MECCOM — Modéliser des nuages exotiques de CO2 sur Mars

MECCOM est un projet de recherche fondamentale portant sur la formation des nuages de dioxyde de carbone (CO2) de la planète Mars, dont l’objectif est d’entreprendre les premières modélisations de ces nuages exotiques à toutes les échelles (de l’échelle microphysique à l’échelle globale). Ces nuages se forment à partir du composant majoritaire de l’atmosphère martienne, dans la troposphère aux pôles en hiver et dans la mésosphère aux latitudes tropicales. Après celle de la Terre, l’atmosphère martienne est la plus observée de notre Système solaire ; ces nuages n’ont néanmoins été identifiés qu’au début du 21ème siècle. Leur formation ainsi avérée recèle cependant de grandes inconnues quant aux processus qui la déterminent aux différentes échelles. L’impact de ces nuages dans le cycle global du CO2 n’a toujours pas été quantifié, et leur dynamique complexe dans la nuit polaire, et dans la mésosphère, appelle à être élucidée. Par ailleurs nous sommes toujours à la recherche de la clé du problème lié à leur formation dans la mésosphère : les noyaux de glaciation disponibles au-dessus de 40 km. La formation des nuages à partir d’une vapeur quasi-pure nous a conduits à réévaluer les théories de microphysique utilisées, en particulier pour la condensation et la sublimation. L’équipe MECCOM est impliquée dans les études observationnelles et de modélisation des nuages de CO2 depuis leur découverte, et ses membres sont des leaders internationaux sur le sujet. Aujourd’hui, l’équipe dispose de toute une gamme de modèles, développés par eux ou dans le cadre de collaborations privilégiées, allant de l’échelle microphysique détaillée à une dimension verticale à l’échelle tridimensionnelle planétaire, en passant par l’échelle régionale, et capables de modéliser la météorologie et le climat martiens en prenant en compte la microphysique des nuages de CO2. Avec ce projet MECCOM, nous proposons d’entreprendre la modélisation numérique des nuages de CO2 martiens aux différentes échelles pour répondre aux grandes inconnues quant à leur rôle dans le climat de la planète. Ce point est essentiel pour accéder à une compréhension exhaustive du cycle du CO2 actuel qui est l’un des cycles majeurs de l’environnement martien, ainsi qu’au rôle des nuages dans un climat passé plus clément, où l’eau liquide aurait coulé en surface. L’apport constant de nouvelles observations de l’atmosphère martienne et le développement de modèles à haute résolution nous permettent enfin de commencer à étudier des phénomènes à l’échelle régionale, qui doivent jouer un rôle important dans la dynamique globale de l’atmosphère. Les nuages de CO2 aux pôles sont un exemple de tels enjeux : leur formation induit probablement de la dynamique similaire à la convection humide sur Terre, qui impacte le vortex polaire et dès lors la dynamique atmosphérique de grande échelle. Les nuages mésosphériques quant à eux semblent résulter d’une interaction des ondes atmosphériques de moyenne échelle et d’échelle planétaire ainsi que de la disponibilité de noyaux de glaciation fournis par des ions mésosphériques hydratés, issus de l’activité météoritique (hypothèse récente). Notre étude est également alimentée par une approche de planétologie comparée : convection (« humide ») pilotée par la chaleur latente, ondes orographiques et nuages mésosphériques sont tous des phénomènes rencontrés sur Terre. Le projet MECCOM permettra à la responsable scientifique de construire et de consolider une équipe basée au LATMOS. Celle-ci sera soutenue par un réseau national et international de collaborations privilégiées, avec une forte expertise, dans lequel elle évoluera et que le projet renforcera encore davantage. MECCOM utilisera et promouvra les ressources françaises de calcul intensif et les données des missions spatiales européennes.