Les colonnes de poussière sinueuses et dansantes fendent la surface de Mars presque tous les jours, laissant derrière elles des traces sombres et filandreuses facilement reconnaissables depuis l'orbite par les experts et les amateurs de la planète Rouge. Une nouvelle analyse complète de deux orbiteurs européens montre que ces tourbillons ne sont pas seulement un passe-temps exotique du vent, mais un maillon fondamental du système climatique martien. En les suivant pendant vingt ans, les planétologues ont reconstitué comment la poussière se soulève, comment elle se déplace et où elle se dépose le plus souvent, tout en enregistrant un fait surprenant : les vents près du sol sur Mars sont souvent plus rapides que ne le suggéraient les modèles et les mesures de surface précédents. Il s'agit du suivi le plus complet des "diables de poussière" à ce jour, avec un catalogue systématiquement construit qui combine des observations de différentes saisons, régions et environnements géologiques et offre des indications concrètes pour la planification des futures missions qui devront opérer sur Mars dans un environnement de rafales imprévisibles et de poussière tenace et collante.
Que sont exactement les "diables de poussière" et pourquoi sont-ils importants
Les tourbillons de poussière, en terminologie populaire "diables de poussière", se forment lorsque le sol est chauffé par le rayonnement solaire plus rapidement que l'air immédiatement au-dessus de lui. L'air chaud commence à s'élever brusquement et crée une colonne ascendante, tandis que l'air plus froid et plus dense s'écoule sur les côtés et referme la circulation. Une composante horizontale suffisante du vent transforme ce flux ascendant en un entonnoir rotatif qui, dans les conditions du sol sec et poussiéreux de Mars, ramasse très facilement les petites particules et les soulève à des dizaines, voire des centaines de mètres de haut. Les tourbillons sont transitoires : ils ne durent que quelques minutes ou, dans de rares cas, un peu plus longtemps ; mais leur effet cumulatif sur l'atmosphère est étonnamment important car ils se produisent très fréquemment, sur de grandes surfaces et pendant les parties de la journée où la surface est la plus chaude.
Contrairement à la Terre, où la pluie et l'humidité "nettoient" rapidement les particules en suspension, sur Mars, la poussière peut rester dans l'atmosphère pendant longtemps et être transportée sur des milliers de kilomètres. Cela affecte la répartition de la température (elle affaiblit le réchauffement diurne et "couvre" la surface la nuit), la formation des nuages et le bilan hydrique, car les tourbillons et les tempêtes peuvent accélérer la perte de vapeur d'eau dans l'espace. En pratique, cela signifie que la compréhension des petits tourbillons locaux conduit à des modèles climatiques mondiaux plus précis et à une planification plus sûre des missions spatiales - depuis la programmation du nettoyage automatique des panneaux solaires jusqu'à l'évaluation du risque pour l'optique et les mécanismes sur les rovers et les atterrisseurs.
Deux engins spatiaux, vingt ans et le premier catalogue mondial des mouvements
Une équipe de chercheurs a analysé les archives d'images prises par Mars Express (en orbite depuis 2004) et ExoMars Trace Gas Orbiter (en orbite depuis 2016). Au lieu de compter manuellement, une approche informatique a été utilisée : un modèle d'apprentissage profond a été entraîné pour reconnaître automatiquement la "signature" reconnaissable des tourbillons actifs dans les images - un nuage de poussière soulevée plus clair et une ombre sombre qu'il projette sur le sol - et pour en extraire leurs géométries et leur dynamique de la masse d'autres modèles visuels. Le résultat est une liste publiquement disponible de 1039 tourbillons actifs, dont la direction et la vitesse de déplacement sur le sol ont été estimées pour un grand nombre, ce qui a permis aux chercheurs de "dessiner" des champs de vent à l'échelle planétaire.
