10.3 : L'atmosphère massive de Vénus

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Objectifs d'apprentissage

À la fin de cette section, vous serez en mesure de :

Décrire la composition générale et la structure de l'atmosphère sur Vénus
Expliquez comment l'effet de serre a provoqué des températures élevées sur Vénus

L'atmosphère épaisse de Vénus produit la température de surface élevée et enveloppe la surface d'un crépuscule rouge perpétuel. La lumière du soleil ne pénètre pas directement à travers les nuages épais, mais la surface est assez bien éclairée par une lumière diffuse (à peu près la même lumière que la Terre sous un ciel couvert). Au fond de cette atmosphère profonde, le temps reste toujours chaud et sec, avec des vents calmes. En raison de l'épaisse couche de nuages et de l'atmosphère, un point de la surface de Vénus est similaire à un autre en ce qui concerne les conditions météorologiques.

Composition et structure de l'atmosphère

Le gaz le plus abondant sur Vénus est le dioxyde de carbone (\(\ce{CO_2}\)), qui représente 96 % de l'atmosphère. Le deuxième gaz le plus courant est l'azote. La prédominance du dioxyde de carbone sur l'azote n'est pas surprenante si l'on se souvient que l'atmosphère de la Terre serait également principalement composée de dioxyde de carbone si ce gaz n'était pas emprisonné dans les sédiments marins (voir la discussion sur l'atmosphère de la Terre dans Terre en tant que planète).

Le tableau\(\PageIndex{1}\) compare les compositions des atmosphères de Vénus, de Mars et de la Terre. Exprimées ainsi, en pourcentages, les proportions des principaux gaz sont très similaires pour Vénus et Mars, mais en quantité totale, leurs atmosphères sont radicalement différentes. Avec une pression de surface de 90 bars, l'atmosphère vénusienne est plus de 10 000 fois plus massive que son homologue martienne. Dans l'ensemble, l'atmosphère de Vénus est très sèche ; l'absence d'eau est l'une des principales raisons pour lesquelles Vénus se distingue de la Terre.

Tableau\(\PageIndex{1}\) : Composition atmosphérique de la Terre, de Vénus et de Mars
Gaz	Terre	Vénus	Mars
Dioxyde de carbone (CO ₂)	0,03 %	96 %	95,3 %
Azote (N ₂)	78,1 %	3,5 %	2,7 %
Argon (Ar)	0,93 %	0,006 %	1,6 %
Oxygène (O ₂)	21,0 %	0,003 %	0,15 %
Neon (Neon)	0,002 %	0,001 %	0,0003 %

L'atmosphère de Vénus possède une énorme troposphère (région de convection) qui s'étend jusqu'à au moins 50 kilomètres au-dessus de la surface (Figure\(\PageIndex{1}\)). Dans la troposphère, le gaz est chauffé par le bas et circule lentement, s'élevant près de l'équateur et descendant au-dessus des pôles. Être à la base de l'atmosphère de Vénus, c'est comme se trouver à un kilomètre ou plus sous la surface de l'océan sur Terre. La masse d'eau y équilibre les variations de température et crée un environnement uniforme, le même effet que l'atmosphère épaisse a sur Vénus.

alt — Figure l'atmosphère\(\PageIndex{1}\) de Vénus. Les couches de l'atmosphère massive de Vénus présentées ici sont basées sur les données des sondes d'entrée Pioneer et Venera. La hauteur est mesurée le long de l'axe gauche, l'échelle inférieure indique la température et la ligne rouge permet de lire la température à chaque hauteur. Remarquez à quel point la température s'élève sous les nuages, grâce à l'énorme effet de serre de la planète.

Dans la haute troposphère, entre 30 et 60 kilomètres au-dessus de la surface, une épaisse couche nuageuse est principalement composée de gouttelettes d'acide sulfurique. L'acide sulfurique\(H_2SO_4\)) est formé à partir de la combinaison chimique de dioxyde de soufre (\(SO_2\)) et d'eau (\(\ce{H_2O}\)). Dans l'atmosphère de la Terre, le dioxyde de soufre est l'un des principaux gaz émis par les volcans, mais il est rapidement dilué et emporté par les pluies. Dans l'atmosphère sèche de Vénus, cette substance désagréable est apparemment stable. À moins de 30 kilomètres, l'atmosphère de Vénus est exempte de nuages.

Température de surface sur Vénus

La température de surface élevée de Vénus a été découverte par des radioastronomes à la fin des années 1950 et confirmée par les sondes Mariner et Venera. Comment notre planète voisine peut-elle être si chaude ? Bien que Vénus soit un peu plus proche du Soleil que la Terre, sa surface est des centaines de degrés plus chaude que ce à quoi on pourrait s'attendre avec la lumière solaire supplémentaire qu'elle reçoit. Les scientifiques se sont demandé ce qui pouvait chauffer la surface de Vénus à une température supérieure à 700 K. La réponse s'est avérée être l'effet de serre.

