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       - L'effet de serre sur Vénus  
    Hors série - Science & Vie - 1996-09-01      
    Dans l'atmosphère de la deuxième planète, il ne reste pratiquement que du gaz carbonique. Or celui-ci piège l'infrarouge.
Résultat : il fait très chaud sur Vénus.
 
    Torride et désolé … Deux mots qui résument le paysage vénusien. Pourtant, il y a bien longtemps, Vénus aurait pu ressembler à notre monde. Sa taille, sa masse et sa densité font de cette planète une petite soeur de la Terre. Les compositions initiales de ces fausses jumelles devaient être similaires puisqu'elles sont voisines et proviennent de la même nébuleuse primitive. Vénus, un peu plus proche du Soleil, devait, a priori, bénéficier d'une température légèrement plus chaude que sa soeur. Pourtant, aujourd'hui, un observateur terrestre n'y tiendrait pas une seconde : elle atteint les 480°C en moyenne !  
    L'existence d'une telle fournaise à proximité de notre planète peut paraître surprenante. Vénus, l'étoile du matin, chauffée par le Soleil, réémet autant d'énergie qu'elle en absorbe en rayonnement solaire, comme elle ne possède pas d'autres sources connues de chaleur, on peut supposer que ce bilan énergétique nul témoigne d'une température moyenne à l'équilibre avec le milieu interstellaire - un corps sans atmosphère situé à la même distance du Soleil serait à -30°C ! Or, il n'en est rien … L'atmosphère de la planète serait-elle responsable de ce phénomène ? Que s'y passe-t-il donc ?  
    La réponse est un phénomène bien connu des jardiniers : l'effet de serre. Celui qui sévit sur Vénus est beaucoup plus efficace que celui qui agrémente nos potagers.  
    Dans l'un et l'autre cas, le mécanisme est pourtant le même. Il fait intervenir deux phénomènes d'absorption d'énergie par la surface de la planète : celle du rayonnement solaire incident et celle des infrarouges réfléchis.  
    Le Soleil émet le maximum de son énergie vers 0,5 micron de longueur d'onde, c'est-à-dire dans le jaune, domaine où la sensibilité de l'oeil humain est la plus grande. Ce rayonnement "visible" traverse l'atmosphère terrestre où il est peu absorbé par ciel clair. Par temps couvert, une partie de ce rayonnement est simplement réfléchi vers l'espace par les nuages. La mer ou les continents en renvoient, eux aussi, une certaine proportion. Cependant, ce qui reste, une fraction substantielle, est absorbée par la planète et chauffe sa surface. Celle-ci finit par réémettre cette chaleur mais à des longueurs d'onde situées dans l'infrarouge invisible à l'oeil nu. Certaines molécules atmosphériques, même présentes en faible quantité, peuvent justement absorber ces infrarouges. A leur tour, elles rayonnent leur énergie dans toutes les directions.  
    Une partie est évacuée mais il en reste encore une fraction qui se trouve "réfléchie" vers la surface. Celle-ci subit de ce fait un chauffage additionnel. Le phénomène se poursuivant, la température de la planète augmente.  
    Les composants majeurs de l'atmosphère de la Terre, azote et oxygène, ne retiennent pas le rayonnement infrarouge. En fait, sur notre planète, l'effet de serre n'est dû qu'à des composants atmosphériques présents en faibles proportions : gaz carbonique, vapeur d'eau ou méthane. Sur Vénus, en revanche, il ne reste pratiquement que du gaz carbonique. Comme sur Terre, il contribue à l'effet de serre dans la mesure de sa concentration et celle-ci est très élevée : 96,5%. La couche atmosphérique vénusienne est aussi plus épaisse puisqu'une pression 90 fois supérieure règne à sa surface. Voilà donc pourquoi l'effet de serre y est si grand. Résultat, la surface de la planète est plus chaude que celle de Mercure pourtant plus proche du Soleil.  