Le mappage montre que les tourbillons sont répandus presque partout - des basses terres aux pentes volcaniques - mais qu'ils "naissent" souvent dans des zones sources spécifiques avec une abondance de matériaux fins. L'une d'elles est Amazonis Planitia, une vaste zone des basses terres du nord couverte de sable fin et de poussière, où les tourbillons fréquents "aspirent" littéralement des milliers de tonnes de particules et les envoient dans l'air. L'échantillon de tailles est varié : des tourbillons d'un diamètre de seulement quelques dizaines de mètres ont été enregistrés, mais aussi ceux d'une largeur de plusieurs centaines de mètres, et leurs hauteurs dépassent parfois tout ce que nous aurions pu attendre en observant uniquement depuis le sol. Cette diversité spatiale est cruciale pour comprendre le transport de la poussière et sa sédimentation dans différentes niches géomorphologiques de Mars.
Des vents plus rapides que nous ne le pensions
En suivant le mouvement des tourbillons entre les images multicanaux, les chercheurs ont mesuré directement des vents de surface atteignant environ 44 m/s, soit environ 158 km/h. C'est nettement plus que les mesures typiques des atterrisseurs et des rovers précédents, dont les observations sont, de manière compréhensible, limitées à des emplacements et des périodes de temps spécifiques. Bien que ces chiffres semblent intimidants, il faut garder à l'esprit que l'atmosphère rare de Mars (environ 1% de la densité de celle de la Terre) signifie une pression dynamique drastiquement plus faible - un tel vent "d'ouragan" serait à peine ressenti sur la peau d'un humain sur Mars, mais il est en même temps tout à fait suffisant pour soulever et transporter de la poussière sur de grandes surfaces et bloquer la lumière du soleil pour les rovers qui dépendent des panneaux solaires.
Des vitesses étonnamment élevées ont été enregistrées dans plus de zones et de périodes de l'année que ne le suggéraient les modèles existants. Cela éclaire davantage le soi-disant "mystère du transport du sable sur Mars" : les seuils de laboratoire pour la mise en mouvement des grains de sable - le mouvement par bonds que nous appelons saltation - sont souvent supérieurs aux vitesses mesurées par les instruments au sol. Les nouvelles données orbitales montrent que les vents rapides sont en fait fréquents, ce qui signifie que le soulèvement de la poussière est probablement plus fréquent que nous ne le pensions auparavant. Cela a des conséquences directes sur les estimations de la visibilité, du réchauffement et du refroidissement, ainsi que sur les modèles de la "durée de vie" des nuages de poussière dans l'atmosphère.
Quand et où Mars "poussière" le plus
La saisonnalité est prononcée : la plus grande activité se produit au printemps et en été de chaque hémisphère, en fin de matinée et en début d'après-midi, approximativement entre 11h et 14h heure solaire locale. C'est à ce moment-là que le contraste de température entre le sol et l'air est le plus fort, et que les vents de surface sont stables et suffisamment puissants pour "alimenter" la rotation. Dans les zones de plaine avec des sédiments fins - en particulier dans les plaines du nord - la fréquence des tourbillons est plus élevée, mais ils ont également été enregistrés sur des pentes volcaniques abruptes et sur les bords des cratères, où le relief renforce davantage le courant. Une telle distribution rappelle les modèles dans les déserts sur Terre, mais Mars, en raison de sa sécheresse et de son atmosphère rare, montre une "boucle" d'activité spatiale et temporelle plus large.
Comment le "bruit" est devenu une donnée
Ni Mars Express ni ExoMars TGO n'ont été conçus à l'origine pour mesurer la vitesse du vent. La clé réside dans la manière dont leurs caméras - HRSC sur Mars Express et CaSSIS sur TGO - assemblent une image finale à partir de plusieurs canaux distincts. Comme les canaux sont enregistrés avec un décalage temporel d'une à plusieurs dizaines de secondes, tout ce qui bouge dans la scène laisse des décalages subtils de couleur ou de géométrie. Les chercheurs ont transformé cet "artefact" en une mesure : en mesurant le décalage du nuage de poussière entre les canaux, ils ont obtenu la vitesse et la direction du mouvement du tourbillon et, indirectement, la vitesse et la direction du vent près du sol. C'est un exemple élégant de la manière dont les limitations d'ingénierie (le décalage des canaux) peuvent devenir une opportunité scientifique.
