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Simulation du temps, du climat et de la chimie atmosphérique sur Mars

Research Topic Chapter
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L'IASB a développé un modèle météorologique et climatique, similaire aux modèles de prévision météorologique sur Terre, afin de simuler la chimie atmosphérique sur Mars. La destruction par le Soleil des molécules de dioxyde de carbone (CO2) et de vapeur d'eau (H2O) plus abondantes dans l'atmosphère martienne entraîne la formation d'espèces mineures telles que l'oxygène (O2), le monoxyde de carbone (CO), l'ozone (O3) et le peroxyde d'hydrogène (H2O2). Le modèle de l’IASB, nommé GEM-Mars, est capable de simuler les concentrations et les variations de ces molécules avec une bonne précision et sera par conséquent un outil précieux pour l'analyse des données de l'instrument NOMAD à bord du satellite ExoMars.
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Le modèle GEM-Mars

Pour étudier l'atmosphère martienne, il faut disposer de modèles informatiques tridimensionnels d’une grande complexité, intégrant la dynamique et la chimie de l'atmosphère à l’instar des modèles météorologiques et climatiques de la Terre. En partant de l’un d’entre eux élaboré au Canada, L’IASB a développé un tel outil, le nommant GEM-Mars, le deuxième du genre au monde.

L’atmosphère chimique de Mars

L'atmosphère de Mars est composée à 96% de dioxyde de carbone (CO2). La calotte glaciaire au pôle nord libère de la vapeur d'eau (H2O) chaque année en été. Les interactions chimiques entre les produits de la photodissociation du CO2 et de H2O entraînent la formation d’autres espèces, telles que l’ozone (O3) et le peroxyde d’hydrogène (H2O2). Le CO2 et la vapeur d’eau sur Mars subissent un cycle complexe car ils peuvent se condenser sous forme de nuages de glace ou à la surface de la planète. Les modèles de l’atmosphère martienne doivent inclure toutes ces interactions complexes.

Résultats récents et plans futurs

Une évaluation approfondie des capacités du modèle GEM-Mars a été réalisée en comparant l’état de l’atmosphère simulé avec les mesures disponibles des espèces les plus importantes sur Mars:

  • CO2
  • CO
  • H2O
  • H2O2
  • O3
  • le rayonnement émis lors de la relaxation des molécules d’oxygène excitées

Les résultats sont excellents et font de GEM-Mars un modèle à la pointe.

À présent, le modèle sera appliqué à l'analyse et à l'interprétation des observations de l'instrument NOMAD à bord du satellite ExoMars, qui a commencé son étude de la composition de l'atmosphère de Mars en avril 2018.

 

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Figure 2 caption (legend)
Variation de l'ozone sur Mars au cours d’une année martienne: observations de MARCI sur le satellite NASA MRO (en haut) par rapport à la simulation GEM-Mars (en bas). Les unités sont en µm-atm. Données fournies par R.T. Clancy, Space Science Institute, États-Unis.
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Figure 3 caption (legend)
Répartition de H2O2 sur Mars autour de l'équinoxe d'automne, simulée par GEM-Mars (rapport de mélange en volume intégré dans la colonne, parties par milliard). Les valeurs simulées correspondent bien aux observations effectuées à l'aide d'un télescope basé sur Hawaï par Thérèse Encrenaz (Observatoire de Paris, France). La carte est centrée sur la région de Tharsis avec 4 grands volcans.