Une barrière au-dessus de Mars limite le mélange atmosphérique

L'atmosphère de Mars est un laboratoire naturel pour l'étude des atmosphères planétaires. La poussière et la vapeur d'eau y interagissent avec la circulation, le climat et la surface. La poussière absorbe et diffuse le rayonnement, modifiant la température et le mouvement de l'air. La vapeur d'eau relie l'atmosphère aux calottes polaires et au bilan hydrique à long terme. Les observations montrent une répartition hétérogène de ces composants à l'échelle de la planète, mais aucun mécanisme cohérent ne l'expliquait jusqu'ici.

Une équipe de l'université SUSTech (Southern University of Science and Technology), située dans le sud de la Chine, a appliqué une méthode de suivi lagrangien des particules entraînées par l'écoulement atmosphérique. Les résultats ont été publiés dans « Nature Geoscience ».

Une barrière au bord de la circulation

La première conclusion concerne le bord même de la circulation planétaire de Hadley, où l'air s'élève dans la zone équatoriale et redescend aux hautes latitudes. Cette frontière forme une barrière dynamique au transport de matière. En 30 jours terrestres, seuls environ 15 % des particules relâchées à l'intérieur de la circulation et 20 % de celles relâchées à l'extérieur parviennent à la franchir. Cet état se maintient pendant environ 80 % de l'année martienne. Pendant les 20 % restants, la structure s'affaiblit en deux cellules moins intenses, avec un schéma d'isolement différent.

Une téléconnexion entre les pôles

Le second résultat est plus surprenant encore. Au-dessus de la cellule de Hadley, les auteurs ont identifié une téléconnexion entre les régions polaires des deux hémisphères. Une particule peut passer en 10 jours terrestres des hautes latitudes de l'hémisphère d'été aux hautes latitudes de l'hémisphère d'hiver. L'analyse dimensionnelle indique que la rotation rapide de Mars permettrait la formation de tourbillons semblables à ceux de la Terre. Mais l'atmosphère raréfiée atteint si vite l'équilibre radiatif que ces tourbillons sont efficacement supprimés. Le transport sur Mars se fait donc principalement le long de l'écoulement moyen, contrairement à la Terre où les tourbillons dominent. Vénus possède également un écoulement moyen, mais sa forte superrotation confine le transport à de étroites bandes de latitude.

Ces mécanismes ont des conséquences concrètes. La séparation de la poussière et de la vapeur d'eau peut freiner la formation des glaces d'eau, modifiant ainsi le bilan radiatif et le cycle de l'eau. Les composants transformés par photochimie dans les couches supérieures sont acheminés directement au-dessus du pôle d'hiver. Sur une échelle plus longue, un tel schéma favoriserait le dépôt de l'eau et de ses isotopes, par exemple de l'eau semi-lourde, uniquement aux hautes latitudes. L'échappement atmosphérique modifierait en outre les ressources en eau de la planète. Ce n'est pas la fin des questions, mais la première image cohérente de la manière dont une planète à atmosphère fine filtre son propre transport.