La reconnaissance automatique des tourbillons est basée sur des réseaux de neurones entraînés sur des milliers d'exemples étiquetés. Le modèle reconnaît le contraste caractéristique d'un nuage de poussière soulevée plus clair et d'une ombre sombre, les motifs circulaires et spiraux qui diffèrent des nuages, des dunes ou des structures de collines, ainsi que les relations spatiales entre ces éléments. Une telle approche permet un "balayage" systématique des archives planétaires, et son effet se multiplie à mesure que de nouvelles images arrivent et que les modèles sont affinés. En fin de compte, cela signifie que la carte des vents deviendra de plus en plus détaillée avec le temps, et les prévisions de la microclimatologie locale - plus fiables.
Ce que les découvertes signifient pour les futurs engins spatiaux et rovers
Des cartes de vent plus détaillées par région et par saison aident directement à la sélection des sites d'atterrissage et à la planification des opérations des engins spatiaux à la surface. La quantité de poussière qui se dépose sur les panneaux solaires et l'optique des instruments est l'une des principales menaces pour le budget énergétique et scientifique des missions. Si nous savons à l'avance à quelle fréquence de la poussière fine "tombe" dans une zone, nous pouvons prévoir la programmation du nettoyage automatique, l'orientation des caméras, la planification des mesures critiques pendant les heures où le flou est le plus faible, et mieux dimensionner les filtres, les joints et les assemblages mobiles exposés à l'abrasion.
En pratique, de telles informations sont déjà intégrées dans les préparatifs des prochaines étapes européennes sur la planète Rouge. Le rover Rosalind Franklin est prévu pour un lancement en 2028 et un atterrissage en 2030, dans le but de forer pour la première fois à une profondeur d'environ deux mètres et de rechercher des traces chimiques de la vie ancienne dans des couches souterraines protégées. Pour un atterrissage en toute sécurité, une nouvelle plate-forme européenne avec des rétro-fusées précises et des parachutes avancés est en cours de développement ; de plus, les nouveaux plans d'atterrissage et le calendrier des opérations de surface tiennent déjà compte d'une carte plus fine des vents, de la poussière et des fenêtres saisonnières de temps favorable.
Les rovers comme "météorologues" : leçons du sol
En plus des données orbitales, les observations au sol fournissent des indices importants : les rovers de la NASA enregistrent régulièrement des tourbillons éphémères, parfois plusieurs en même temps, ce qui fournit une référence locale pour les directions et les changements de vitesse du vent. De telles scènes montrent comment les tourbillons peuvent interagir - fusionner ou se "dévorer" les uns les autres - et confirment qu'ils sont l'une des principales sources de poussière dans l'atmosphère. En combinant les observations locales et le catalogue mondial, une image cohérente de la circulation de la poussière émerge à différentes échelles, du grain de sable qui rebondit sur le sol aux courants planétaires qui transportent des nuages de poussière à travers les continents de Mars.
De la météorologie locale au climat mondial
L'un des principaux gains de la nouvelle étude est la calibration des modèles climatiques et de prévision de Mars. Jusqu'à présent, ils "devinaient" souvent les vitesses du vent à partir de mesures indirectes de la température et de la pression, avec très peu de confirmations directes à grande échelle spatiale. Maintenant, pour la première fois, un ensemble de mesures est disponible qui couvre diverses latitudes, altitudes et saisons. Les modèles qui sous-estiment systématiquement la vitesse du vent dans certaines régions devront être révisés, ce qui, par conséquent, modifiera également les estimations de la quantité de poussière en circulation, du moment où les nuages se forment et des conséquences pour le bilan énergétique de l'atmosphère et de la surface.
