L'atmosphère de Mars

Aperçu général de l'atmosphère de Mars

Mars fait partie des planètes du système solaire les plus étudiées. Son atmosphère a fait l'objet d'une étude approfondie au gré des missions d'exploration martienne menée par les différentes nations. A elle seule, il faudrait un livre épais pour en décrire tous les mécanismes qui entrent en jeu dans son fonctionnement.

L'atmosphère martienne est largement moins dense que celle de notre planète avec une pression au sol de 6 mmb et se condense à -120°C. Elle est constituée essentiellement de CO2 à hauteur de 95,32 %. Le restant étant réparti entre l'azote (2,7 %), l'argon 40 (1,6 %), l'oxygène (0,13 %), la vapeur d'eau (0,03 %) et d'autres gaz à proportion très faible.

La vapeur d'eau est répartie de façon homogène jusqu'à 10 km d'altitude mais la majeure partie est localisée dans les 3 km au-dessus de la surface. Cette humidité représente environ 1,4 km3 dont la moitié est située au-delà de 40° Nord. L'autre moitié est répartie entre 40° Nord et 40° Sud.

Mars possède 2 principaux moteurs de la circulation atmosphérique:

  • La poussière réchauffe l'atmosphère de plusieurs dizaines de degrés en diffusant l'énergie solaire. Lors des tempêtes printanières, la poussière recouvrant la surface se soulève créant un voile qui absorbe la lumière solaire.
  • L'hiver, l'atmosphère se condense et gèle, augmentant la calotte polaire de l'hémisphère concerné d'environ 30 %. Durant cette période, la pression atmosphérique de la région concernée diminue. L'hiver boréal voit la calotte polaire Nord s'étendre jusqu'au 50ème parallèle tandis que durant l'hiver austral, la calotte polaire Sud s'étend jusqu'au 40ème parallèle.
Limbe de Mars
Le limbe atmosphérique de la planète Mars saisi par l'orbiter de la mission Viking 1 - Photo NASA (Agrandir)

La couleur du ciel

Quelle est la vraie couleur du ciel de Mars ? Lors de l'atterrissage de la sonde Viking en 1976, la NASA découvre un ciel qui tire vers le rose-orangé sur le premier cliché couleur. En attendant l'arrivée d'autres clichés qui confirmerait la découverte, elle rend public la première image en adoucissant la teinte rose du ciel. Malheureusement, avec les techniques d'impression de l'époque, c'est un ciel bleu comme sur Terre qui se dévoile. L'agence spatiale rectifie l'image en se basant sur l'une des mires de couleurs embarquées sur la sonde. Dans les jours qui suivent, l'image originale est corrigée et rendue public. Une polémique naîtra dans une certaine presse qui parle de manipulation de l'information. Aujourd'hui, cette histoire est encore utilisée comme « preuve » que la NASA nous cache quelque chose.

A l'aurore et au crépuscule, le ciel martien se teinte d'une couleur rose saumon avec un halo bleuté autour du Soleil. En journée, il prend une couleur jaune-brune dont l'intensité varie en fonction de la quantité de particules de poussière en suspension dans l'atmosphère. Lors des tempêtes de poussières, le ciel peut s'assombrir de façon importante pour virer vers un brun foncé.

Les tempêtes

Les tempêtes de poussières ont pour origine la sublimation des calottes polaires à chaque printemps. Elles commencent souvent localement et principalement dans la région située entre 30° S et 40° S et peuvent monter jusqu'à 50 km d'altitude. Quand les masses d'air se mettent en branle dans l'atmosphère, le vent se met à souffler à environ 100 km/h. Avec une pression atmosphérique aussi faible que celle de Mars, le souffle du vent est nettement moins impressionnant, même à cette vitesse. Le vent soulève la poussière qui crée une couverture nuageuse absorbant la chaleur solaire ce qui a pour conséquence d'accélérer le vent jusqu'à plus de 200 km/h, soulevant encore plus de poussières. L'atmosphère est tellement gorgée de ces particules qu'elle s'opacifie et prend une couleur brune foncée.

Les tempêtes ne sont pas les seules manifestations atmosphériques et visibles. Les sondes qui se sont posées sur Mars ont pu observer à de nombreuses reprises des tornades que l'on appelle "Dust Devil". Elles apparaissent de préférence en fin de journée, lorsque des bulles d'air chaud s'élèvent du sol en tourbillonnant, aspirant la poussière située sur leur passage. Leur taille peut varier de 50 à 100 m de diamètre et peuvent s'élever à plus d'un kilomètre d'altitude.

Dust Devil par Spirit
Une séquence d'images prise par le rover Spirit lors de son 496ème jour sur Mars où apparait une tornade de poussière - Photo NASA

Les nuages

La plupart des nuages martiens sont des cirrus composés de cristaux de glace et voyageant entre 20 et 40 km d'altitude. D'autres types de nuages ont été observés par les atterrisseurs ainsi que les orbiteurs. Les plus connus sont les nuages de convections circulant entre 4 et 6 km d'altitude au-dessus de la surface par convection. Lorsque l'air chaud monte, il se refroidit et forment des nuages se condensant à partir de l'air humide.

Nuages sur Mars
Courant de l'été martien 2006, Opportunity a braqué ses caméras pour fixer le déplacement d'un cirrus - Photo NASA (Agrandir)

Les nuages orographiques sont le résultat du refroidissement de l'air chaud en remontant les pentes de la région Tharsis. La vapeur d'eau se condense en cristaux de glace pour devenir un nuage au sommet des volcans.

