Modèle conceptuel du cycle global du chlore à la surface et dans l'atmosphère de Mars, ainsi que des carbonates atmosphériques, compatible avec les résultats de la présente étude (transfert des signatures isotopiques). Crédit : Earth and Planetary Science Letters (2026).
La planétologue Alian Wang a mis en lumière, à travers une série d'articles, l'activité électrisante des poussières martiennes. Ses dernières recherches, publiées dans Earth and Planetary Science Letters , explorent les conséquences géochimiques isotopiques de cette activité.
Quand les tempêtes de poussière martiennes s'illuminent
Imaginez de puissantes tempêtes de poussière et des tourbillons de poussière balayant la surface martienne. L'électrification par friction des grains de poussière peut générer des potentiels électriques suffisamment forts pour provoquer des décharges électrostatiques (DES) qui perturbent la fine atmosphère de la planète. Ces DES, plus fréquentes sur Mars en raison de la faible pression atmosphérique, se manifestent par des lueurs subtiles et étranges, semblables aux aurores boréales terrestres, et donnent lieu à divers processus électrochimiques.
Wang, professeur de recherche en sciences de la Terre, de l'environnement et des planètes à l'Université Washington de Saint-Louis et membre du Centre McDonnell pour les sciences spatiales de cette université, étudie le monde fascinant des activités liées à la poussière martienne, expliquant comment ces réactions électrochimiques donnent naissance à divers produits chimiques oxydés.
Son équipe a construit deux chambres de simulation planétaire, PEACh (Chambre d'analyse et d'environnement planétaire) et SCHILGAR (Chambre de simulation avec analyseur de gaz en ligne), afin de mettre au jour une gamme fascinante de produits de réaction, notamment des espèces chlorées volatiles, des oxydes activés, des carbonates atmosphériques et des (per)chlorates. Ces composés chimiques jouent un rôle déterminant dans les processus géochimiques de Mars.
Dans une étude précédente , Wang et son équipe ont découvert le rôle crucial des décharges électriques induites par la poussière dans le cycle du chlore sur Mars. La surface martienne est jonchée de dépôts de chlorure, résidus d'anciennes eaux salines. En utilisant une chambre de simulation martienne équipée de différents pièges pour assurer la conservation de la masse, son équipe a quantifié les produits de réaction obtenus. Ils ont conclu que l'activité des poussières martiennes durant la période amazonienne, chaude et sèche, aurait pu générer des carbonates, des (per)chlorates et du chlore volatil, ce qui correspond aux observations réalisées par les récentes missions d'exploration martienne (orbiteurs, rovers et atterrisseurs).
Décryptage des signatures isotopiques des activités de poussière sur Mars
L'équipe de Wang, composée de membres de six universités des États-Unis, de Chine et du Royaume-Uni, a analysé la composition isotopique du chlore, de l'oxygène et du carbone dans les produits de la décharge électrostatique. Elle a constaté un appauvrissement important et cohérent en isotopes lourds.
« Comme les isotopes sont des constituants mineurs des matériaux, leurs rapports ne peuvent être affectés que par le processus MAJEUR au sein d'un système. Par conséquent, l'appauvrissement important en isotopes lourds de trois éléments mobiles constitue une preuve irréfutable de l'importance de l'électrochimie induite par la poussière dans la formation du système surface-atmosphère martien actuel », explique Wang.
Chaque mesure isotopique, combinée aux quantifications précédentes, constitue une pièce d'un puzzle plus vaste. Cette vision d'ensemble suggère que l'électrochimie induite par l'activité des poussières martiennes a façonné le paysage chimique de la planète. Ces résultats confortent l'hypothèse selon laquelle l'activité des poussières martiennes a joué un rôle crucial dans la formation de la géochimie actuelle de la surface et de l'atmosphère martiennes.
Cette étude isotopique a permis de dégager un modèle conceptuel du cycle global du chlore et des minéraux carbonatés atmosphériques sur Mars . Ce modèle révèle une interaction fascinante entre les processus électrochimiques et les minéraux secondaires présents à la surface et dans l'atmosphère martiennes. Il démontre comment l'appauvrissement en isotopes lourds de trois éléments mobiles, issus des produits de la dispersion électrostatique (ESD) transportés par la poussière, est transféré vers l'atmosphère, puis redéposé à la surface, voire s'infiltre dans le sous-sol pour former la génération suivante de minéraux de surface.