Implications pratiques : énergie, optique, logistique
Pour les missions alimentées par des panneaux solaires, le dépôt de poussière est une question de vie ou de mort. Certains engins spatiaux ont terminé leur mission lorsqu'une "couverture" épaisse a obscurci les panneaux à tel point qu'il n'y avait plus assez d'électricité pour la communication ou le chauffage. La planification du nettoyage automatique - du secouage et de la rotation des panneaux au ciblage des "fenêtres venteuses" lorsque les nettoyages naturels sont plus fréquents - n'est possible que si nous comprenons les cycles des tourbillons et les roses des vents locales. Les instruments optiques, des caméras aux spectromètres laser, en souffrent également : la poussière fine se dépose sur les surfaces optiques et modifie leurs spectres de réflexion, de sorte que de nouvelles stratégies de protection et de calibration sont également nécessaires.
Pour des opérations plus complexes au sol, la logistique est également importante : le calendrier de la conduite, du forage et de l'échantillonnage doit être aligné sur les signaux météorologiques locaux. Si un fond "poussiéreux" accru est attendu pendant les heures les plus actives de la journée, il est logique de déplacer les tâches sensibles aux premières heures du matin ou à la fin de l'après-midi. L'évaluation du risque d'électricité statique - qui peut affecter les instruments et la communication - change également en fonction des schémas saisonniers et quotidiens des tourbillons, tandis que les assemblages mécaniques (articulations, engrenages, joints) sont dimensionnés en tenant compte des propriétés abrasives des minéraux dans les particules en suspension.
Données ouvertes et traitement avancé
Une valeur particulière du projet est que le catalogue est préparé comme un ensemble de données ouvertes qui est progressivement complété par de nouvelles entrées. Comme Mars Express et TGO continuent d'enregistrer quotidiennement, le réseau d'observations devient de plus en plus dense, et les réseaux de neurones sont encore affinés. Cela crée un cercle vertueux : de meilleures détections alimentent les modèles, et de meilleurs modèles aident à trouver les "points chauds" et les moments de la journée où il est le plus probable qu'une caméra capture un tourbillon passager. Dans les mois à venir, des campagnes d'enregistrement ciblées sont également attendues, ce qui conduira à la comparaison des mesures des mêmes tourbillons à partir de différentes plates-formes afin de réduire davantage les erreurs dans l'estimation de la vitesse et de la direction.
Pourquoi il est important de mettre à jour les heures et les saisons — la date d'aujourd'hui et la dynamique actuelle
Comme nous sommes le 09 octobre 2025, l'hémisphère nord de Mars entre dans une partie plus calme de l'année, où le maximum d'activité des tourbillons de l'été se calme progressivement. Néanmoins, les nouvelles mesures de vitesses de surface plus élevées suggèrent que le transport de la poussière se poursuivra également pendant la période de transition, en particulier le long des bords des plaines et sur les pentes abruptes où la topographie encourage le courant. Dans les semaines à venir, la publication des premiers paramètres mis à jour pour les modèles numériques qui prennent en compte les nouvelles limitations de la vitesse du vent dans la couche de surface est attendue, ce qui permettra des prévisions plus précises de la visibilité et du dépôt de poussière sur les surfaces des instruments.
Comparaisons avec les mesures par hélicoptère et au sol
L'hélicoptère Ingenuity, qui a effectué un certain nombre de vols historiques jusqu'à cette année, a parfois enregistré des rafales de vent plus fortes que prévu, ce qui indiquait que les explosions de courte durée pouvaient dépasser les valeurs moyennes "lisses" fournies par les stations météorologiques. Les nouveaux catalogues orbitaux fournissent un contexte : les fortes rafales de vent ne se produisent pas de manière isolée, mais dans des ceintures qui suivent les gradients thermiques et les canaux de relief. Ensemble, les mesures orbitales et de surface constituent l'épine dorsale d'une nouvelle météorologie synoptique de Mars, dans laquelle les petites échelles (tourbillons) et les grandes échelles (courants régionaux) s'intègrent enfin sur la même "carte des vents".
