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Attention aux apparences !

Nuage allongé visible dans la région du volcan Arsia Mons, près de l’équateur martien © ESA/GCP/UPV/EHU Bilbao, CC BY-SA 3.0 IGO

Le géographe Gilles Dawidowicz se penche sur une étrange formation martienne, et en particulier cette image réalisée le 10 octobre dernier par la sonde européenne Mars Express.

Le vieil adage ne se dément pas, même sur Mars. Et, fort heureusement, la sonde européenne Mars Express (MEX) nous permet de lever un voile (nuageux) sur un phénomène bien connu sur Terre : un nuage orographique, à ne pas confondre avec l’effet de foehn.

Sur Terre, l’effet de foehn est un phénomène météorologique créé par la rencontre de la circulation atmosphérique et d’un relief, quand un vent dominant rencontre une chaîne montagneuse. Il fait référence au nom donné à un vent fort, sec et chaud des Alpes. Au final, le phénomène est bien identifié : l'air situé sur le versant ascendant d’un relief subit un refroidissement adiabatique sec, ce qui augmente son humidité jusqu'à saturation. S'il y a condensation, il y aura production de nuages et de précipitations de ce côté du relief, puis le taux de changement deviendra celui plus lent du gradient adiabatique humide. En aval de l'obstacle, de l’autre côté du relief, l'air redescendant se réchauffe selon l'adiabatique sèche, ce qui dégage le ciel de ce côté. Selon la quantité de vapeur d'eau perdue et la différence d'altitude avant et après l'obstacle, la température en aval pourra être plus chaude qu'en amont. Dans le cas du foehn, le nuage reste bloqué du côté amont, par le relief lui-même.

Un nuage orographique est quant à lui un nuage formé par le soulèvement dû au relief, en amont ou en aval de l'obstacle. Poussé par un vent dominant, l’air rencontrant l’obstacle doit s'élever. Cela génère une ascendance de l'air qui en remontant la pente va changer de température. L’air suit une variation selon le gradient adiabatique sec tant qu'il n'est pas saturé. Puis le changement se fait selon le taux du gradient adiabatique humide et il y a alors formation de nuages. Dans ces deux cas, si le taux de variation de la température de la masse d'air soulevée devient plus grand que celui de l'environnement, l'air soulevé devient instable. En aval de l'obstacle, il peut alors se former une onde de gravité atmosphérique. Si l'environnement est stable, la masse d'air redescendra du côté aval de l'obstacle et entrera en oscillation autour d'une hauteur égale ou inférieure au sommet de celui-ci. Par contre, si l'air est instable, l'air continuera de s'élever, avec ou sans oscillation. En gagnant de l'altitude, la masse d'air prend de l'expansion et se refroidit par détente adiabatique. Ce refroidissement entraîne une augmentation de l'humidité relative et peut atteindre la saturation. Si cela se produit, on voit l'apparition de nuages ou de précipitations tant en amont du sommet de l'obstacle, qu'en aval de celui dans les régions de maxima de l'onde.

Sur Mars, l’existence de nuages orographiques est démontrée depuis des décennies déjà, particulièrement dans la région de Tharsis. Et même si le phénomène diffère sensiblement du fait de paramètres atmosphériques (température, pression, composition gazeuse, charge en poussière, hygrométrie et dynamique...) et de paramètres géophysiques (géomorphologie de surface, physique du relief...) très différents de ceux de la Terre, il n’en reste pas moins spectaculaire car la circulation nuageuse est bien plus ténue que sur Terre, mais aussi parce que la morphologie des nuages ainsi formés rappelle les panaches de fumées… d’un volcan en activité.

La scène se passe donc dans la région de Tharsis, là où l’on rencontre les grands volcans boucliers de forme conique de la planète rouge, en fait les plus grands volcans du système solaire ! Ces incroyables structures géologiques, connues depuis le début de l’ère spatiale (et déjà suspectées à l’ère télescopique) sont au nombre de 4 : Olympus Mons, le plus grand de tous, puis dans un alignement stupéfiant pareil à un point chaud sur Terre, trois autres géants : Ascraeus Mons, Pavonis Mons et Arsia Mons.

 

Les observations de MEX.

Et c’est justement sur ce dernier que l’attention s’est portée depuis le 13 septembre dernier, grâce à la caméra VMC (Visual Monitoring Camera) à bord de MEX. Depuis cette date en effet, la sonde de l’Agence spatiale européenne observe avec une régularité de métronome, l’évolution de cette drôle de formation nuageuse bien connue des planétologues mais qui surprend toujours le profane : un beau et long nuage orographique. Précisément ce nuage avait déjà été observé par Mars Express et d'autres sondes spatiales en 2009, 2012 et 2015. En fait, ce nuage apparaît régulièrement à proximité de ce volcan. Arsia Mons, un volcan de 20 km d’élévation et de 250 km de diamètre - éteint comme tous les autres volcans martiens - représente donc un barrage naturel pour les courants d’air. Ainsi, ce très beau nuage de glace d’eau s’étend sur plus de 1000 km de long à l’Ouest du volcan, comme la fumée d’un paquebot le ferait dans son sillage. Presque parallèle à l’équateur, l’apparence de ce nuage orographique est changeante au fil de la journée et s’étire durant la matinée sous le vent du volcan. Il atteint sa taille maximale en fin de journée, devenant probablement observable depuis la Terre avec de puissants télescopes. Ce nuage a également été observé dans le visible et le proche infrarouge par le spectromètre OMEGA et la caméra HRSC de la sonde Mars Express, fournissant aux scientifiques de nouvelles données pour étudier le phénomène.

On sait que la formation des nuages de ce type est très liée à la quantité de poussière présente dans l'atmosphère. Or cette image, obtenue comme plusieurs dizaines d’autres après la grande tempête de poussière qui a envahi la planète tout entière en juin et juillet dernier, fournira des informations importantes sur les phénomènes météo martiens.

Lancée le 2 juin 2003, la sonde européenne Mars Express se trouve sur orbite autour de la planète rouge depuis le 25 décembre 2003.

 

Gilles Dawidowicz est géographe, président de la commission de Planétologie de la Société astronomique de France. Après avoir décrypté 79 images de Thomas Pesquet durant toute la mission Proxima, il nous commente désormais les clichés les plus saisissants du système solaire, d'hier et d'aujourd'hui.

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