Histoire de sables, de poussières et de vent sur Mars
L’été approche, et bientôt sera le temps des jeux de sable… C’est un peu ce qu’a fait sur Mars une équipe internationale coordonnée par des chercheurs du CNES, du CNRS et du JPL (NASA) avec une pelle, du sable martien et un peu de vent. Leurs résultats viennent tout juste d’être publiés Journal of Geophysical Research (planets), et mis en avant par l’éditeur de ce journal, ce qui n’arrive qu’à 2% des articles !
Imaginez que vous laissiez couler une poignée de sable entre vos doigts un jour de grand vent. Les plus gros grains tombent directement sur le sol, mais les plus petits sont emportés. En simulant comment le vent entraîne et trie les grains, vous pourriez déduire la distribution des tailles de grains dans votre poignée de sable**. C’est cette expérience que Nicolas Verdier, Véronique Ansan, Pierre Delage, Khaled Ali et leurs collaborateurs ont réalisé sur Mars ! Car même sur Mars, les robots ont parfois des pelles, comme celle du bras robotique de la mission InSight de la NASA. Ils ont profité d’une observation opportuniste faite lorsque la pelle a ramassé du régolithe (sol) martien et l’a déversé sur le câble reliant l’atterrisseur au sismomètre SEIS de la mission (figure 1). Cette manœuvre avait pour but d’enterrer le câble et d’améliorer la qualité des signaux sismiques.
Figure 1. a) Image des instruments de la mission InSight posés sur la plaine martienne d’Elysium prise par la caméra contexte le 877ème jour de la mission à 11h22 : à gauche, la sonde thermique HP3 ; au centre, le bras robotisé muni d’une petite pelle ramassant le sol martien ; et à droite le dôme bouclier protégeant le sismomètre SEIS relié à l’atterrisseur InSight par un câble. b) Image acquise à 11h33, après déversement du sol martien. c) Différence des deux images montrant le dépôt éolien (panache sombre) composé des particules dispersées et transportées par le vent. Le panache s’étend sur plus de 2m vers la droite à partir du sismomètre. Crédit : Verdier et al. (2023) & JPL-NASA.
La méthode utilisée repose sur un modèle mathématique permettant d’estimer le déport des grains soumis aux effets combinés du vent et de la gravité martienne. La courbe obtenue par ce modèle (Figure 2) relie la distance de dépôt du grain déporté par le vent en fonction de sa taille. En combinant ces deux informations, on peut estimer la taille de grains dans le régolithe martien, qu’une caméra ne pourrait identifier de par sa trop faible résolution.
Figure 2. Résultat de la modélisation déterminant la distance des grains à la pelle en fonction de leur taille pour un vent de 5,3 m.s-1. (Verdier et al., 2023)
Figure 3. a) Zoom du dépôt éolien permettant d’estimer la distribution spatiale de la taille des grains le long de la direction du panache, vu du dessus. La largeur de l’image est de 2,9 m et la vitesse du vent est de 5,3 m.s-1. La couleur des boîtes est directement liée à la taille des grains observés. b) Quantité de grains en volume (%) en fonction de leur taille. Plus on s’éloigne du point de versement du régolithe (à gauche de l’image vue en a), plus la taille des grains transportés par le vent est fine (~120 microns. Verdier et al., 2023)
L’équipe a observé que les grains de 120 microns de diamètre déversés à 50 centimètres au-dessus du sol étaient dispersés sur le sol martien jusqu’à 3 mètres sous le vent, alors que les grains de plus de 500 microns tombaient à l’aplomb de la pelle, formant un petit tas de sable. Les particules de poussière encore plus petites ont simplement été emportées par le vent.
Cette expérience originale et innovante pour la détermination de la distribution de la taille des grains dans le sol martien étaye l’hypothèse faite grâce à des données acquises par de précédents rovers, selon laquelle le sable fin serait mobilisé par les vents à faible vitesse sur Mars et participerait à la formation des dunes actives.
**Propos traduits d’après le texte de Laurent G. J. Montesi, Editor in Chief, Journal of Geophysical Research (JGR): Planets; and Germán Martínez, Associate Editor, JGR: Planets
Référence bibliographie : N. Verdier1, V. Ansan2, P. Delage3, K. S. Ali4, E. Beucler2, C. Charalambous5, E. Constant6, A. Spiga7, M. Golombek4, E. Marteau4, R. Lapeyre1, E. Gaudin1, C. Yana1, K. Hurst4, P. Lognonné8, and B. W. Banerdt4 (2023). Using wind dispersion effects during the InSight tether burial activities to better constrain the regolith grain size distribution. Journal of Geophysical Research : Planets, 128, e2022JE007707. https://doi.org/10.1029/2022JE007707, publié le 15 avril 2023
Contacts : Nicolas verdier (CNES, Toulouse) Nicolas.Verdier@cnes.fr, Véronique Ansan (LPG – CNRS UMR6112, Nantes), veronique.ansan@univ-nantes.fr, Pierre Delage (Navier – CNRS UMR8502, Marne la Vallée) pierre.delage@enpc.fr
Publié le 23 juin 2023