L'effet de serre agit sur Vénus tout comme sur Terre, mais comme Vénus en a beaucoup plus,\(\ce{CO_2}\) presque un million de fois plus, l'effet est beaucoup plus fort. L'épaisseur\(\ce{CO_2}\) agit comme une couverture, ce qui rend très difficile le retour du rayonnement infrarouge (chaleur) du sol dans l'espace. En conséquence, la surface s'échauffe. L'équilibre énergétique n'est rétabli que lorsque la planète émet autant d'énergie qu'elle en reçoit du Soleil, mais cela ne peut se produire que lorsque la température de la basse atmosphère est très élevée. Une façon de concevoir le chauffage par serre est qu'il doit augmenter la température de surface de Vénus jusqu'à ce que cet équilibre énergétique soit atteint.

Vénus a-t-elle toujours eu une atmosphère aussi massive et une température de surface aussi élevée, ou aurait-elle évolué vers de telles conditions à partir d'un climat qui était à nouveau proche de la Terre ? La réponse à cette question est particulièrement intéressante pour nous alors que nous examinons l'augmentation des niveaux d'ozone\(\ce{CO_2}\) dans l'atmosphère de la Terre. Alors que l'effet de serre s'intensifie sur Terre, risquons-nous de transformer notre propre planète en un lieu infernal comme Vénus ?

Essayons de reconstituer l'évolution possible de Vénus depuis un début semblable à la Terre jusqu'à son état actuel. Vénus a peut-être eu un climat similaire à celui de la Terre, avec des températures modérées, de l'eau et des océans, et une grande partie de cette\(\ce{CO_2}\) substance dissoute dans l'océan ou combinée chimiquement aux roches de surface. Nous autorisons ensuite un chauffage supplémentaire modeste, par une augmentation progressive de la production d'énergie du Soleil, par exemple. Lorsque nous calculons comment l'atmosphère de Vénus réagirait à de tels effets, il s'avère que même une petite quantité de chaleur supplémentaire peut entraîner une évaporation accrue de l'eau des océans et la libération de gaz par les roches de surface.

Cela signifie à son tour une nouvelle augmentation de l'atmosphère\(\ce{CO_2}\) et des\(\ce{H_2O}\) gaz qui amplifieraient l'effet de serre dans l'atmosphère de Vénus. Cela conduirait à encore plus de chaleur près de la surface de Vénus et à la libération de nouvelles\(\ce{CO_2}\) terres\(\ce{H_2O}\). À moins que d'autres processus n'interviennent, la température continue donc d'augmenter. Une telle situation s'appelle l'effet de serre incontrôlable.

Nous voulons souligner que l'effet de serre incontrôlable n'est pas simplement un effet de serre de grande ampleur ; il s'agit d'un processus évolutif. L'atmosphère évolue d'un léger effet de serre, comme sur Terre, à une situation où le réchauffement par effet de serre est un facteur majeur, comme on le voit aujourd'hui sur Vénus. Une fois que les grandes conditions de serre se sont développées, la planète établit un nouvel équilibre beaucoup plus chaud près de sa surface.

Il est difficile de renverser la situation en raison du rôle que joue l'eau. Sur Terre, la majeure partie\(\ce{CO_2}\) est soit liée chimiquement aux roches de notre croûte, soit dissoute par l'eau de nos océans. Au fur et à mesure que Vénus devenait de plus en plus chaude, ses océans s'évaporaient, éliminant cette soupape de sécurité. Mais la vapeur d'eau dans l'atmosphère de la planète ne durera pas éternellement en présence de la lumière ultraviolette du Soleil. L'hydrogène, élément léger, peut s'échapper de l'atmosphère, laissant l'oxygène derrière lui pour se combiner chimiquement à la roche de surface. La perte d'eau est donc un processus irréversible : une fois que l'eau est épuisée, elle ne peut pas être restituée. Il est prouvé que c'est exactement ce qui est arrivé à l'eau autrefois présente sur Vénus.

Nous ne savons pas si le même effet de serre incontrôlable pourrait un jour se produire sur Terre. Bien que nous ne sachions pas à quel moment un effet de serre stable se décompose et se transforme en un effet de serre incontrôlable, Vénus témoigne clairement du fait qu'une planète ne peut pas continuer à se chauffer indéfiniment sans une modification majeure de ses océans et de son atmosphère. C'est une conclusion à laquelle nous et nos descendants voudrons certainement porter une attention particulière.

Résumé

L'atmosphère de Vénus est de 96 %\(\ce{CO_2}\). Les nuages épais situés à des altitudes de 30 à 60 kilomètres sont constitués d'acide sulfurique, et un\(\ce{CO_2}\), qui est un effet de serre, maintient la température de surface élevée. Vénus a probablement atteint son état actuel grâce à des conditions initiales plus proches de la Terre, à la suite d'un effet de serre incontrôlable, qui comprenait la perte de grandes quantités d'eau.

Lexique

effet de serre incontrôlable: le processus par lequel l'effet de serre, au lieu de rester stable ou d'être atténué par une intervention, continue de croître à un rythme croissant