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Posté par Michel le Samedi 01/10/2011 à 00:00
L'atmosphère de Mars saturée de vapeur d'eau !
Une nouvelle analyse des données envoyées par le spectromètre SPICAM, à bord du satellite Mars Express de l'ESA, a révélé pour la première fois que l'atmosphère de la planète est sursaturée en vapeur d'eau. Cette découverte surprenante aux implications majeures pour la compréhension du cycle de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) martien (Martien est un nom générique qui désigne plusieurs types de créatures imaginaires censées vivre sur mars. Selon la version la plus répandue, les martiens, également nommés...) ainsi que pour l'évolution de son atmosphère est présentée dans un article de Science du 29 septembre 2011.

Bien que plusieurs satellites aient visité Mars depuis les années 70, très peu de mesures directes de la structure verticale (La verticale est une droite parallèle à la direction de la pesanteur, donnée notamment par le fil à plomb.) de l'atmosphère de la planète ont été réalisées.

Dans l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un...), la plupart des instruments qui ont opéré à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son...) en orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) ont regardé essentiellement la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent...). En étudiant seulement la distribution horizontale de l'eau dans l'atmosphère, ils ont laissé la question du profil vertical (Le vertical (rare), ou style vertical, est un style d’écriture musicale consistant en accords plaqués.) de la vapeur () d'eau dans l'atmosphère quasi inexplorée. Compte tenu de ce manque de mesures directes, la représentation de la distribution verticale de la vapeur d'eau, élément-clé dans l'étude du cycle hydrologique de Mars, est généralement fondée sur les prédictions théoriques des modèles de climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une région donnée pendant une période de temps donnée. Il se...).

Enfin un profil vertical de la vapeur d'eau dans l'atmosphère martienne !

Cette lacune dans les données est maintenant comblée par le spectromètre SPICAM (Spectroscopy for Investigation of Characteristics of the Atmosphere of Mars) de Mars Express (Mars Express est le nom d'une mission spatiale de l'Agence spatiale européenne (ESA), qui a pour objectif l'étude de Mars.). Utilisé en mode occultation (Une occultation est un phénomène de recouvrement apparent d'un élément par un autre.) quand il scrute la lumière du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile...) qui traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de la voie, sous les rails, pour en maintenir l'écartement et l'inclinaison, et transmettre au...) l'atmosphère de la planète juste avant son lever ou son coucher, l'instrument enregistre des mesures des différents constituants de l'atmosphère.

Des profils verticaux de concentration peuvent alors être établis, y compris pour la vapeur d'eau. Or des données de SPICAM dans la gamme infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que celle...) obtenues au cours du printemps (Le printemps (du latin primus, premier, et tempus, temps, cette saison marquant autrefois le début de l'année) est l'une des quatre saisons des zones tempérées, précédant l'été et suivant...) et de l'été dans l'hémisphère Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.), indiquent que la distribution verticale de vapeur d'eau dans l'atmosphère martienne n'est pas compatible avec ce que les modèles de climat prévoient. Ces résultats fournissent pour la première fois la preuve de l'existence de vapeur d'eau en état de sursaturation sur Mars.

L'atmosphère de Mars contient environ 10.000 fois moins de vapeur d'eau que celle de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par...). Si elle se condensait à la surface, l'eau présente dans l'atmosphère martienne ne formerait qu'une couche de 10 micromètres (1/100e de mm) d'épaisseur sur toute la planète. Néanmoins, la vapeur d'eau est un gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un...) trace (TRACE est un télescope spatial de la NASA conçu pour étudier la connexion entre le champ magnétique à petite échelle du Soleil et la...) marqué par une très forte dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé...), s'avérant l'un des constituants atmosphériques de Mars les plus variables (localement, sa concentration peut varier d'un facteur supérieur à 1000 au cours de l'année).


Vapeur d'eau sur Mars. Cliquer pour voir l'animation.

Dans des conditions terrestres standard, la vapeur d'eau tend à se condenser autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres...) de petites poussières en suspension ( Le fait de suspendre des particules En chimie, la suspension désigne une dispersion de particule. En géomorphologie, la suspension est un mode de transport des sédiments. Le fait de suspendre un...), ou de particules d'aérosols ou de sels, quand la température descend au-dessous du « point (Graphie) de condensation (La condensation est le nom donné au phénomène physique de changement d'état de la matière qui passe d'un état dilué (gaz) à un état...) ». L'atmosphère est ainsi dite « saturée », car elle ne peut contenir plus d'humidité à cette température et à cette pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.). Toute la quantité de vapeur d'eau excédant le « point de condensation » se condense pour former des gouttelettes ou des cristaux de glace (La glace est de l'eau à l'état solide.) qui viendront plus tard précipiter.

