LESIA - Observatoire de Paris

Atmosphères et surfaces planétaires

mercredi 21 mai 2014, par Thierry Fouchet

En dehors des petits corps du système solaire, les surfaces et les atmosphères planétaires évoluent en interaction. Même si les échelles de temps sont souvent différentes, il n’est guère possible d’étudier la surface d’une planète en méconnaissant son atmosphère et vice-versa. Nous parlons de l’étude du "système planète" avec ces diverses composantes : intérieur, surface et atmosphère.

Volcan sur Vénus
Volcan sur Vénus

Image en fausse couleur du volcan Maat Mons sur Vénus. L’image est reconstituée numériquement à partir de l’altimétrie et de la réflectivité mesurées par le radar à bord de la sonde Magellan.

Surface et atmosphère sont en interaction permanente. La surface agit comme une source de matière pour l’atmosphère : l’évaporation de l’eau sur la Terre, ou la sublimation du CO2 et de l’eau sur Mars depuis les calottes polaires. Le volcanisme constitue également une source de gaz atmosphériques, tel le SO2 sur Vénus.

Calanque d'en Vau
Calanque d’en Vau

Les calanques de Marseille sont creusées des massifs de roches calcaires qui contiennent l’ancienne atmosphère de CO2 de la Terre.

En parallèle, l’atmosphère agit sur la surface. Elle fait pleuvoir ou neiger ce qui induit une érosion à laquelle le vent contribue également. L’atmosphère peut également se dissoudre dans l’eau liquide, comme le CO2 dans les océans terrestres qui est à l’origine des roches calcaires, ou bien s’adsorber dans le sol comme l’eau martienne. Sur Vénus, la température est si chaude qu’atmosphère et minéralogie de surface pourraient être en équilibre thermochimique. Une atmosphère dense protège la surface du bombardement météoritique.

Sur le long terme, évolution de l’atmosphère et de la surface sont liées. La présence de la tectonique des plaques sur la Terre est essentielle au maintien d’une atmosphère. A contrario, il est possible que l’arrêt ou l’absence de tectonique des plaques sur Vénus et Mars aient joué un rôle crucial dans l’évolution des atmosphères, puis en retour sur l’état de la surface.

De plus, l’observation des surfaces et des atmosphères planétaires se fait très souvent par les mêmes instruments sur les sondes spatiales. Et, s’il n’est pas possible de retrouver les propriétés de la surface sans modéliser précisément l’atmosphère, il faut toujours prendre en compte les variations de réflectivité d’une surface pour observer et caractériser les nuages et les poussières dans une atmosphère. L’observation de phénomènes géologiques, comme les dunes de Titan ou de Mars, renseignent également sur la climatologie de la planète. L’analyse des données s’effectue donc de manière conjointe entre spécialistes de la surface et de l’atmosphère. C’est le cas par exemple pour l’instrument OMEGA à bord de Mars Express qui observe la surface et l’atmosphère de Mars, ou pour l’instrument VIMS sur la mission Cassini-Huygens qui observe l’atmosphère et la surface de Titan.

Thèses de doctorat en cours ou soutenues récemment sur cette thématique
Anezina Solomidou soutenue en 2013 Evolution géologique comparée de la Terre et des satellites de Saturne, Titan et Encelade
Georgio Bampasidis soutenue en 2012 Etude de la surface de Titan
Sandrine Guerlet soutenue en 2010 Température et composition de la stratosphère de Saturne à partir des données Cassini/CIRS
Erwan Reffet soutenue en 2010 Interaction Surface-Atmosphère en Planétologie comparée - Application à la formation des dunes
Arielle Moulet soutenue en 2008 Etude des atmosphères et surfaces planétaires par interférométrie millimétrique : du plateau de Bure à ALMA
Sandrine Vinatier soutenue en 2007 Analyse des spectres infrarouges thermiques émis par l’atmosphère de Titan enregistré par l’instrument Cassini/CIRS
Emmanuel Marcq soutenue en 2006 Prélude à la mission Venus Express : étude de l’atmosphère de Vénus par spectro-imagerie infrarouge
Chercheurs du LESIA travaillant sur cette thématique
Bruno Bézard Directeur de recherche Atmosphère de Vénus, Saturne et Titan
Régis Courtin Directeur de recherche Atmosphère de Titan
Athéna Coustenis Directeur de recherche Atmosphère de Titan
Daniela Despan Maître de conférences UPMC Surface de la Lune
Alain Doressoundiram Astronome Exosphère et surface de Mercure
Pierre Drossart Directeur de recherche Surface et atmosphère de Vénus et Mars. Atmosphère des planètes géantes
Thérèse Encrenaz Directeur de recherche Atmosphère de Vénus, Mars et des planètes géantes.
Stéphane Erard Astronome Surfaces de Mercure, de Mars, de la Lune et des planètes naines
Thierry Fouchet Maître de conférences UPMC Atmosphère de Mars et des planètes géantes
Marcello Fulchignoni Professeur des universités P7 Atmosphère et surface de Titan.
Jean Lecacheux Astronome adjoint Atmosphères des planètes géantes
Emmanuel Lellouch Astronome Surface et atmosphère de Titan et Pluton. Atmosphère de Vénus, Mars, planètes géantes.
Raphael Moreno Astronome adjoint Atmosphères de Vénus, Mars, Titan et des planètes géantes
Bruno Sicardy Professeur des universités UPMC Atmosphères et surfaces par occulation stellaire
Sandrine Vinatier Chargé de recherche Atmosphère de Titan
Thomas Widemann Maître de conférences UVSQ Atmosphère de Vénus et des TNOs