Ce nuage qui se forme sur Mars est appelé Arsia Mons Elongated Cloud (AMEC) avec une longueur qui peut atteindre 1 800 kilomètres et une largeur d’environ 150 kilomètres. Son apparition a lieu au lever du jour avant de s’étirer vers l’ouest à plus de 600 kilomètres par heure puis de disparaître vers midi.
C’est pendant 80 jours lors du printemps et de l’été de l’hémisphère sud de Mars qu’a lieu sa période d’activité avec une composition faite de glace d’eau qui ne vient pas d’une éruption du volcan. Mais le volcan Arsia Mons explique pourquoi ce nuage est toujours au même endroit.
Le volcan Arsia Mons atteint environ 20 kilomètres de haut, soit plus de deux fois la hauteur de l’Everest. Les vents font alors monter de l’air humide de plusieurs kilomètres en quelques minutes. La température peut donc chuter de 30 degrés en dix minutes et l’air est si froid qu’il contient bien plus de vapeur d’eau qu’il ne peut normalement stocker sous cette forme.
Sur Terre, la vapeur d’eau ne se transforme pas facilement en glace toute seule. Il faut d’abord qu’elle se fixe sur de minuscules grains de poussière, de sel ou de suie qui sont utilisés comme support pour les futurs cristaux. Mars a beaucoup de poussière alors forcément, les premiers modèles de nuages utilisaient ce mécanisme. Mais pourtant, cela ne les empêchait pas d’échouer à reproduire correctement la taille, l’heure d’apparition et l’évolution des nuages.
L’équipe qui s’est interrogée sur ce nuage a alors testé une autre possibilité. Dans leur nouveau modèle, les molécules d’eau ont la possibilité de former directement des cristaux de glace sans même avoir de grain de poussière au centre. Quand ce mécanisme fut ajouté, le modèle a reproduit un nuage très proche de celui observé sur Mars en termes de taille, de forme et de durée.
Un phénomène que les chercheurs appellent nucléation homogène. Jorge Hernández-Bernal, chercheur en sciences planétaires et l’un des auteurs de l’étude, explique que son équipe fut très surprise : "Nous n’avons jamais vu ce processus dans une atmosphère planétaire, c’est totalement inattendu." Le mécanisme est bien décrit dans les manuels, mais on ne l’a jamais observé directement sur Terre, Mars ou toute autre planète.
Et pour former ce nuage, les conditions requises sont extrêmes. Le modèle estime que l’humidité locale peut atteindre un niveau plus de 100 000 fois supérieur à celui rencontré près du sol sur Terre. Une condition qui n’a lieu que peu de temps au-dessus d’Arsia Mons, quand l’air monte très vite puis se refroidit brutalement. C’est pendant cette courte fenêtre que les cristaux de glace pourraient naître sans même de poussière.
Mars est considérée comme une planète sèche, mais la région de Tharsis cache bien plus d’eau qu’on ne le pense. Selon des observations de Mars Express et de l’ExoMars Trace Gas Orbiter, il y a du givre d’eau sur plusieurs volcans proches de l’équateur, dont Arsia Mons.
Sur ces sommets, environ 150 000 tonnes d’eau gèlent puis s’évaporent chaque jour pendant les saisons froides. Des dépôts qui montrent que de l’eau circule parfois localement au-dessus des reliefs alors qu’on pensait sa présence improbable là-bas.
En 2018, Mars Express a permis de repérer ce nuage clairement, puis de suivre son évolution sur quelques heures. Dans les années 70, Viking 2 a déjà photographié une partie de ce phénomène, sans que les chercheurs de l’époque ne comprennent son importance.
Si plusieurs sondes modernes passent au-dessus de cette région plus tard dans la journée après la disparition du nuage, Mars Express a une orbite qui permet d’observer bien plus tôt dans la matinée. Bref, cette découverte pourrait intéresser tous ceux qui étudient les autres atmosphères.
Les physiciens ont déjà envisagé une formation de glace dans les très hautes couches de l’atmosphère terrestre et sur Vénus, mais sans preuve jusque-là. La prochaine étape est de savoir si le même mécanisme peut faire apparaître certains nuages dans l’atmosphère de certaines planètes.
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