Nuages autour d'Olympus Mons
Olympus Mons perçant la couche nuageuse. Cette photo a été prise par l'une des sondes Viking dans les années 70 - Photo NASA (Agrandir)

Près des pôles, les orbiteurs ont observé des nuages composés de glace carbonique qui se dirigent vers des latitudes plus équatoriales à la fin du printemps.

De larges nuages spiralés se développent autour du pôle Nord et par temps calme.

L'air chaud équatorial monte et la vapeur d'eau se condense donnant naissance aux strato-cumulus.

Un autre type de nuages apparaît lorsqu'une masse d'air poussée par les vents en altitude rencontre un sommet. Il se forme alors des ondes de pression qui provoque une alternance de zones de condensation de la vapeur d'eau et de longs sillons de nuages apparaissent.

Mars-Pathfinder a observé des nuages venant du NE avant le lever du Soleil et qui volaient à 16 km d'altitude à la vitesse de 25 km/h.

Les déplacements d'air

La brise régulière est de l'ordre de 10 à 25 km/h. Sur les sites d'atterrissage des sondes Viking, les vents ont soufflé entre 7,2 km/h (nuit) et 25,5 km/h (jour).

L'hiver, un courant de 300 km/h voyage dans la haute atmosphère à la manière du Jet Stream. Il est probable que l'air (système d'alizés) va de l'hémisphère froid vers le chaud où il s'élève produisant des tempêtes de sables.

Sur le site d'atterrissage de Mars-Pathfinder, les vents venaient du sud la nuit jusqu'au lever du Soleil avant de s'orienter vers l'ouest le matin. Le vent froid situé dans la région de Valles Marineris (au sud) descendait le long du chenal d'Ares Vallis, le site d'atterrissage de la sonde. L'après-midi, il provenait du nord et le soir de l'est.

Vent sur Mars
Une des 3 clochettes du mat météo de Mars Pathfinder. Chaque image a été prise avec un intervalle de 5 secondes. Ce jour là, les rafales soufflaient à 30 km/h environ. Photo NASA

Les températures

Les températures dépendent fortement de la chaleur accumulée par la surface et de la quantité de poussières présente dans l'atmosphère. Le sol chauffe et garde la chaleur du jour, mais la nuit, il se refroidit plus vite que l'atmosphère. Par exemple, Mars-Pathfinder a enregistré des températures plus élevées de 6°C pour le senseur du bas que pour celui du haut. La nuit, c'est le contraire.

Une journée sur Mars vue par Viking 2

Du brouillard se forme après minuit et se disperse ¾ heure après le lever du Soleil. Les matins d'hiver, le sol est recouvert de givre d'eau de CO2. Avec le Soleil levant, le givre s'évapore et forme une brume jaune dans l'air froid du matin. Certains jours, Viking 2 a photographié son site d'atterrissage recouvert de gelées blanches. Les météorologues ont pu expliquer ces gelées. Au-dessus de l'équateur, la vapeur d'eau se condense sur des particules de poussière en suspension pour former des grains de 2 µm. Ceux-ci sont poussés dans les régions boréales par le vent où il fait suffisamment froid pour que de la neige carbonique se condense autour d'eux. Les grains se déposent la nuit. Au matin, la glace carbonique se sublime laissant l'eau gelée avec la poussière pour former la gelée blanche. Dès le printemps, la glace se sublime laissant seule la pellicule de poussière déposée à la surface.

Les pôles

La calotte polaire Nord est essentiellement composée de CO2 et de glace d'eau , ce qui provoque un été humide suite à l'évaporation de la glace d'eau et un hiver sec quand cette glace gèle. L'hémisphère Nord est aussi celui qui connaît l'hiver le plus court (24 sols en moins) et celui qui reçoit le plus de radiations solaires (environ 44%). En été, la température varie entre -73°C et -68°C. A l'équateur elle peut atteindre 32°C la même saison en pleine journée. L'hiver, la température peut descendre jusqu'à -140°C.

L'hémisphère Sud est différent à plus d'un titre. La calotte polaire mesure environ 300 km de diamètre et est essentiellement composée de glace éternelle de CO2. En été, la température est plus basse qu'au Nord puisque qu'elle varie entre -125°C et -98°C.

En hiver, la pression atmosphérique baisse de 30% environ suite à la condensation. Les gaz se transforment en neige carbonique et migrent vers les pôles augmentant l'épaisseur des calottes de plus de 20 cm. La quantité de CO2 qui se fixe sur la calotte polaire Nord n'est que de 40% en comparaison à celle du Sud.

Pôles de Mars
Sur la gauche, la calotte polaire nord prise par les sondes Viking en plein été. On peut voir les traces laissées par l'évaporation de la glace tout autour de la calotte constituée de glace de CO2. Sur la droite, la calotte polaire sud prise par Viking en été. On peut voir qu'elle est beaucoup moins importante que celle située au pôle nord et qu'elle est décalée par rapport au pôle sud géographique - Photo NASA/P. Volvert (Agrandir)

Les saisons

Saisons sur Mars
Reconstitution graphique de l'orbite martienne autour du Soleil et les changements de saison - NASA/P. Volvert (Agrandir)

Sources

Sur le même sujet