LES MYSTERES DU CLIMAT DE VENUS (IV)
IV- UN CLIMAT INFERNAL QUI PEUT NOUS AIDER A COMPRENDRE L’EQUILIBRE DU CLIMAT TERRESTRE
Malgré cette exploration très poussée, de nombreux mécanismes de Vénus demeurent mal compris, à commencer par la dynamique et la chimie de son atmosphère très épaisse. Durant 2 jours vénusiens (qui équivalent à 486 jours terrestres), Venus Express doit étudier une atmosphère très dense et turbulente, composée à 96% de gaz carbonique, les tourbillons de nuages riches en acide sulfurique qui l'enveloppent ; ainsi que l’ionosphère.
(ESA)
Un but majeur est de comprendre l'importance de l'effet de serre dans la chaleur énorme de 480 degrés Celsius en moyenne qui règne au sol de la planète.
Venus Express va s’attacher à comprendre le réchauffement qui a transformé Vénus en enfer, alors que ses voisines du système solaire interne (laissons de côté le cas de Mercure qui n’a qu’une faible atmosphère) ont évolué différemment : Mars a presque perdu son atmosphère de CO2 et est devenu un monde glacé, alors que la Terre a acquis une atmosphère secondaire particulière (N2,O2) où l’effet de serre provoqué par les fortes concentrations de vapeur d’eau joue un rôle modéré, mais décisif pour la vie.
Les données de Venus express permettront aux scientifiques d’affiner des modèles pour répondre à quelques questions fondamentales concernant le climat de Vénus.
1- Pourquoi Vénus est-elle si sèche ? Que sont devenus les océans primitifs de Vénus ?
On ne sait pas si Venus possédait de grandes quantités d’eau initialement. Mais on peut faire l’hypothèse qu’à l’origine du système solaire, le bombardement primitif intense et le dégazage qui a suivi ont dû doter Vénus d’une hydrosphère comparable à la Terre. Or aujourd’hui dans son atmosphère, il n’y en a plus (sous forme de vapeur) que l’équivalent d’une pellicule de 30 cm d’eau liquide à la surface (contre 2,7 Km sur Terre).
Il est possible que Vénus ait perdu cette eau suite à l’érosion par le vent solaire, après la disparition de son champ magnétique protecteur, mais on peut aussi constater que le reste des constituants atmosphériques, en particulier le CO2, est toujours là. Cependant on a constaté que l’eau restante dans l’atmosphère sous forme de traces était 150 fois plus riche en eau lourde que l’eau terrestre, ce qui accrédite la thèse d’une photodissociation par les UV.
La basse couverture nuageuse vue par le spectromètre NIMS de la sonde Galileo en 1990 (Nasa/JPL)
Venus Express dispose d’un instrument comme Aspera 4 capable de mesurer la vitesse à laquelle les ions d’O et d’H s’échappent de la haute atmosphère dans l’espace, et de dresser une carte détaillée de ce processus. Par extrapolation, on pourra peut être avoir une idée de la quantité d’eau échappée depuis des milliards d’années. Le magnétomètre MAG permettra aussi de rechercher les effets magnétiques liés à l’interaction du vent solaire avec l’atmosphère et non un champ magnétique intrinsèque de Vénus (existence d’un champ rémanent par endroits comme sur Mars ?).
Vénus a un axe de rotation faiblement incliné de 2,7° donc contrairement à la Terre il n’y a pas de saisons. Si le soleil était visible sur Vénus, il se lèverait à l’Ouest car elle tourne en sens inverse de la Terre.
2-Pourquoi cet emballement de l’effet de serre sur Vénus ?
La composition de l’atmosphère actuelle de Vénus (96 % de CO2 ; 3 % d’azote sous forme réduite HN2 ; 1% de SO2, de vapeur d’eau et de gaz rares) est en premier lieu responsable des températures extrêmes à sa surface.
Située à 108 Millions de Km du soleil contre 150 Millions pour la terre, Vénus reçoit certes un flux solaire presque double, mais on estime que 65 à 80 % de celui-ci est réfléchi par la couverture nuageuse (d’où le fort albédo de Vénus - 0,65 - le 2ème du système solaire après la lune). Ainsi le flux net en surface est 3 fois moindre que sur Terre, mais le CO2 qui y est 250 000 fois plus concentré piège le rayonnement infrarouge renvoyé par le sol de Vénus, et cet effet de serre divergent contribuerait pour 350 °C à la température au sol (460°C en moyenne).
L’effet de serre emballé sur Vénus (Crédit ESA)
D’où vient la différence ?
De constituants atmosphériques mineurs (SO2 et H2O) qui absorbent très efficacement les radiations IR dans des bandes complémentaires du CO2. Les spectromètres de Vénus Express mesureront leurs concentrations à différentes altitudes ainsi que celles des fines particules d’acide sulfurique en solution aqueuse qui forment des nuages entre 45 et 70 Km d’altitude et contribuent aussi à l’effet de serre. La vapeur d’eau, bien que présente en quantités très faibles (30 ppm) joue donc un rôle important dans la chimie atmosphérique.
