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    L'une des caractéristiques les plus frappantes des planètes du système solaire est la grande diversité dans la composition de leur atmosphère, depuis les planètes gazeuses géantes dominées par l'hydrogène et l'hélium, à Vénus et Mars, dont l'atmosphère est principalement constituée de dioxyde de carbone, en passant par le méthane de Titan, et bien sûr le cas très particulier de la Terre et de son oxygène.

     

    Formation

    La capacité d'une planète ou d'un satellite à retenir une atmosphère dépend de plusieurs paramètres. Les atomes ou molécules susceptibles de former une atmosphère sont sujets à une agitation d'origine thermique. Celle-ci leur donne en quelque sorte une vitesse moyenne de déplacement qui est à comparer à la vitesse de libération de la planète, c'est-à-dire la vitesse minimale qu'un objet doit dépasser pour pouvoir échapper à l'attraction gravitationnelle pour de bon (par exemple 11,2 kilomètres par seconde pour la Terre). Comme l'atmosphère d'une planète est constituée des molécules ne pouvant pas s'échapper, on peut montrer, en comparant agitation thermique et vitesse de libération, que la composition de l'atmosphère dépend principalement de la masse du corps, de sa taille et de sa température, donc de sa distance au Soleil. 

     

     Pour le système solaire, trois cas de figure apparaissent. D'abord les corps qui n'ont pas été capables de conserver une atmosphère appréciable, généralement à cause d'une faible masse, donc d'une faible gravité. Il s'agit de Mercure, de la Lune, de Pluton, et de tous les satellites du système solaire, à l'exception notable de Titan. Ensuite, les corps très massifs capables de retenir tous les types de gaz, en particulier l'hydrogène et l'hélium : Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Finalement, la cas le plus intéressant, celui des planètes ou satellites ayant soit une masse intermédiaire soit une très basse température : Vénus, la Terre, Mars et Titan. Ces quatre corps ont perdu l'hydrogène et l'hélium, mais ont réussi à retenir des gaz plus lourds comme le dioxyde de carbone ou la vapeur d'eau.


     

    Les atmosphères de Vénus, Mars et de la Terre trouvent leur origine dans le même phénomène, le dégazage volcanique, par lequel les gaz emprisonnés dans les roches lors de la formation de la planète sont progressivement libérés par l'intermédiaire d'éruptions volcaniques. Les trois principaux gaz en jeu sont la vapeur d'eau (H2O), le dioxyde de carbone (CO2) et le dioxyde de souffre (SO2). Mais bien que les trois atmosphères soient nées du même mécanisme, elles ont rapidement divergé et donné naissance à des conditions très différentes, un enfer de CO2 à une température de 460 degrés sur Vénus, une atmosphère de CO2 très tenue sur Mars, et un environnement sur Terre marqué par la présence de la vie.


    Vénus


    Le facteur le plus influent dans l'évolution de la planète Vénus par rapport à la Terre a été un apport d'énergie plus élevé dû à la proximité du Soleil. Après la phase de dégazage initiale, Vénus devait être assez semblable à notre planète. La vapeur d'eau put probablement se liquéfier et donner naissance à des océans, d'autant qu'à cette époque reculée le jeune Soleil n'émettait que 70 pour cent de l'énergie qu'il produit à l'heure actuelle. La température devait être supérieure à 100 degrés Celsius, mais avec une pression atmosphérique supérieure à la nôtre, l'eau pouvait exister sous forme liquide. Le dioxyde de carbone devait également être présent dans l'atmosphère, mais en quantité limitée car pluies et océans pouvaient le dissoudre et l'incorporer dans les roches sédimentaires.

     

     Mais avec le temps, le Soleil produisait de plus en plus d'énergie. Après quelques centaines de millions d'années, la température à la surface de Vénus atteignit les 374 degrés, un seuil au-dessus duquel l'eau ne pouvait plus exister sous forme liquide, et les océans commencèrent à s'évaporer. Avec l'arrivée de grandes quantités de vapeur d'eau dans l'atmosphère, un nouveau phénomène allait entrer en jeu : l'effet de serre. 

     

     Lorsque le rayonnement du Soleil atteint une planète comme Vénus ou la Terre, il est principalement concentré dans le domaine visible, où l'atmosphère est transparente. Son énergie atteint donc la surface de la planète sans être inquiétée. Cette énergie est alors absorbée par la planète et automatiquement réémise vers l'extérieur. Mais la planète est beaucoup plus froide que le Soleil et ce nouveau rayonnement est par conséquent concentré dans le domaine infrarouge plutôt que visible. Or la vapeur d'eau ou le dioxyde de carbone ne sont pas transparents en lumière infrarouge. Ces gaz vont donc absorber l'énergie réémise par la planète et s'échauffer : c'est l'effet de serre. Sur Vénus, ce nouveau phénomène provoqua une augmentation de température de l'atmosphère et contribua à accélérer l'évaporation des océans. Ceci amplifia encore l'effet de serre, et ainsi de suite dans un cercle vicieux.

     

    Le coup de grâce pour Vénus se produisit lorsque les océans se furent complètement évaporés. Sans eau liquide pour dissoudre le dioxyde de carbone et de souffre, ces gaz commencèrent également à s'accumuler dans l'atmosphère et à contribuer à l'effet de serre. La température atteint finalement un niveau tel que même le dioxyde de carbone déjà emprisonné dans les roches fut libéré et relâché dans l'atmosphère.


    Le résultat de cette évolution est l'enfer que nous observons actuellement, une atmosphère dominée par le dioxyde de carbone, avec une température de 460 degrés. Cette dernière est maintenant stable car le cercle vicieux n'est plus à l'oeuvre. Les rayons ultraviolets du Soleil ont peu à peu dissocié les molécules d'eau en leurs constituants, atomes d'oxygène et d'hydrogène, qui se sont échappés vers le milieu interplanétaire. Comme l'effet de serre était principalement dû à la vapeur d'eau, il est dorénavant stable. Le volcanisme peut encore rejeter de l'eau, mais celle-ci est tout de suite dissociée par les rayons ultraviolets du Soleil et ses constituants se combinent avec le dioxyde de soufre pour former des nuages d'acide sulfurique.


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