Les calottes polaires de Mars

Mars est une planète très spéciale. Composée à 95% de CO2, son atmosphère, gonfle et se dégonfle deux fois par an. En effet il y fait tellement froid (-130°C) pendant l’hiver polaire que le CO2 de l’air « gèle » (on dit que l’atmosphère se « condense ») et se dépose en surface créant une calotte polaire saisonnière. Au printemps, les rayons du soleil apportent suffisamment d’énergie pour que la glace de CO2 se « sublime » et passe en phase gazeuse. Ce phénomène a lieu dans l’hémisphère Nord et dans l’hémisphère Sud créant une oscillation bi-annuelle de pression. Cependant, il ne pleut jamais du CO2 liquide sur Mars car les conditions de pression ne le permettent pas.

L’eau y est présente également sous forme de vapeur et de glace. De la même manière, la vapeur d’eau atmosphérique se condense sous forme de glace sur les points froids et se sublime dès le retour du soleil. Actuellement, l’eau liquide n’est pas présente, sauf peut-être dans certaines conditions qui restent encore très débattues dans la communauté scientifique.

Même si ces échanges de volatils sont connus depuis les années 1970, il reste de nombreuses interrogations sur la microphysique de ces interactions. Pourquoi dans certains endroits, la glace de CO2 est transparente et produit des geysers de poussières ? Comment les dépôts saisonniers deviennent-ils de plus en plus brillants durant le printemps ? Comment se sont formées les calottes polaires glaciaires « permanentes » de plusieurs kilomètres d’épaisseurs ? Quel est le lien avec les tempêtes de poussières globales de Mars ? Malgré toutes les avancées, aucun modèle n’arrive à prédire ces phénomènes micro-physiques complexes, nécessaire à la bonne compréhension du climat martien.

Pour répondre à ces questions, les chercheurs proposent différentes pistes. En premier lieu, l’expérimentation en laboratoire permet de simuler à petite échelle les interactions fines entre poussière, glace d’eau et de CO2. Cette approche permet de mettre à jour des comportements parfois inattendus, comme des écoulements de formes étranges. Par ailleurs, les nombreuses missions ont permis l’acquisition de données par télédétection avec des instruments en orbite permettant de collecter des images, sur des centaines de couleurs différentes (des centaines de longueurs d’onde différentes) et plusieurs géométries de prise de vue pour le même objet au sol. Les scientifiques disposent d’images jusqu’à 25 cm de résolution permettant de suivre l’évolution des surfaces martiennes. Cependant les phénomènes en jeu étant très dynamiques, et les acquisitions étant séparées de quelques semaines, il est parfois difficile de « combler les trous ». Enfin, la troisième approche est la simulation numérique qui permet de faire le lien entre les résultats en laboratoire et l’analyse de données afin de préciser, tester et valider les hypothèses.

Les prochaines années promettent d’être riches sur ce sujet car les trois approches sont en effervescence. II y a actuellement sept satellites artificiels en orbite toujours fonctionnels, y compris les missions arrivées en 2021 Tianwen-1 (Chine) et Hope (Emirats Arabes Unis). Tous devraient compléter notre vision de la Planète Rouge