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L'atmosphère de Mars

L'atmosphère martienne est la couche de gaz qui entoure la planète, elle est très mince et sa masse totale est de 25 tératonnes, soit environ 200 fois moins importante que la masse totale d'air qui entourre la Terre (5148 tératonnes).

La pression moyenne au sol sur Mars est de 630 Pa (6.3 millibars), c'est-à-dire 170 fois moindre que la pression atmosphérique au niveau de la mer sur Terre. Cependant, tout comme sur Terre, la pression varie avec l'altitude de 0.3 millibars au sommet du Mont Olympe (volcan de 21.2 km de haut) à 12 millibars au fond de Hellas Planitia (bassin d'impact de 9.5 km de profondeur).

L'atmosphère martienne est également très poussiéreuse ce qui lui confère une couleur brun clair ou rouge-orange (v. photo ci-dessus). Ces poussières sont soulevées de la surface par des vents parfois violents lors des tempêtes saisonnières.

 

Structure générale

L'atmosphère de Mars se compose de quatre couches principales:

  1. la troposphère s'étend du sol à environ 45 km d'altitude et est une région relativement chaude (relativement car la température moyenne est plus basse que sur Terre). Mais tout comme sur Terre, la température baisse avec l'altitude
  2. la mésosphère, de 45 à 110 km d'altitude, se caractérise par des températures plutôt constantes et est parcourue par un courant-jet
  3. la thermosphère, qui s'étend de 110 à 200 km d'altitude, est une région chauffée par le Soleil où la température augmente avec l'altitude
  4. l'exosphère débute à environ 200 km d'altitude, altitude à laquelle l'atmosphère commence à s'estomper peu à peu. Il n'y a pas de frontière nette entre l'amtosphère et l'espace

L'ionosphère englobe la thermosphère et l'exosphère, s'étendant donc de 100 à 800 km d'altitude. Dans cette région de l'atmosphère, une partie des molécules de gaz neutres sont ionisées par le rayonnement solaire, les ions ainsi formés sont chargés électriquement.

La figure ci-dessus représente le profil vertical moyen de la température sur Mars en comparaison de celui mesuré sur Terre. La température varie cependant avec les saisons et l'altitude ainsi qu'entre le côté jour et le côté nuit de la planète.

 

Composition

La composition chimique moyenne de l'atmosphère martienne est donée dans le tableau ci-dessous, ainsi que, pour comparaison, la composition de l'air sur Terre.

Le dioxyde de carbone

Le dioxyde de carbone (CO2) en est les constituant majeur et représente près de 96% de l'atmosphère, cependant la quantité de CO2 au niveau des pôles varie fortement au fil des saisons. Ceci est dû à des phénomènes de condensation et de sublimation du dioxyde de carbone, lesquels engendrent des variations significatives de la composition et de la pression atmosphérique.

L'hypothèse la plus récente pour expliquer que l'atmosphère martienne est si mince est que la plupart du CO2 dans l'atmosphère, qui n'est pas protégée par un champ magnétique, a été progressivement éliminé par le vent solaire. Cette hypothèse est renforcée par une découverte récente (référence) par le roover 'Curiosity' qui se promène actuellement sur Mars: l'enrichissement en carbone 13 (13C) du CO2 atmosphérique.

Le processus d'échappement du carbone comporte deux photodissiociations (composé chimique décomposé par la lumière) successives: (1) le dioxyde de carbone est dissocié en monoxyde de carbone (CO) et oxygène atomique (O) et (2) le CO est décomposé en O et C, ce dernier recevrait suffisamment d'énergie pour s'échapper dans l'espace. L'isotope principal 12C, plus léger que le 13C, s'échappe préférentiellement, ce qui conduit au fil du temps à un enrichissement en 13C.

L'argon

La quantité absolue du gaz rare argon (Ar) dans l'atmosphère martienne est constante (~2%) car celui-ci ne condense pas et est environ deux fois plus élevée que dans l'amtosphère des autres planètes du système solaire. Mais comme la concentration en CO2 peut varier fortement, la concentration relative en Ar peut varier localement.

L'eau

L'eau est présente en quantité faible et variable en fonction du lieu et de la saison. Globalement l'atmosphère martienne est sèche comparée à l'air sur Terre et la vapeur d'eau est susceptible, dans certaines conditions de former des nuages de différentes sortes: les nuages orographiques (induits par la topographie), les brumes au niveau du sol, la coiffe polaire, ou la ceinture de nuages à basse latitude.

Le méthane

Le méthane (CH4) a été détecté dans l'atmosphère martienne en très petites quantités, 7-10 ppbv (partie par milliard en volume), en 2003 et 2004, ensuite très localement et sporadiquement par Curiosity, le roover de la NASA qui s'est posé sur Mars en 2011. La présence de ce gaz suiscite beaucoup d'intérêt dans la communauté scientifique; étant instable, c'est-à-dire qu'il a une durée de vie courte, sa détection même en traces indique la présence d'une source de méthane sur la planète. Il s'agit maintenant de déterminer si cette source est biologique (vie microbienne) ou géologique!

 

Il n’y a pas de couche d’ozone sur Mars

Les quantités d'ozone et de vapeur d'eau sont si faibles que les rayons UV du Soleil ne sont pas arrêtés comme c'est le cas sur Terre par l'action de la couche d'ozone. Cela veut dire que les rayons UV atteignant le sol pourraient détruire toutes présences éventuelles de molécules organiques. Pour certains ce fait est un argument permettant d'affirmer qu'aucune vie n'est possible sur Mars.

D'autres indiquent que, sous la surface, des niches écologiques favorables au développement de colonies bactériennes auraient pu ou pourraient encore exister sur Mars aujourd'hui. Ce fait nourrit de nombreuses discussions qui, en l'absence de nouvelles preuves concrètes, pourraient encore durer longtemps.

 

Y-a-t'il de l'eau sur Mars?

Les traces semblables à celles qu'auraient pu faire des cours d'eau dans le relief de Mars restent pour nous une énigme. Il est très probable que l'eau ait un jour coulé sur Mars et même que Mars ait possédé un océan. Mais comment et pourquoi cette eau a-t-elle disparu?

 

L'expérience Mars Odyssey, arrivée sur Mars le 24 octobre 2001, a découvert une grande étendue d'eau gelée sous le sol. Cette glace se compose de boue gelée dans un pergélisol, environ 1 mètre sous la surface du sol martien. Les atterrisseurs Viking ont photographiés au lever du Soleil, sur le sol martien, une fine couche de givre probablement constituée de cristaux de glace d'eau.

La mission Mars-Express a crée la surprise en 2004 quand les instruments SPICAM et OMEGA ont détecté de l'eau gelée en contact avec l'atmosphère au pôle Sud. Plus tard, en 2005, l'instrument radar MARSIS a découvert, non seulement que les couches inférieures des calottes polaires étaient composées d'eau pure, mais il a découvert des gisements souterrains profonds de glaces à d'autres latitudes. La cartographie de ces dépots est en cours.

Dans l'atmosphère de Mars, la quantité d'eau ne dépasse pas les 100 micromètres. En comparaison, une atmosphère sur Terre de 1 millimètre d'eau de pluie est qualifiée de très sèche. D'autres études pour mieux connaître le cycle de l'eau de Mars sont donc encore nécessaires.


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