Où aller ensuite : campagnes d'enregistrement ciblées
Sachant à quelles heures et pendant quelles saisons les tourbillons se forment le plus souvent, les équipes de caméras peuvent planifier des séquences avec un temps maximal entre les canaux afin d'obtenir une plus grande "base de référence" pour la mesure du décalage du nuage de poussière. L'enregistrement coordonné du même tourbillon par deux engins spatiaux - à partir de géométries différentes et avec des décalages différents entre les canaux - permettra la validation des méthodes et la réduction des erreurs. La combinaison de paires stéréo et de données multispectrales ouvrira en outre la possibilité d'estimer la structure verticale des nuages et la taille des particules, ce qui est crucial pour modéliser l'épaisseur optique de l'atmosphère et les flux d'énergie au-dessus de différents types de terrain.
Contexte : histoire et héritage des missions européennes
Depuis l'arrivée de Mars Express fin 2003, l'Europe a systématiquement construit un enregistrement photographique unique de la planète Rouge. La longévité de la mission et la calibration minutieuse des instruments ont permis des comparaisons sur des échelles de temps allant de jours à des décennies - un privilège rare en science planétaire. ExoMars TGO, de son côté, a apporté une grande sensibilité aux traces de gaz et une caméra moderne CaSSIS, ce qui - avec l'habileté d'équipes créatives - a rendu possible cette nouvelle façon de "cartographier le vent" sur Mars. Ensemble, ces missions montrent la quantité de science que l'on peut tirer des "effets secondaires" des instruments lorsque l'on change de perspective et que l'on recherche un signal dans ce qui semble être du bruit.
Mosaïque industrielle et partenariat euro-américain
La reprise du programme ExoMars après l'interruption de la coopération avec la Russie en 2022 a entraîné une nouvelle répartition des rôles : les entreprises européennes ont pris en charge la majeure partie du système, tandis que les États-Unis fourniront le lanceur et certains sous-systèmes critiques. Airbus au Royaume-Uni est responsable de la construction de la plate-forme d'atterrissage, avec un contrat d'environ 150 millions de livres, et l'objectif clé est de freiner avec précision et de déposer doucement le rover sur le sol en 2030. La planification de ces scénarios utilise également les nouveaux champs de vent obtenus à partir du catalogue de tourbillons, ce qui réduit les incertitudes dans la conception des parachutes, des rétro-fusées et de la construction des pieds de la plate-forme.
Technique de mesure : de l'ombre à la vitesse
Avec HRSC, jusqu'à neuf canaux enregistrent la scène avec un décalage d'environ 7 à 19 secondes. Dans cet intervalle, le tourbillon se déplace suffisamment pour qu'un décalage de couleur discret ou un "fantôme" qui trahit le mouvement apparaisse sur l'image combinée. CaSSIS enregistre des paires avec un intervalle d'une seconde pour la couleur et d'environ 46 secondes pour la stéréo ; cela permet de capturer des mouvements plus importants, mais perd la sensibilité aux vibrations ou accélérations très courtes. Dans les deux caméras, la réconciliation géométrique des canaux et la correction précise des distorsions sont cruciales pour distinguer les artefacts du mouvement réel du nuage de poussière, et des validations supplémentaires sont obtenues en comparant avec des séquences d'images provenant d'autres orbites et, si possible, avec des vidéos de terrain des rovers.
