Les tempêtes de poussière sont un grave danger sur Mars. Alors que de plus petites tempêtes et des diables de poussière se produisent régulièrement, de plus gros se produisent chaque année (pendant l’été dans l’hémisphère sud) et peuvent couvrir des zones de la taille d’un continent pendant des semaines. Une fois toutes les trois années martiennes (environ cinq ans et demi terrestres), les tempêtes peuvent devenir suffisamment importantes pour englober la planète entière et durer jusqu’à deux mois. Ces tempêtes jouent un rôle majeur dans les processus dynamiques qui façonnent la surface de Mars et sont parfois visibles depuis la Terre (comme la tempête de 2018 qui a mis fin à la Opportunité mission du rover).
Lorsque les tempêtes martiennes deviennent particulièrement fortes, la friction entre les grains de poussière les électrifie, transférant des charges positives et négatives par l’électricité statique. Selon les recherches menées par le scientifique planétaire Alian Wang de l’Université de Washington à Saint-Louis, cette force électrique pourrait être la principale force motrice du cycle du chlore martien. Sur la base de leur analyse, Wang et ses collègues pensent que ce processus pourrait expliquer les perchlorates abondants et autres produits chimiques que les missions robotiques ont détectés dans le sol martien.
Le Dr Wang a dirigé une équipe internationale de chercheurs de la Texas Tech University, de l’Université du Delaware, du McDonnell Center for the Space Sciences (MCSS) et de l’Université d’Oxford. L’article qui décrit leurs découvertes est récemment paru dans le Lettres de recherche géophysique. Dans ce document, Wang et ses collègues ont démontré comment les décharges électriques causées par les tempêtes de poussière pouvaient être responsables de la décomposition des sels de chlorure et de la création de chlore atmosphérique et d’autres composés chimiques trouvés à la surface (chlorates, perchlorates et carbonates).
Sur Mars, le chlore est considéré comme l’un des cinq “éléments mobiles”, les autres étant l’hydrogène, l’oxygène, le carbone et le soufre. Comme le cycle de l’eau de la Terre (ou le cycle du méthane de Titan), cela signifie que le chlore est transféré entre la surface martienne et l’atmosphère sous différentes formes. Il existe sous forme gazeuse dans l’atmosphère, tandis que des dépôts de chlorure se trouvent à la surface. Ces gisements sont similaires aux marais salants trouvés à travers la Terre, comme les Bonneville Salt Flats dans l’Utah, le Etosha Pan en Namibie et le Salar de Uyuni en Bolivie (le plus grand du monde).
Semblables à la Terre, ces dépôts de chlorure sont probablement les restes séchés de plaques d’eau saumâtre qui existaient à la surface. Il est théorisé qu’ils se sont formés à partir d’interactions entre la surface et l’atmosphère pendant la période amazonienne. Cette ère géologique s’étend jusqu’à ce jour et on pense qu’elle a commencé avec la fin de la période hespérienne (il y a environ 3 milliards d’années) lorsque Mars était encore en train de passer d’un environnement plus chaud et plus humide à ce que nous y voyons aujourd’hui (extrêmement froid et desséché ).
Puisqu’il n’y a plus d’échange entre la surface et l’atmosphère, les scientifiques se sont demandé comment les dépôts atmosphériques de chlore et de chlorure pouvaient être liés. Dans leur nouvelle étude, Wang (boursière du MCSS) et ses collègues ont démontré que les décharges électriques causées par les tempêtes de poussière sont un moyen efficace d’échange de chlore entre la surface et l’air. La possibilité que les tempêtes de poussière puissent être une source de chimie réactive sur Mars a été proposée pour la première fois lorsque le Viking 1 et 2 des missions y ont atterri dans les années 1970.
Cependant, les effets chimiques des activités de la poussière étaient difficiles à étudier puisque l’ESA Schiaparelli L’atterrisseur (qui étudierait le phénomène) s’est écrasé à la surface en 2016. En conséquence, les scientifiques ont dû s’en tenir à la modélisation climatique et aux études expérimentales, y compris les recherches que Wang et d’autres scientifiques planétaires ont effectuées ces dernières années. Celles-ci ont montré que lorsque les décharges électrostatiques interagissent avec les sels de chlore dans un environnement riche en dioxyde de carbone (comme l’atmosphère martienne), du chlore gazeux est libéré et des perchlorates et des carbonates peuvent être générés.