L'électrochimie continue provoquée par la poussière tout au long de la période amazonienne a contribué à l'appauvrissement progressif du 37 Cl, conduisant à la valeur δ 37 Cl très négative (-51‰) observée par le rover Curiosity de la NASA.
« Les travaux d'Alian sont très importants. Il s'agit de la première étude expérimentale examinant l'influence des décharges électrostatiques sur les isotopes dans un environnement martien. Les signatures isotopiques sont comme des empreintes digitales et peuvent servir à retracer les processus ayant influencé le cycle du chlore sur Mars, ce qui confère à cette étude une valeur particulière », souligne Kun Wang, professeur associé de sciences de la Terre, de l'environnement et des planètes à l'Université Washington.
Bien que les expériences n'aient pas produit les signatures isotopiques du chlore extrêmement faibles mesurées par les rovers martiens, elles démontrent clairement que les décharges électrostatiques peuvent orienter le fractionnement isotopique du chlore dans la bonne direction. Ces travaux constituent donc une étape importante vers la compréhension de l'origine de ces signatures isotopiques du chlore exceptionnellement faibles et de la formation de minéraux de perchlorate à la surface de Mars. Ils soulignent également à quel point Mars diffère de la Terre, avec des processus atmosphériques et de surface très différents qui régissent les réactions chimiques.
Élargir les horizons en sciences planétaires
La dernière étude de Wang coïncide avec de nouvelles découvertes du rover Perseverance de la NASA, qui a enregistré 55 décharges électriques sur Mars lors de deux tourbillons de poussière et du front convectif de deux tempêtes de poussière, publiées dans Nature , dans lesquelles ses études précédentes ont été citées comme les conséquences chimiques des décharges électriques, confirmant son rôle d'experte de premier plan dans la compréhension de l'environnement électrifié de Mars.
Ses découvertes concernant l'identification, la quantification et la signature isotopique des (per)chlorates, des sels amorphes, des carbonates aéroportés et des espèces chlorées volatiles concordent toutes avec les observations réalisées lors des missions martiennes, fournissant une preuve convaincante de l'électrochimie induite par la poussière sur Mars amazonienne.
Les recherches de Wang ouvrent la voie à de nouvelles perspectives au-delà de Mars. Des phénomènes électrochimiques similaires pourraient exister sur d'autres planètes et lunes, comme Vénus, la Lune et les systèmes planétaires externes. Ceci amplifie la portée de ses travaux, suggérant que l'électrochimie induite par la poussière martienne, la foudre vénusienne et les électrons énergétiques présents sur la Lune et les planètes externes joue un rôle essentiel dans les processus planétaires à l'échelle du système solaire.
« Ces recherches éclairent un aspect important de Mars moderne : l’interaction entre son atmosphère et sa surface. Mais elles nous renseignent aussi sur la façon dont la chimie de la surface s’est en partie mise en place, avec des enseignements précieux pour d’autres mondes où la charge triboélectrique peut se produire, notamment Vénus et Titan », explique Paul Byrne, professeur associé de sciences de la Terre, de l’environnement et des planètes à l’Université Washington.
Cette approche novatrice de la recherche révolutionne notre compréhension de Mars, révélant le rôle crucial des poussières dans la formation de son paysage chimique. Les travaux de Wang font progresser la planétologie, offrant une vision plus approfondie des forces dynamiques à l'œuvre sur Mars et au-delà. Alors que nous poursuivons nos explorations, ses découvertes jettent les bases d'une compréhension plus riche de nos voisins célestes, suscitant la curiosité et inspirant de futures missions pour percer les secrets des autres mondes de notre système solaire.
Alors que Mars continue de dévoiler ses secrets, de nouvelles recherches nous permettent de mieux comprendre notre voisine planétaire, son histoire et son potentiel d'abriter la vie. Les mystères de Mars nous rappellent que la planète rouge recèle encore de nombreuses merveilles, qui n'attendent qu'à être pleinement explorées.
Pour plus d'informations : Neil C. Sturchio et al., « Effets isotopiques (Cl, O, C) de l'électrochimie hétérogène induite par l'activité des poussières martiennes », Earth and Planetary Science Letters (2026). DOI : 10.1016/j.epsl.2025.119784
Par Alison Verbeck, Université Washington de Saint-Louis
Édité par Stephanie Baum , relecture de Robert Egan
Fourni par l'Université Washington de Saint-Louis
