Climat expliqué : pourquoi Mars est froide malgré une atmosphère composée principalement de dioxyde de carbone

Climate Explained est une collaboration entre The Conversation, Stuff et le Centre des médias scientifiques de Nouvelle-Zélande pour répondre à vos questions sur le changement climatique.

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Si d’infimes concentrations de dioxyde de carbone peuvent contenir suffisamment de chaleur pour créer un impact de réchauffement global sur la Terre, pourquoi Mars est-elle froide ? Son atmosphère est composée à 95 % de dioxyde de carbone.

La recette de la température de la surface d’une planète comporte quatre ingrédients majeurs : la composition atmosphérique, la densité atmosphérique, la teneur en eau (provenant des océans, des rivières et de l’humidité de l’air) et la distance au Soleil. Il existe d’autres ingrédients, notamment les effets saisonniers ou la présence d’une magnétosphère, mais ceux-ci fonctionnent davantage comme l’ajout d’une saveur à un gâteau.

Lorsque l’on observe la Terre, l’équilibre de ces ingrédients rend notre planète habitable. Les changements dans cet équilibre peuvent entraîner des effets qui peuvent être ressentis à l’échelle planétaire. C’est exactement ce qui se passe avec l’augmentation des gaz à effet de serre dans l’atmosphère de notre planète.

L’augmentation des concentrations de dioxyde de carbone, de méthane, d’hexafluorure de soufre et d’autres gaz dans l’atmosphère a fait monter progressivement la température de la surface de notre planète et continuera à le faire pendant de nombreuses années.

En conséquence, les endroits recouverts de glace commencent à fondre et les événements météorologiques extrêmes deviennent plus fréquents. Cela nous pose un défi croissant pour nous adapter à cette nouvelle réalité.

Petite concentration, grand effet

Il est surprenant de réaliser à quel point la concentration de dioxyde de carbone (CO₂) et d’autres gaz à effet de serre doit peu changer pour provoquer un tel changement dans notre climat. Depuis les années 1950, nous avons augmenté les niveaux de CO₂ dans l’atmosphère d’une fraction de pour cent, mais cela provoque déjà plusieurs changements dans notre climat.

C’est parce que le CO₂ représente une infime partie de l’atmosphère terrestre. Il est mesuré en parties par million (ppm), ce qui signifie que pour chaque molécule de dioxyde de carbone, il y en a un million d’autres. Sa concentration n’est que de 0,041 %, mais même un petit changement de pourcentage représente un grand changement de concentration.

Nous pouvons savoir comment étaient l’atmosphère et le climat de la Terre dans un passé lointain en analysant les bulles d’air anciennes piégées dans la glace. Pendant les périodes glaciaires de la Terre, la concentration de dioxyde de carbone était d’environ 200 ppm. Pendant les périodes interglaciaires plus chaudes, elle oscillait autour de 280 ppm, mais depuis les années 1950, elle continue d’augmenter inexorablement. En 2013, les niveaux de CO₂ ont dépassé les 400ppm pour la première fois dans l’histoire enregistrée.

Cette hausse représente presque un doublement de la concentration, et il est clair que, dans la recette de la température de surface de la Terre, le dioxyde de carbone et les autres gaz à effet de serre doivent être utilisés avec modération.

Le rôle de l’eau

Comme la farine pour un gâteau, l’eau est un ingrédient important de la surface de la Terre. L’eau fait que la température se déplace lentement. C’est pourquoi les températures dans les forêts tropicales humides ne changent pas beaucoup, mais le désert du Sahara est froid la nuit. La Terre est riche en eau.

Regardons nos planètes solides. Mercure est la planète la plus proche du Soleil, mais elle a une atmosphère très fine et n’est pas la planète la plus chaude. Vénus est très, très chaude. Son atmosphère est riche en dioxyde de carbone (plus de 96%) et elle est très dense.

L’atmosphère de Mars est également riche en dioxyde de carbone (plus de 96%), mais elle est extrêmement mince (1% de l’atmosphère terrestre), très sèche et située plus loin du Soleil. Cette combinaison fait de la planète un endroit incroyablement froid.

L’absence d’eau fait que la température sur Mars change beaucoup. Les rovers d’exploration de Mars (Spirit au cratère Gusev et Opportunity à Meridiani Planun) ont connu des températures allant de quelques degrés Celsius au-dessus de zéro à moins 80℃ la nuit : chaque jour martien, appelé sol.

Terraformation ou fixation de la terra

L’un des défis intéressants auxquels nous sommes confrontés lors de la construction de charges utiles spatiales, comme nous le faisons à l’Université Griffith, est de construire des instruments qui peuvent résister à une gamme de températures aussi large.

J’adore les conversations sur la terraformation. C’est l’idée que nous pourrions voler vers une planète dont l’atmosphère est irrespirable et la réparer en utilisant une sorte de machine pour filtrer les gaz désagréables et libérer les bons gaz dont nous avons besoin pour survivre, à la bonne quantité. C’est un thème récurrent dans de nombreux films de science-fiction, notamment Aliens, Total Recall et Planète rouge.

J’espère que nous pourrons réparer notre propre atmosphère sur Terre et réduire la fièvre de notre planète.