Mars est tristement célèbre pour ses intenses tempêtes de poussière, dont certaines soulèvent suffisamment de poussière pour être vues par des télescopes sur Terre.
Lorsque les particules de poussière se frottent les unes contre les autres, comme elles le font dans les tempêtes de poussière martiennes, elles peuvent s’électrifier, transférant une charge électrique positive et négative de la même manière que vous accumulez de l’électricité statique si vous traînez sur un tapis.
De forts champs électriques s’accumulent dans les tempêtes de poussière sur Terre, il n’est donc peut-être pas surprenant que cela se produise également sur Mars. Mais que se passe-t-il ensuite ? Probablement pas un éclair soudain, comme on pourrait s’y attendre sur Terre.
Au lieu de cela, le scientifique planétaire Alian Wang de l’Université de Washington à Saint-Louis pense que la décharge électrique sur Mars ressemble probablement plus à une faible lueur. (Aucun des atterrisseurs, rovers ou autres missions de Mars n’en a capturé une image réelle.)
« Cela pourrait ressembler un peu aux aurores boréales dans les régions polaires de la Terre, où des électrons énergétiques entrent en collision avec des espèces atmosphériques diluées », a déclaré Wang, professeur de recherche en sciences de la Terre et des planètes aux Arts et Sciences.
Flashy ou pas, ce « faux-rora » martien a toujours du punch.
La nouvelle étude de Wang dans le journal Lettres de recherche géophysique montre que l’électricité dans les tempêtes de poussière pourrait être le principal moteur du cycle martien du chlore.
En toile de fond, les scientifiques considèrent le chlore comme l’un des cinq éléments « mobiles » sur Mars (les autres sont l’hydrogène, l’oxygène, le carbone et le soufre). Cela signifie que le chlore, sous différentes formes, va et vient entre la surface et l’atmosphère sur Mars. Au sol, les dépôts de chlorure, qui ressemblent aux playas salines ou aux salines peu profondes sur Terre, sont répandus. Ces dépôts de chlorure se sont probablement formés au début de l’histoire de Mars sous forme de sels de chlorure précipités à partir de la saumure.
Dans la nouvelle étude, Wang montre qu’un moyen particulièrement efficace de déplacer le chlore du sol vers l’air sur Mars consiste à utiliser des réactions déclenchées par des décharges électriques générées dans les activités de poussière martienne.
Wang et ses collaborateurs ont mené une série d’expériences qui ont obtenu des rendements élevés de chlore gazeux à partir de chlorures communs, le tout en zappant les sels solides avec une décharge électrique dans des conditions semblables à celles de Mars. Ils ont mené ces expériences à l’aide d’une chambre de simulation planétaire à l’Université de Washington (appelée Planetary Environment and Analysis Chamber, ou Pêche).
« Le taux élevé de libération de chlore à partir de chlorures communs révélé par cette étude indique une voie prometteuse pour convertir les chlorures de surface en phases gazeuses que nous voyons maintenant dans l’atmosphère », a déclaré Kevin Olsen, chercheur à l’Open University, dans le Royaume-Uni, et co-auteur de la nouvelle étude.
« Ces résultats confirment que les activités de poussière martienne peuvent entraîner un cycle mondial du chlore. Avec l’ExoMars Trace Gas Orbiter, nous constatons une activité saisonnière répétée qui coïncide avec des tempêtes de poussière mondiales et régionales », a-t-il déclaré.
Plus facile sur Mars que sur Terre
« L’électrification par friction est un processus courant dans notre système solaire, les activités de la poussière martienne étant connues pour être une source puissante d’accumulation de charge électrique », a déclaré Wang, qui est membre du corps professoral du McDonnell Center for the Space Sciences de l’université. « La faible atmosphère de Mars facilite la décomposition des champs électriques accumulés sous forme de décharge électrostatique. En fait, c’est cent fois plus facile sur Mars que sur Terre. »
Les scientifiques impliqués dans les missions Viking qui ont atterri sur Mars dans les années 1970 ont d’abord proposé que les tempêtes de poussière pourraient être une source de la nouvelle chimie réactive sur la planète rouge.
Cependant, les effets chimiques des activités de la poussière étaient difficiles à étudier. Certaines opportunités de mission, comme l’ExoMars Schiaparelli EDM lancée en 2016, se sont soldées par un échec. Les scientifiques se sont tournés vers des modèles et des études expérimentales.
Ces dernières années, Wang et d’autres scientifiques ont publié des recherches qui montrent que lorsque la décharge électrostatique interagit avec des sels de chlore dans un environnement riche en dioxyde de carbone semblable à celui de Mars, elle peut générer des perchlorates et des carbonates, et également libérer du chlore sous forme de gaz.
Mais cette nouvelle étude est la première à tenter de quantifier la quantité de ces produits chimiques réellement produite lors des tempêtes de poussière.
« Les taux de réaction sont énormes », a déclaré Wang. « Il est important de noter que le chlore libéré dans un processus de décharge électrostatique de courte durée à intensité moyenne est à un niveau de pourcentage. » Cela signifie qu’au cours d’une expérience de décharge électrostatique simulée de sept heures, au moins une molécule de chlorure sur 100 est décomposée puis libère son atome de chlore dans l’atmosphère.
Similaires mais légèrement inférieurs, les taux de formation de carbonates et de perchlorates sont à des niveaux inférieurs à pour cent et par millier, a déclaré Wang.
Ces rendements élevés amènent Wang et son équipe à croire que les activités de la poussière martienne peuvent être liées à trois phénomènes mondiaux récemment révélés par les missions martiennes.
Les décharges électriques peuvent être liées aux concentrations extrêmement élevées de perchlorate et de carbonate à l’échelle mondiale dans la couche arable martienne, a-t-elle déclaré. Quantitativement, l’extrémité supérieure des plages de concentration observées peut être accumulée par une décharge électrique induite par une tempête de poussière dans moins de la moitié de la période amazonienne, la période la plus récente de l’histoire de Mars, qui aurait commencé il y a environ 3 milliards d’années. En outre, le rendement élevé des atomes de chlore libérés par les chlorures peut expliquer les fortes concentrations de chlorure d’hydrogène observées dans l’atmosphère martienne au cours des saisons de poussière 2018 et 2019, en supposant qu’une épaisseur de 1 à 10 cm de poussière de surface martienne serait soulevée par un tempête de poussière mondiale.
« Aucun autre procédé que nous connaissons ne peut le faire », a déclaré Wang, « surtout avec un rendement aussi élevé quantitativement de libération de chlore. »
Plus d’information:
Alian Wang et al, Quantification des carbonates, des oxychlores et du chlore générés par l’électrochimie hétérogène induite par l’activité de la poussière martienne, Lettres de recherche géophysique (2023). DOI : 10.1029/2022GL102127