Cependant, cette dernière étude était la première fois que les scientifiques planétaires tentaient de quantifier la quantité de ces produits chimiques produits lors des tempêtes de poussière martiennes. Cela a été fait grâce à une série d’expériences à la chambre d’analyse et d’environnement planétaire de l’Université de Washington (PEACh), où l’équipe a soumis divers sels minéraux de chlorure communs à des décharges électriques dans des conditions semblables à celles de Mars. Comme Wang l’a indiqué dans un communiqué de presse de l’Université de Washington (The Source), les résultats ont confirmé leur théorie :
“L’électrification par friction est un processus courant dans notre système solaire, les activités de la poussière martienne étant connues pour être une source puissante d’accumulation de charge électrique. La faible atmosphère de Mars facilite grandement la décomposition des champs électriques accumulés sous la forme de décharges électrostatiques. En fait, c’est cent fois plus facile sur Mars que sur Terre.
« Les taux de réaction sont énormes. Il est important de noter que le chlore libéré dans un processus de décharge électrostatique de courte durée à intensité moyenne est à un niveau de pourcentage. Aucun autre procédé que nous connaissons ne peut le faire, en particulier avec un tel rendement quantitativement élevé de libération de chlore.
Au cours d’une expérience de décharge électrostatique simulée de sept heures, ils ont découvert qu’au moins 1 molécule de chlorure sur 100 se décomposait et libérait un atome de chlore. En outre, la décharge électrique expliquait également les concentrations mondiales très élevées de composés de perchlorate et de carbonate dans la couche arable martienne – bien que les taux de formation aient été légèrement inférieurs (niveaux inférieurs à un pourcentage pour mille). L’expérience a également montré que les plages de concentration observées pouvaient être accumulées dans la moitié de la période amazonienne.
Enfin, les rendements élevés pourraient expliquer les fortes concentrations atmosphériques de chlorure d’hydrogène observées lors des tempêtes de poussière de 2018 et 2019. Dit Kevin Olsen, chercheur à l’Open University et co-auteur de la nouvelle étude :
“Le taux élevé de libération de chlore à partir de chlorures communs révélé par cette étude indique une voie prometteuse pour convertir les chlorures de surface en phases gazeuses que nous voyons maintenant dans l’atmosphère. Ces découvertes confirment que les activités de la poussière martienne peuvent entraîner un cycle mondial du chlore. Avec l’ExoMars Trace Gas Orbiter, nous observons une activité saisonnière répétée qui coïncide avec des tempêtes de poussière mondiales et régionales.
Une autre conclusion intéressante de cette étude était la façon dont l’équipe a théorisé à quoi pourraient ressembler les décharges électrostatiques sur Mars. Selon Wang, la décharge ne ressemblerait pas à un éclair (comme c’est le cas sur Terre). Au lieu de cela, a-t-elle dit, cela ressemblerait davantage à une lueur en raison de la faible atmosphère de Mars. “Cela pourrait ressembler un peu aux aurores boréales dans les régions polaires de la Terre, où des électrons énergétiques entrent en collision avec des espèces atmosphériques diluées”, a-t-elle déclaré.
À ce jour, aucune mission robotique sur Mars, qu’il s’agisse d’atterrisseurs, de rovers ou d’orbiteurs, n’a été témoin d’une décharge électrique lors d’une tempête de poussière. Les lueurs seraient probablement obscurcies par les fortes concentrations de poussière et ne seraient pas visibles depuis l’orbite. Pendant ce temps, les missions de surface qui dépendent de l’énergie solaire sont obligées de suspendre leurs opérations lors de fortes tempêtes pour préserver l’énergie (comme ce fut le cas lors de la récente saison des tempêtes pour le Ingéniosité hélicoptère). Mais peut-être que la puissance nucléaire Curiosité ou Persévérance rover pourrait obtenir une photo franche de ce phénomène avant que leurs missions ne soient terminées.
Sinon, nous devrons peut-être attendre des missions en équipage pour voir l’une de ces «aurores boréales», ce qui pourrait conduire à une situation semblable à celle de Mark Whatney!
Lectures complémentaires : Université de Washington à Saint-Louis, Lettres de recherche géophysique
