L'atmosphère de Mars
Mars possède une atmosphère dont la pression moyenne au sol est environ 0,6 % de celle de la Terre. Longtemps considérée comme une planète désertique et inerte, Mars a révélé, grâce aux missions successives des dernières décennies, une complexité atmosphérique remarquable. Cette atmosphère, bien que rare, présente des processus météorologiques, des variations saisonnières, et des interactions chimiques et physiques avec la surface et l'espace environnant.
L'atmosphère martienne est dominée par le dioxyde de carbone (CO2), qui représente environ 95,3 % de sa composition. Les autres constituants majeurs sont l'azote (N2, 2,7 %) et l'argon (Ar, 1,6 %), auxquels s'ajoutent des traces d'oxygène moléculaire (O2, 0,13 %), de monoxyde de carbone (CO, 0,07 %) et de vapeur d'eau (H2O, en concentration très variable mais généralement inférieure à 0,03 %).
La pression moyenne à la surface varie autour de 6 millibars, avec des fluctuations saisonnières liées à la condensation et à la sublimation du CO2 dans les calottes polaires. La température de surface oscille entre environ 20 °C en journée à l'équateur et -125°C la nuit près des pôles.
La faible densité atmosphérique et la minceur de la couche gazeuse impliquent un effet de serre limité, estimé à environ 5 °C, bien inférieur à celui de la Terre (33 °C).
Les premières données directes sur l'atmosphère martienne furent obtenues par les missions Mariner et Viking dans les années 1970. Les atterrisseurs Viking 1 et 2 ont réalisé les premières analyses chimiques détaillées, confirmant la dominance du CO2 et mesurant la pression, la température et l'humidité relative.
Les missions suivantes ont considérablement affiné ces observations. La sonde Mars Global Surveyor (1997-2006) a permis la cartographie de la densité atmosphérique et l'étude de la dynamique des vents. Le rover Curiosity, à bord de la mission Mars Science Laboratory (depuis 2012), a fourni des mesures isotopiques précises grâce à l'instrument SAM (Sample Analysis at Mars), révélant un enrichissement en isotopes lourds du carbone et de l'argon, signe d'une fuite atmosphérique progressive vers l'espace.
Plus récemment, la mission ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), lancée en 2016, a détecté et mesuré des gaz rares en trace, tels que le méthane (CH4), dont la présence sporadique soulève des questions sur d'éventuels processus géochimiques ou biologiques actifs.
Les modèles de formation planétaire suggèrent que Mars aurait initialement possédé une atmosphère plus dense, capable de maintenir de l'eau liquide en surface. La disparition progressive de cette atmosphère résulte de plusieurs mécanismes : l'échappement thermique par la perte des molécules légères sous l'effet du rayonnement solaire, l'érosion par le vent solaire en l'absence de magnétosphère globale, et les impacts météoritiques de grande ampleur.
La chimie atmosphérique de Mars est dominée par la photochimie du CO2 sous l'effet du rayonnement ultraviolet. Ce processus engendre la formation de monoxyde de carbone (CO) et d'oxygène atomique (O), qui peuvent se recombiner à haute altitude ou interagir avec les minéraux de la surface. L'absence d'ozone en concentration significative laisse pénétrer le rayonnement ultraviolet, induisant des réactions photochimiques complexes.
La vapeur d'eau, bien que rare, participe à un cycle saisonnier influencé par la température et la topographie. Des nuages de glace d'eau et de dioxyde de carbone se forment dans la troposphère, modifiant localement la dynamique thermique et la réflectivité de la surface. Les tempêtes de poussière, parfois planétaires, affectent également la distribution de la chaleur et la chimie atmosphérique en favorisant la photodissociation de certaines molécules.
L'actuelle atmosphère martienne ne permet pas la stabilité de l'eau liquide à la surface, sauf dans des conditions transitoires. La faible pression entraîne l'évaporation rapide de la glace fondue, tandis que la minceur de la couche gazeuse limite la rétention thermique. Ces conditions ont façonné un environnement dominé par l'érosion éolienne, les dépôts de poussière et la sublimation du givre polaire.