L'impact d'un astéroïde a façonné l'aspect de Deimos, une lune de Mars

Deimos, la plus petite et la plus éloignée des deux lunes martiennes, a une forme presque ovale et présente une profonde dépression au pôle Sud. Contrairement à sa lune sœur Phobos, fortement érodée, Deimos est recouvert d’une couche peu compacte de poussière et d’éboulis – appelée « régolite » – qui lui confère un aspect plus lisse et plus poussiéreux. Bien que de nombreuses sondes spatiales aient fourni, au cours des dernières décennies, des images de plus en plus détaillées de sa surface, l’origine de cette couche de débris et de la dépression située au pôle Sud reste encore non élucidée.

C’est ici qu’intervient une nouvelle étude menée par une équipe de recherche internationale, dirigée par la Dre Sabina Raducan, en collaboration notamment avec l’Observatoire de la Côte d’Azur, l’université d’Arizona et l’université de Tokyo. Raducan a été, jusqu’en octobre 2025, responsable d’un groupe de recherche au sein du département de recherche en astrophysique et planétologie (WP) de l’Institut de physique de l’Université de Berne ; elle occupe désormais les fonctions de responsable de programme scientifique à l’Institut international des sciences spatiales et de chercheuse senior à la Vrije Universiteit Brussel. À l’aide de simulations informatiques à haute résolution réalisées avec le logiciel « Bern Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) », les chercheuses et chercheurs ont pu démontrer que la dépression caractéristique située près du pôle sud de Deimos a très probablement été formée par un seul impact non destructeur d’un astéroïde. Cet impact serait également à l’origine de la couche de régolite présente sur Deimos. Cette étude est la première publication scientifique à utiliser les données du survol de Deimos par la sonde spatiale Hera de l’ESA. Celle-ci est actuellement en route vers Dimorphos, la lointaine lune d’un astéroïde. L’étude a été publiée dans Nature Astronomy.

Un logiciel bernois simule l’impact

Afin de déterminer comment la dépression et la structure de surface de Deimos se sont formées, les chercheuses et chercheurs ont utilisé le logiciel Bern SPH, développé à l’Université de Berne pendant plus de deux décennies. Ce système sert à simuler des collisions entre astéroïdes, comètes ou planètes. Grâce à ce logiciel bernois, les corps en collision sont fragmentés en millions de particules, dont le comportement lors de l’impact est dirigé par l’interaction de différentes variables reconfigurables telles que la force gravitationnelle, la densité ou la résistance des matériaux. L’Université de Berne est à la pointe mondiale de la modélisation numérique des impacts, et cette méthode a également été utilisée pour simuler la collision de la sonde spatiale DART de la NASA avec l’astéroïde Dimorphos.

« Le code s’éxecute sur un cluster de calcul haute performance ici même à l’Université de Berne et fait partie des rares codes capables de réaliser ce type de simulations », explique Sabina Raducan, responsable de l’étude, qui est également coprésidente du groupe de travail Hera Impact Physics Working Group de la mission Hera de l’ESA. Au cours de nombreuses simulations, ils ont varié la taille, la vitesse et l’angle d’impact du corps impactant potentiel, ainsi que la structure interne de Deimos. « Nous avons réalisé une centaine de simulations – chacune a duré environ une semaine. » Les scientifiques ont ensuite comparé ces simulations aux données d’observation de la sonde spatiale Hera de l’ESA. Hera étudiera en détail les conséquences de l’impact de la sonde DART de la NASA sur Dimorphos – et évaluera ainsi la déviation d’astéroïdes comme méthode potentielle pour défendre la Terre contre les impacts d’astéroïdes. En mars 2025, la mission Hera a profité d’un survol de Mars pour effectuer une manœuvre dite d’« assistance gravitationnelle », afin de se mettre en route vers sa cible finale, Dimorphos. Cela a offert une occasion unique : Hera a pu observer Deimos de très près.

Un seul impact a causé la dépression et la structure de surface de Deimos

Les résultats de l’étude plaident clairement en faveur du scénario suivant : un astéroïde d’environ 320 mètres de diamètre, frappant obliquement à un angle de 45 degrés, a causé la dépression observée au pôle Sud, tant par son étendue que par sa forme. Ce scénario explique également la fine couche de régolite observée sur l’ensemble de la lune. Lors de la collision, de grandes quantités de matière ont été projetées à la surface et ont recouvert un grand nombre des caractéristiques de surface existantes, atteignant par endroits une profondeur de plus de deux cents mètres. « Notre simulation montre donc qu’un seul impact a suffi pour façonner de manière décisive le paysage actuel de Deimos », explique Martin Jutzi, coauteur de l’étude et membre du département de recherche en astrophysique et planétologie (WP) de l’Institut de physique de l’Université de Berne, qui copréside également le groupe de travail Hera Impact Physics. « L’impact a été suffisamment violent pour redistribuer la matière à l’échelle globale, mais pas au point de briser la lune. » La comparaison entre le modèle et les observations montre en outre que les couches supérieures de Deimos sont extrêmement fragiles et que sa structure interne est très poreuse. Cela a eu pour effet d’amortir les forces d’impact. « Par ses propriétés physiques, Deimos ressemble davantage aux astéroïdes dits ‹ amas de débris › qu’à notre Lune », explique Raducan. « Cela ne signifie toutefois pas nécessairement que Deimos soit réellement un astéroïde. Il pourrait également provenir de matériaux projetés lors d’impacts sur Mars. »

Des prévisions importantes pour la mission spatiale japonaise

Bien que d’autres explications soient encore envisageables pour la surface lisse et la dépression australe de Deimos, cette étude propose une explication cohérente pour ces deux caractéristiques et fournit des prévisions concrètes qui pourront être vérifiées par de futures missions spatiales. L'Agence japonaise d'exploration aérospatiale (JAXA) prépare par exemple actuellement la mission Martian Moons eXploration (MMX), dont le lancement est prévu dès 2026. L'objectif de cette mission est d'observer en détail les deux lunes martiennes et de ramener sur Terre des échantillons de Phobos. « Notre étude fournit des prévisions concrètes importantes pour cette mission japonaise MMX, notamment concernant l’épaisseur et la répartition de la couche de régolite ainsi que les propriétés mécaniques du matériau de Deimos », explique Raducan. « MMX disposera ainsi d’une image plus précise de ce à quoi ses instruments, et en fin de compte le prélèvement d’échantillons, peuvent s’attendre. »