Des vents violents sur Mars

Malgré la très faible épaisseur de l'atmosphère martienne, il existe également des vents sur Mars, qui jouent un rôle central dans le climat et la répartition de la poussière. Les mouvements du vent et le soulèvement de la poussière donnent également naissance à ce qu’on appelle des « diables de poussière », des colonnes rotatives de poussière et d'air qui se déplacent sur la surface. Sur les images de Mars, le vent lui-même est invisible, contrairement aux diables de poussière bien visibles. Grâce à leur mouvement, ils constituent des indicateurs précieux pour les scientifiques, qui peuvent ainsi déterminer les vents autrement invisibles.

Une nouvelle étude dirigée par le Dr Valentin Bickel du Center for Space and Habitability de l'Université de Berne montre que les diables de poussière et les vents qui les entourent atteignent des vitesses nettement plus élevées qu'on ne le pensait jusqu'à présent. Les vents plus forts pourraient être responsables d'une grande partie de la levée de poussière sur Mars. Celle-ci a une grande influence sur la météo et le climat de Mars. L'étude, à laquelle participent également des scientifiques du département de recherche en astrophysique et planétologie de l'Institut de physique de l'Université de Berne, de l'Open University en Grande-Bretagne et du centre de recherche de l'Allemagne pour l'aéronautique et l'astronautique (DLR), vient d'être publiée dans le journal Science Advances.

Le mouvement des diables de poussière étudié à l'aide du deep learning

« Grâce à une approche d'apprentissage profond de pointe, nous avons pu identifier des diables de poussière dans plus de 50'000 images satellites », explique Valentin Bickel, premier auteur de l'étude. L'équipe a utilisé des images de la caméra martienne bernoise CaSSIS (Colour and Stereo Surface Imaging System) et de la caméra stéréo HRSC (High Resolution Stereo Camera). CaSSIS se trouve à bord de la sonde ExoMars Trace Gas Orbiter de l'Agence spatiale européenne (ESA), tandis que la caméra HRSC se trouve à bord de l'orbiteur de l'ESA Mars Express. « Notre étude se base donc exclusivement sur des données de l'exploration européenne de Mars », poursuit Bickel.

Dans une prochaine étape, l'équipe de recherche a examiné des images stéréoscopiques pour environ 300 des diables de poussière identifiés afin de mesurer leurs directions de mouvement et leurs vitesses. Le co-auteur Nicolas Thomas, sous la direction duquel le système de caméra CaSSIS a été développé et construit à l'Université de Berne et qui est financé par la Division Espace du SERFI via le programme PRODEX de l'ESA (voir infobox), explique : « Les images stéréoscopiques sont des images du même endroit sur la surface de Mars, mais prises à quelques secondes d'intervalle. Ces images peuvent donc être utilisées pour mesurer le mouvement des diables de poussière. » Bickel souligne : « Si l'on met les images stéréoscopiques bout à bout dans une séquence, on peut observer avec quelle dynamique les diables de poussière se déplacent à la surface. » 

Des vents plus forts sur Mars que ce que l'on pensait jusqu'à présent

Les résultats montrent que les diables de poussière et les vents qui les entourent sur Mars, avec des vitesses allant jusqu'à 44 m/s, soit environ 160 km/h, peuvent devenir beaucoup plus rapides sur toute la planète que ce que l'on pensait jusqu'à présent (des mesures précédentes à la surface avaient montré que les vents restaient en grande partie inférieurs à 50 km/h et pouvaient – dans de rares cas – atteindre au maximum 100 km/h).

La vitesse élevée des vents influence à son tour le cycle de la poussière sur la planète rouge : « Les vents forts et rectilignes introduisent très probablement une quantité considérable de poussière dans l'atmosphère martienne - et bien plus que ce que l'on pensait jusqu'à présent », explique Bickel. Il poursuit : « Nos données montrent où et quand les vents sur Mars semblent être suffisamment forts pour soulever la poussière de la surface. C'est la première fois que de telles connaissances sont disponibles à l’échelle mondiale pour une période d'environ deux décennies. »

Les futures missions martiennes pourront profiter des résultats de la recherche

Les résultats obtenus sont particulièrement importants pour les futures missions martiennes. « Une meilleure compréhension des conditions de vent sur Mars est décisive pour la planification et la réalisation de futures missions d’atterissages », explique Daniela Tirsch de l'Institut de recherche spatiale du centre de recherche de l'Allemagne pour l'aéronautique et l'astronautique (DLR) et co-auteur de l'étude. « Les nouvelles connaissances sur la dynamique des vents nous permettent de modéliser plus précisément l'atmosphère martienne et les processus de surface qui y sont liés », poursuit Tirsch. Ces modèles sont essentiels pour mieux évaluer les risques pour les missions futures et pour adapter les systèmes techniques en conséquence. La nouvelle étude fournit ainsi des informations importantes pour toute une série de domaines de recherche sur Mars, par exemple l'étude de la formation des dunes et des pentes, mais aussi la création de modèles météorologiques et climatiques de Mars.

Les chercheurs et chercheuses prévoient d'intensifier les observations de diables de poussière et de compléter les données obtenues par des observations ciblées et coordonnées de diables de poussière avec CaSSIS et HRSC. « Notre recherche devrait ainsi contribuer à long terme à rendre la planification des missions martiennes plus efficace », conclut Bickel.