Cartes de risque et sélection des sites d'atterrissage
Dans la pratique de mission standard, les vitesses de vent moyennes et extrêmes sont incluses dans les soi-disant cartes de risque. Les comparaisons entre le catalogue de tourbillons et les cartes topographiques - par exemple, les bords de cratères ou les "goulots d'étranglement" entre les hauts plateaux - indiquent des corridors de courant accru, où une petite chute de pression et des changements de relief concentrent les rafales. Ces connaissances sont utilisées pour optimiser la géométrie des parachutes, dimensionner les pieds de la plate-forme et définir les tolérances pour les coups de vent latéraux. Les cycles quotidiens sont tout aussi importants : les atterrissages sont, si possible, prévus en dehors des pics d'activité tourbillonnaire quotidiens les plus forts afin de réduire les risques de coups latéraux incontrôlés et de soulèvement de poussière lors du contact avec le sol.
Ce que les archives cachent encore
Les archives de Mars Express et de TGO sont riches en séquences dans lesquelles, avec des yeux robotiques tournés vers la géologie, des "joyaux" météorologiques sont "accidentellement" cachés. Une recherche rétroactive systématique, accompagnée d'une éducation continue des algorithmes, augmentera probablement le nombre de tourbillons enregistrés et améliorera la couverture spatiale. De plus, de nouveaux programmes d'enregistrement coordonné des mêmes scènes à plusieurs jours ou semaines d'intervalle devraient éclairer la façon dont les "sentiers" des tourbillons changent au cours de la saison et combien de temps ils restent visibles sur le sol sous forme de lignes sombres et sinueuses. Cela, en combinaison avec des expériences in situ, pourrait également aider à déterminer les seuils d'érosion de différents types de sol sous l'effet des coups de vent de courte durée mais fréquents.
La poussière de Mars comme ressource et défi
Bien que la poussière ait été perçue pendant des années principalement comme une nuisance, il y a de plus en plus de propositions de considérer ce matériau omniprésent comme une ressource. La connaissance de la granulométrie et des propriétés électriques des particules, en combinaison avec les cartes des vents, pourrait aider au développement de capteurs passifs qui "récoltent" la poussière pour des analyses expérimentales in situ. C'est en partie une question de sécurité pour les futurs astronautes : la poussière fine peut être abrasive et électrostatique, de sorte que la conception des filtres, des joints et des combinaisons doit prendre en compte les vitesses de vent localement attendues et les tailles de particules typiques. Chaque nouveau pixel sur la carte des vents devient ainsi un nouvel élément dans le budget de risque des futurs équipages.
Comment les médias rapportent les nouvelles découvertes et pourquoi les chiffres doivent être contextualisés
Les vitesses de 158 km/h semblent spectaculaires, mais sans contexte, elles peuvent être trompeuses. Sur Mars, l'atmosphère rare signifie qu'un tel vent transporte beaucoup moins d'énergie qu'une tempête de la même vitesse sur Terre. Néanmoins, c'est précisément cette faible densité qui fait que les petites particules, une fois soulevées, restent longtemps dans l'air et parcourent de grandes distances. Le message des scientifiques est plus nuancé que le "record" : ce qui est important, c'est que nous avons obtenu pour la première fois une image fiable et spatialement étendue des vents de surface qui améliore les modèles et aide à éviter les oublis dans la planification des missions - de la circulation de l'air pendant l'atterrissage aux stratégies de maintien de la capacité énergétique et scientifique sur le terrain.
Disponibilité des données au 09 octobre 2025
Étant donné que les deux orbiteurs sont toujours actifs aujourd'hui, de nouvelles images arrivent quotidiennement. Cela élargit également le catalogue de tourbillons, qui est destiné à une large communauté - des climatologues et géologues aux ingénieurs et planificateurs de missions. On s'attend à ce que d'ici la fin de cette année martienne, suffisamment d'enregistrements unifiés soient disponibles pour la première série d'améliorations des modèles mondiaux, y compris une paramétrisation plus fine des sources de poussière, des fenêtres météorologiques saisonnières pour l'atterrissage et des estimations des budgets énergétiques des missions qui dépendent du Soleil.