Les rejets artificiels de CO2 par l’Homme contribuent à l’effet de serre sur Terre. L’étude de l’effet de serre sur Vénus, dont les causes sont de nature différente, est aussi importante pour nous. Les températures de la surface (400-500°C) mesurées par les sondes Venera ont empêché toute vie de se développer sur Vénus malgré une quantité de Carbone comparable à la biosphère terrestre. Si la vie dans son ensemble n’apparaît pas menacée à court terme sur Terre par un réchauffement de quelques degrés dans les siècles à venir (ce ne serait pas la première fois, même si là les causes sont artificielles et le phénomène semble t’il plus rapide), qu’en sera-il à une échelle géologique ?
La planétologie comparée a en effet pour but de mieux comprendre l’Histoire de notre Terre, de savoir pourquoi elle a pu maintenir des conditions climatiques modérées permettant à l’eau d’exister en phase liquide.
L’effet de serre est-il durable sur Vénus?
On a vu qu’une partie notable de celui-ci était provoquée par le SO2, mais d’où provient-il sachant que l’atmosphère primaire de Vénus ne devait contenir que du CO2 et H2O ? Vénus a connu un volcanisme très actif il y a quelques centaines de milliers d’années, mais si les éruptions ont cessé, la concentration de SO2 dans l’atmosphère devrait baisser car le SO2 va se recombiner avec les roches de surface pour former des sulfates, et l’effet de serre va diminuer. Vénus express peut nous fournir des indices sur un tel processus, en mesurant la concentration du SO2 dans la basse atmosphère et en recherchant les signes d’une activité volcanique (points chauds) grâce à ses spectromètres PFS et VIRTIS.
3- Comment expliquer le régime des vents sur Vénus ?
La pression au sol sur Vénus est énorme : l´équivalent de 92 atmosphères terrestres. Cependant la vitesse des vents au sol mesurée par les sondes Venera est faible.
Par contre on sait que les vents d’altitude font le tour de Vénus en 5 jours. Ils vont d’Ouest en Est, dans le même sens rétrograde (celui des aiguilles d’une montre) que sa rotation. Le maximum de vitesse des vents est atteint vers 65 Km d’altitude avec des pointes vers 540 Km/H à l’Equateur. Vénus Express doit permettre de vérifier l’hypothèse que ce sont les contrastes thermiques (causés par la très lente rotation) entre des masses d’air situées du côté jour de la planète surchauffé et du côté nuit très froid qui sont à l’origine de cette « superrotation » des vents d’altitude si particulière dans le système solaire.
La couverture nuageuse en altitude vue en UV par Hubble en 1995 (L. Esposito (University of Colorado, Boulder, NASA)
Vénus Express doit aussi étudier le mode de fonctionnement de la circulation globale sur Vénus, puisque des déplacements méridiens se produisent comme sur Terre le long de cellules de Hadley, permettant l’égalisation des températures. On a par ailleurs observé que 2 énormes vortex effectuent au dessus des pôles une rotation assez complexe (en 3 jours terrestres pour celui du pôle Nord).
4- Quelle est la chimie atmosphérique dans la troposphère (entre 0 et 100 Km d’altitude) ?
Vénus Express va mesurer la composition des différentes couches atmosphériques et le cycle des constituants mineurs comme SO2 ou H2O qui jouent un grand rôle dans la chimie atmosphérique.
Vers 60 Km existe une épaisse couche de nuages jaunâtres de 20 Km d’épaisseur qui gênent les observations et intéressent particulièrement les scientifiques car sa partie supérieure est constituée de gouttelettes d’acide sulfurique en suspension formées par un processus déjà connu (photolyse de CO2 et de H2O par les UV).
Vénus Express doit établir la 1ère carte de la composition de la basse atmosphère (PFS). On ignore beaucoup de la chimie qui y prévaut, même si on pense que la décomposition de l’acide sulfurique au contact des très chaudes températures de la surface est le processus dominant dans les basses couches. Il faudra aussi déterminer l’origine de la grande quantité de particules fixes qui s’y trouvent…
De 60 à 110 Km (moyenne atmosphère) une quantité importante de CO est formée par photodissociation du CO2. C’est pareil pour H2S => acide sulfurique. Les données précises de Vénus Express permettront l’étude du cycle chimique de ces éléments.
De la très haute atmosphère (stratosphère) on sait peu de choses. Pourquoi la haute atmosphère d’une planète si proche du soleil a t’elle une température si basse alors qu’elle est si proche du soleil ? Il semblerait que l’absorption des UV par la stratosphère de Vénus soit moins efficace que sur Terre, si bien qu’elle ne connaît pas le phénomène d’inversion du gradient thermique entre la basse et la haute atmosphère comme sur Terre.