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Planétologie Comparée

Pourquoi la Terre, Vénus et Mars sont-elles si différentes? La pression sur Vénus est environ 100 fois supérieure à celle sur Terre. Sur Mars, elle est en moyenne 150 fois plus faible. Sur Vénus règnent des températures d’environ 460°C alors que le thermomètre de la planète rouge affiche –60°C en moyenne.
Retracer l’évolution de chaque planète de notre système solaire est un défi majeur de la planétologie comparée. Ces prochaines années, plusieurs missions spatiales vers Mars, Mercure ou encore Jupiter seront lancées! Chacune nous permettra d’en apprendre davantage sur nos voisines, si proches et pourtant si lointaines.

Pourquoi les planètes sont-elles différentes?

Les planètes sont des corps célestes sphériques ou quasi-sphériques qui orbitent autour d’une étoile. On compte huit planètes dans le Système solaire. De la plus proche du Soleil à la plus éloignée, on trouve Mercure, Vénus, la Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Les 4 premières sont des planètes telluriques (solide). Les autres sont des planètes géantes, surtout composées de gaz.
Une planète solide est constituée de 3 couches : l’intérieur, la surface et l’atmosphère. Si le corps possède un champ magnétique, une magnétosphère s’ajoute à cette liste. Malgré leur dénomination commune, elles sont toutes différentes dans notre Système solaire.
Par exemple, celles qui sont dépourvues d’atmosphère protectrice se dégradent progressivement sous l’action des rayons solaires et galactiques et du bombardement des météorites. Les planètes présentant une atmosphère substantielle sont, quant à elles, façonnées par l’érosion du vent et éventuellement de l’eau. Certaines ont une activité géologique interne. Celle-ci peut également participer au renouvellement de la couche externe et à l’enrichissement de l’atmosphère notamment par le biais du volcanisme.
La distance au Soleil est le premier facteur qui vient à l’esprit quand on pense aux différences entre les planètes. D’autres facteurs entrent aussi en jeu: leur inclinaison, qui contrôle l’amplitude du cycle saisonnier, la présence d’un champ magnétique, l’abondance de l’eau et des gaz à effet de serre qui sont déterminants pour le climat.

Pourquoi les étudie-t-on?

La planétologie comparée consiste à s’appuyer sur la connaissance de la Terre pour comprendre comment les planètes et leurs lunes ont évolué. Cela nous permet aussi d’observer les processus à l’œuvre dans des conditions différentes des conditions terriennes. Les lois de la physique et de la chimie sont a priori les mêmes partout. Les observer sur d’autres corps nous permet d’enrichir la compréhension que nous en avons.
Quelques exemples :
Nous savons reconnaître la présence passée d’eau liquide sur Mars (érosion fluviale, dépôts sédimentaires) en comparant les minéraux et structures d’écoulement observées sur cette planète aux formations analogues rencontrées sur Terre.
La forme des dunes varie d’une planète à l’autre (Vénus, Titan, Mars). La connaissance des dunes terrestres permet de comprendre l’origine de ces divergences et nous apprend à déduire les régimes de vents qui les ont sculptées.
Sur Titan, les phénomènes météorologiques liés au cycle du méthane et de l’éthane peuvent être mieux compris et prédits grâce à une analogie avec le cycle de l’eau sur Terre.
Le volcanisme qui sévit actuellement sur Io, l’un des quatre satellites galiléens de Jupiter, ressemble à celui qui a formé les îles d’Hawaï.
Les planètes gazeuses n’ont pas vraiment de surface solide. La composition des atmosphères des planètes gazeuses pourrait être révélatrice des conditions du Système solaire lors de sa genèse. Elles sont souvent le siège de phénomènes météorologiques spectaculaires.
Reconstituer les évolutions géologiques et climatiques des autres planètes pourrait également nous aider à anticiper les évolutions possibles de la Terre si les conditions venaient à y changer.

Quelles missions pour l’avenir?

L’exploration planétaire commence sur Terre, par l’observation au télescope, des analyses théoriques et du calcul. Des roches extraterrestres retrouvées sur Terre, météorites ou autres, sont aussi utilisées pour des analyses expérimentales.
Les agences spatiales peuvent également engager des missions d’inspection plus rapprochées. Elles commencent généralement par un survol. Suivent ensuite l’envoi de sondes en orbite, et enfin des modules capables de pénétrer dans l’atmosphère de la planète ou de se poser à sa surface. L’avenir promet des aventures extraordinaires!
En 2022, la mission JUICE/Laplace (JUpiter ICy moon Explorer) ira naviguer dans le système de Jupiter, avant de s’insérer en orbite autour de Ganymède, l’un de ses satellites. Elle permettra l’étude approfondie de l’atmosphère de Jupiter, sa magnétosphère et ses satellites.
La mission BepiColombo, quant à elle, partira en 2015 pour étudier Mercure. Deux sondes seront envoyées. L’une pour étudier la composition de l’intérieur de la planète et sa surface, l’autre pour étudier son champ magnétique.
Dernier exemple, et non des moindres, le projet ExoMars. Il sera composé de deux missions distinctes pour déterminer si la vie a existé sur Mars. Un satellite sera envoyé en orbite autour de la planète rouge en 2016. Il sera suivi de deux robots en 2018.
Après une éventuelle mission avec retour d’échantillons, l’étape ultime serait le vol habité. La Lune reste aujourd’hui le seul objet du Système solaire ayant été visitée par l’Homme.

Qui cherche quoi?

Plusieurs laboratoires d’Île-de-France contribuent à la recherche en matière de planétologie comparée. Voici quelques exemples de leurs activités :
- Le Laboratoire de Météorologie Dynamique (LMD) développe des modèles de climat de pointe capables de reproduire la plupart des effets saisonniers observés sur Mars, la super-rotation des nuages de Vénus, et de prédire les épisodes pluvieux sur Titan. Depuis peu, les climatologues du LMD s’efforcent aussi de modéliser les climats des planètes extra-solaires afin d’identifier celles qui sont potentiellement habitables.
- Le laboratoire Interactions et Dynamiques des Environnements de Surface (IDES) s’intéresse aux processus des surfaces planétaires. L’équipe de géomorphologie, en particulier, s’appuie sur une approche comparative Terre-Mars pour comprendre l’érosion en milieu froid et les propriétés des pergélisols, des strates du sol gelées en permanence.
- Les planétologues du Laboratoire ATmosphère Milieux Observations Spatiales (LATMOS) sont spécialisés dans le développement d’instruments pour le spatial et les expériences de laboratoire. Ils ont par exemple conçu l’instrument SAM-GC (Sample Analysis at Mars-Gas Chromatograph) embarqué sur Curiosity, le rover de la NASA qui se trouve en ce moment même à la surface de Mars à la recherche de matériaux d’intérêt biologique. Leur expérience PAMPRE (Production d'Aérosols en Microgravité par Plasma Radio Fréquence) s’attache à reproduire en laboratoire l’atmosphère de Titan.