Un robot perce l'un des secrets les mieux gardés de Mars
Longtemps théorisés, ces petits éclairs sur Mars deviennent une réalité grâce à des enregistrements acoustiques et électromagnétiques inédits que nous venons de publier dans la revue Nature. Cette découverte, aux conséquences multiples sur nos connaissances de la chimie et de la physique ainsi que sur le climat de la planète rouge, révèle de nouveaux défis pour les futures missions robotiques et habitées.
Un souffle de vent martien, et soudain, un claquement sec: les dust devils, ces tourbillons de poussière qui parcourent la planète rouge, viennent de nous livrer un secret bien gardé: ils sont traversés de petits arcs électriques! Ils ont été vus, ou plutôt entendus, de manière totalement fortuite, grâce au microphone de l'instrument SuperCam sur le rover Perseverance qui sillonne Mars depuis 2020.
Ce microphone est notre oreille à la surface de Mars. Il alimente depuis 2021 une « playlist » de plus de 30 heures composée de brefs extraits quotidiens du paysage sonore martien: le microphone est allumé environ 3 minutes tous les deux jours, pour des raisons de partage du temps du rover avec les autres instruments.
Un jackpot scientifique
Parmi ses morceaux les plus écoutés? Le ronflement basse fréquence du souffle du vent, le crépitement aigu des grains de sable et les grincements mécaniques des articulations du robot. Mais le dernier titre de cette compilation d'un autre monde est une pépite: un dust devil capté en direct alors qu'il passait au-dessus de notre microphone.
Qu'un dust devil passe au-dessus de Perseverance, ce n'est pas forcément exceptionnel – ils sont très actifs dans le cratère de Jezero où est posé Perseverance. Mais, qu'il survole le rover à l'instant même où le microphone est allumé, cela relève du jackpot scientifique.
Au coeur de cet enregistrement se cachait un signal fort que nous avons peiné à interpréter. Notre première hypothèse fut celle d'un gros grain de sable ayant impacté la zone proche de la membrane du microphone. Quelques années plus tard, alors que nous assistions à une conférence sur l'électricité atmosphérique, nous avons eu une illumination: s'il y avait des décharges sur Mars, la façon la plus directe de les détecter serait de les écouter parce qu'aucun autre instrument à bord de Perseverance ne permet d'étudier les champs électriques.
Evidemment, l'enregistrement le plus favorable pour vérifier cette hypothèse était précisément celui-ci. Réexaminé à la lumière de cette interprétation, il correspondait bien au signal acoustique d'une décharge électrique. Ce n'était pas tout!
Cette onde de choc était précédée d'un signal étrange qui ne ressemblait pas à quelque chose de naturel mais qui provenait en réalité de l'interférence électromagnétique de la décharge avec l'électronique du microphone. Nous savions que celle-ci était sensible aux ondes parasites, mais nous avons tourné ce petit défaut à notre avantage.
Grâce à la combinaison de ces deux signaux, tout était devenu clair: nous avions détecté pour la première fois des arcs électriques sur Mars.
Pour en être absolument convaincus, nous avons reproduit ce phénomène en laboratoire à l'aide de la réplique de l'instrument SuperCam et d'une machine de Wimshurst, une expérience historiquement utilisée pour générer des arcs électriques. Les deux signaux – acoustique et électromagnétique – obtenus étaient rigoureusement identiques à ceux enregistrés sur Mars.
En soi, l'existence de ces décharges martiennes n'est pas si surprenante que cela: sur Terre, l'électrification des particules de poussière est bien connue, notamment dans les régions désertiques, mais elle aboutit rarement à des décharges électriques. Sur Mars en revanche, l'atmosphère ténue de CO2 rend ce phénomène beaucoup plus probable, la quantité de charges nécessaire à la formation d'étincelles étant beaucoup plus faible que sur Terre. Cela s'explique par le frottement de minuscules grains de poussière entre eux, qui se chargent en électrons puis libèrent leurs charges sous forme d'arcs électriques longs de quelques centimètres, accompagnés d'ondes de choc audibles.
Le vrai changement de paradigme de cette découverte, c'est la fréquence et l'énergie de ces décharges: à peine perceptibles, comparables à une décharge d'électricité lorsqu'on touche une raquette à moustiques, ces étincelles martiennes sont fréquentes, en raison de l'omniprésence de la poussière sur Mars.
Des implications au niveau du climat martien
Ce qui est fascinant, c'est que cette découverte intervient après des décennies de spéculations sur l'activité électrique martienne, touchant une arborescence de phénomènes encore peu ou mal expliqués. Par exemple, l'activité électrique de la poussière a longtemps été suspectée de fournir un moyen très efficace pour soulever la poussière du sol martien. Les champs électriques derrière les arcs électriques entendus sur Mars sont a priori suffisamment forts pour faire léviter la poussière.
En absorbant et en réfléchissant la lumière solaire, la poussière martienne contrôle la température de l'air et intensifie la circulation atmosphérique (les vents).
Et parce que les vents contrôlent en retour le soulèvement de la poussière, la boucle de rétroactions poussière-vent-poussière est à l'origine des tempêtes globales qui recouvrent intégralement la planète de poussière tous les 5 ou 6 ans.
Vu l'importance de la poussière dans le climat martien, et alors que les meilleurs modèles ne savent pas encore prédire correctement son soulèvement, les forces électrostatiques ne pourront plus être ignorées dans le cycle global de la poussière sur Mars.
Expliquer la disparition du méthane
L'autre sujet qui attire les regards des scientifiques concerne le très controversé méthane martien. La communauté débat depuis plus de vingt ans à son sujet en raison de ses implications potentielles, à savoir une activité géophysique ou biologique éventuelle sur Mars, deux hypothèses fascinantes.
Au-delà du caractère énigmatique de ses détections sporadiques, sa disparition – des centaines de fois plus rapide que ce que prédisent les modèles de chimie atmosphérique les plus sophistiqués – a longtemps laissé les experts circonspects. L'un des mécanismes de destruction du méthane les plus prometteurs, proposé il y a une vingtaine d'années, fait précisément intervenir l'action de champs électriques intenses sur la chimie atmosphérique.
En accélérant ions et électrons, ces champs permettent de casser les molécules de méthane, mais surtout celles de la vapeur d'eau, produisant ainsi de puissantes espèces réactives capables de détruire le méthane bien plus efficacement encore.
Qui plus est, la présence d'arcs électriques à l'échelle planétaire pourrait s'avérer déterminante dans la préservation de la matière organique. Des expériences de laboratoire ont montré la destruction brutale de biomarqueurs causée par le recyclage d'espèces chlorées induite par l'activité électrostatique de la poussière.
On le voit, la portée de ces nouveaux sons martiens dépasse largement le seul cadre de la communication grand public. Ils redessinent plusieurs pans de notre compréhension de Mars et ouvrent un nouveau champ d'investigations, qui nécessitera un nombre accru d'observations.
Peut-être lors de futures missions? L'ESA avait déjà tenté l'expérience – sans succès – avec l'atterrisseur Schiaparelli, qui devait réaliser les premières mesures des champs électriques martiens avant de s'écraser à la surface de la planète. L'exploration future, humaine ou non, se devra de mieux caractériser ces champs pour mieux cerner leurs implications. D'ici là, Perseverance restera l'unique témoin in situ de ce phénomène qui est sans doute loin de nous avoir tout révélé.
Cet article a été publié initialement sur The Conversation. Watson a changé le titre et les sous-titres. Cliquez ici pour lire l'article original
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