiColombo, menée conjointement par l’Agence spatiale européenne (ESA) et l’Agence japonaise d’exploration aérospatiale (JAXA), arrive à une étape décisive. La séparation de son module de transfert, le Mercury Transfer Module, est prévue le 3 septembre 2026. La séquence d’insertion en orbite autour de Mercure doit commencer le 21 novembre 2026, et les opérations scientifiques complètes sont prévues pour avril 2027.172426

L’instrument MERTIS observera Mercure dans l’infrarouge thermique, notamment dans la région spectrale où se trouve la signature de Christiansen.30 Contrairement aux observations intégrées du disque de Mercure, il devrait permettre de relier les mesures infrarouges à des régions et à des unités géologiques précises.

Ces observations pourront notamment déterminer :

• si la faible teneur apparente en SiO₂ est représentative de l’ensemble de la surface ;
• si elle varie entre les plaines volcaniques, les terrains fortement cratérisés et d’autres unités géologiques ;
• si les variations régionales favorisent l’hypothèse d’une fusion très profonde du manteau ;
• si, combinées aux mesures élémentaires et minéralogiques des autres instruments, elles indiquent qu’une partie du silicium est stockée sous forme métallique ou sous forme de carbure.

En attendant ces données, la conclusion la plus solide reste prudente mais importante : la surface volcanique de Mercure pourrait être bien moins riche en silice qu’on ne l’imaginait. Cela révélerait soit un manteau exceptionnellement chaud et fortement fondu, soit une chimie encore plus atypique, très pauvre en oxygène — ou une combinaison des deux.