Cependant, quand les noyaux de condensation (que l'on suppose être des poussières minérales en suspension dans l'atmosphère) sont trop rares, la condensation est fortement ralentie et ne permet pas à la vapeur d'eau en excès de condenser. Ce phénomène crée alors une sursaturation en eau qui reste sous forme gazeuse en déséquilibre de phases.

Une sursaturation fréquente


Mars Express en orbite autour de Mars - Crédit: ESA
Jusqu'à présent, il était supposé a priori qu'une telle sursaturation ne pouvait exister au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un animal, et en particulier celle des mammifères qui...) de l'atmosphère martienne, par ailleurs très froide (- 100°C): toute molécule d'eau au-delà du niveau de saturation était supposée se transformer immédiatement sous forme de glace.

Car sur Mars, les conditions de pression et température n'autorisent que deux états pour l'eau: solide et/ou gazeux.

Néanmoins, les données de SPICAM ont révélé que la sursaturation de la vapeur d'eau est un phénomène fréquent sur Mars. Des niveaux de sursaturation très élevés y ont été trouvés, jusqu'à 10 fois supérieurs à ceux rencontrés sur Terre.

De fait, il y a beaucoup plus de vapeur d'eau dans la partie supérieure de l'atmosphère martienne que ce que quiconque avait imaginé jusqu'alors.

Les modèles de climat ont semble-t-il grandement sous-estimé la concentration en vapeur d'eau aux altitudes supérieures à 15 km, niveau au-delà duquel la vapeur d'eau rencontre son point de condensation théorique, avec 10 à 100 fois plus d'eau que ce qui était initialement prévu.


Image du pôle sud de Mars réalisée grâce aux données de Mars Express en janvier 2011. Crédits: ESA.
« La distribution verticale de vapeur d'eau est un facteur clé dans l'étude du cycle hydrologique de Mars, et un vieux paradigme, qui suppose que l'eau est principalement contrôlée par la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la...) de la saturation, doit maintenant être entièrement révisé » constate Luca Maltagliati, boursier post-doctorant du CNES au LATMOS. « Notre découverte a des implications majeures pour la compréhension du climat de la planète ainsi que pour le transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route, le canal ..). Par...) de l'eau au sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant du ralentissement du vieillissement,...) large. En effet, cette capacité de la vapeur d'eau à subsister en état de forte sursaturation lui permet d'alimenter des couches atmosphériques dominées par des mouvements Nord-Sud. Grâce à cela, l'hémisphère Sud est alimenté en eau beaucoup plus efficacement que ne le prédisent les modèles actuellement. Ce mécanisme a sans doute perduré et perdurera encore sur des milliers d'années.»

« Les données de SPICAM montrent qu'une quantité bien plus grande de vapeur d'eau peut être transportée assez haut dans l'atmosphère pour y être détruite par photodissociation, » ajoute Franck Montmessin, responsable scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec...) de SPICAM et co-auteur de l'article.

Le rayonnement solaire (En plus des rayons cosmiques (particules animées d'une vitesse et d'une énergie extrêmement élevées), le Soleil rayonne des ondes électromagnétiques dont le...) casse les molécules d'eau et produit des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est...) d'oxygène et d'hydrogène suffisamment légers pour ensuite s'échapper vers l'espace interplanétaire. Ceci a des implications fondamentales sur la problématique de l'eau martienne, dont on sait qu'une fraction notable s'échappe continuellement vers l'espace (à travers l'hydrogène et l'oxygène) depuis des milliards d'années, expliquant en partie la faible concentration d'eau actuelle.

Après ces premières révélations, la poursuite de l'analyse des données de SPICAM pourrait encore livrer des résultats étonnants.

Référence:

Evidence of Water Vapor in Excess of Saturation in the Atmosphere of Mars, L. Maltagliati, F. Montmessin, A. Fedorova, O. Korablev, F. Forget, and J.-L Bertaux, Science, September 201

 

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Source: CNES 30 septembre 2011