2. Enjeu de l'étude et démarches à mener
Dans notre exposé, on s'intéresse aux espèces chimiques de la famille du soufre. La
recherche de soufre dans l'atmosphère martienne est mise en oeuvre depuis plusieurs années, car la
présence de cet élément dans l'atmosphère laisserait supposer une activité interne (volcanisme ? ,
points chauds ? , ...) de la planète rouge. L'hypothèse que Mars soit une planète géologiquement
vivante a été relancée suite à la récente découverte de méthane dans l'atmosphère (Krasnopolsky et
al., 2004; Formisano et al., 2004 ; Mumma et al., 2009). On sait par ailleurs que les dernières traces
de volcanisme observées sur Mars ne sont vieilles que de 2 Ma (Hartmann et Bermann, 2000;
Sakimoto et al., 2003; Neukum et al., 2004)
A ce jour, l'existence du soufre dans l'atmosphère martienne n'a pas été prouvée, mais cela
n'empêche pas de suggérer son existence en faible quantité, notamment quand on sait que les
valeurs qu'on essaye de mesurer représentent des composés distribués de façon homogène dans
l'atmosphère - dû au temps de mélange du soufre dans l'atmosphère martienne de seulement
quelques mois - , et non les possibles sources ponctuelles présentes à la surface, sujettes à du
dégazage dans l'atmosphère.
En faisant l'hypothèse que des espèces soufrées existent dans l'atmosphère de Mars, nous
allons modéliser leur distribution spatiale ainsi que leur évolution saisonnière. L'objectif exact de
l'étude est de modéliser comment le SO2 dégazé par d'éventuelles sources géologiques va réagir
avec d'autres espèces chimiques, et comment les produits formés vont se répartir dans l'atmosphère.
Nous allons tout d'abord reprendre le modèle numérique chimique uni-dimensionnel (1D) que
Clément Doche a commencé à effectuer en 2010, dans le cadre de son stage de licence en Sciences
de la Terre, effectué au Latmos. Ce modèle décrit la distribution des espèces soufrées à 141 niveaux
d'altitude discrétisés tous les 1 km, en un point unique de Mars. Une colonne atmosphérique de 140
km est donc représentée. Le modèle 1D ne tient pas compte des transports que peuvent subir les
espèces chimiques au sein de l'atmosphère. C'est pour cette raison qu'on l'appelle « modèle
chimique » , qui s'occupe d'étudier le comportement des espèces chimiques dans l'atmosphère
uniquement à partir des vitesses de réactions propres à chaque réactif. Nous intégrons ensuite la
chimie du soufre testée dans ce modèle 1D dans un modèle tri-dimensionnel (3D) qui prend en
compte les transports advectifs et convectifs que peuvent subir les espèces chimiques, propres à la
dynamique atmosphérique martienne. Avant de pouvoir intégrer les données du modèle 1D dans le
modèle 3D, il sera d'abord nécessaire d'effectuer plusieurs tests en appliquant différentes méthodes
numériques qui permettront alors de valider le modèle 1D servant de référence.
3. La recherche de soufre dans l'atmosphère de Mars : tentatives de mesure
En considérant la possibilité de sources actives émettrices de composés gazeux sur Mars, la
communauté scientifique s'est penchée de plus près sur la recherche de ces composés. Sur Terre, le
CO2 , SO2 , H2S , CH4 , la vapeur d'eau et dans une moindre mesure les composés halogénés sont
typiquement émis par dégazage depuis les points chauds (Walker, 1997).
Serait-il possible qu'un volcan martien (par exemple le Mons Olympus situé dans la région
de Tharsis, considéré aujourd'hui comme éteint), une faille active ou autre phénomène géologique
puisse émettre du SO2 ? Mars a eu une tectonique des plaques dans le passé mais est considéré
aujourd'hui comme géologiquement éteinte, ce qui remet en question l'hypothèse de dégazage
volcanique. D'autres sources peuvent cependant être responsables de l'émission de composés
soufrés dans l'atmosphère, comme par exemple l'hydrothermalisme (Krasnopolky, 2005).
Bien que l'on sache désormais que des molécules sulfatées existent sur la surface de Mars -
depuis que ces informations ont été rapportées par les atterrisseurs Viking en 1976 (Toulmin et al.,
1977) - , personne n'a encore détecté la présence d'espèces soufrées dans l'atmosphère martienne.
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