    On sait aujourd'hui qu'il n'en a pas toujours été ainsi. Reconstituée par les modèles théoriques, l'histoire du Soleil et des autres étoiles est marquée par les variations à long terme de leur luminosité. Ainsi, il y a 4,5 milliards d'années, juste après la formation du système solaire, notre astre n'émettait qu'environ 70% de son rayonnement actuel. Le climat de Vénus devait donc être très différent de l'actuelle fournaise.  
    D'après les calculs, la température devait même être assez basse pour qu'à sa surface, l'eau subsiste à l'état liquide. Or l'eau, sous toutes ses formes, solide, liquide ou vapeur, devait être aussi abondante sur Vénus que sur la Terre ou sur Mars au moment de leur formation. L'abondance de cette eau résulterait, en effet, du modèle de formation du système solaire.  
    L'atmosphère primitive de Vénus devait donc contenir, en plus de son gaz carbonique, de la vapeur d'eau s'évaporant d'un océan initial présumé. Vénus étant plus près du Soleil que la Terre, elle en reçoit plus d'énergie. Au début de l'existence du système solaire, cette énergie était plus faible qu'aujourd'hui mais le rayonnement de notre étoile s'est accru avec l'intensification de ses réactions thermonucléaires. En conséquence, la température de la surface de Vénus a progressivement monté, entraînant la vaporisation d'une quantité croissante d'eau dans son atmosphère. Une partie de cette vapeur pouvait se condenser et retomber en pluie sur la surface. Puis, comme la planète s'échauffait de plus en plus, toute l'eau présente sur Vénus s'est trouvée vaporisée. Celle-ci contribuant aussi à l'effet de serre, la température de la planète aurait atteint de très hautes valeurs.  
    La température moyenne de la surface de Mercure (57,91 millions de km du Soleil) est de-173°C (maximale de 427°C); celle de Vénus (108,2 millions de km du Soleil) est de 480°C et présente peu d'écarts entre le jour et la nuit.  
    La fraction ultraviolette du rayonnement solaire eut ensuite raison de cet effet de serre primitif : les ultraviolets dissocient l'eau en hydrogène et oxygène.  
    L'hydrogène, gaz léger, s'est échappé rapidement de l'atmosphère tandis que l'oxygène se combinait è d'autres éléments. Il forma ainsi, avec le soufre et l'hydrogène encore présent, l'un des composants trouvés dans les nuages de Vénus : l'acide sulfurique. Ceci explique un autre désagrément de l'atmosphère vénusienne : les pluies, si elles se produisent, pourraient y être très acides !  
    Quand toute l'eau eut disparu, il ne resta plus que le gaz carbonique pour contribuer à l'effet de serre. Il prit le relais pour longtemps.  
    Pendant ce temps, sur Terre, une partie du gaz carbonique, lavée par les pluies, s'était transformée en carbonates. Ceux-ci, collectés par le ruissellement des eaux sur les continents, ont été précipités au fond des mers. Ce lavage de l'atmosphère a contenu l'effet de serre terrestre dans les limites d'un équilibre. Il s'y est maintenu jusqu'à nos jours. A sa formation, l'atmosphère terrestre contenait autant de gaz carbonique que Vénus. Grâce aux pluies, la majeure partie de ce gaz s'est trouvée rapidement combinée aux éléments de la croûte terrestre. Sans elles, notre effet de serre aurait pu conduire à l'ébullition des océans.  
    La disparition de l'eau sur Vénus a donc eu une autre conséquence importante. Les pluies faisant défaut, la totalité du carbone disponible est demeurée dans son atmosphère. Ce bijou du ciel est ainsi devenu la planète torride actuelle.  
   

Des milliards de jumelles dans l'univers ?

 
    La proximité de Vénus au Soleil fut donc un élément décisif de son histoire. Si, par comparaison, la distance de notre planète au soleil avait été réduite de seulement 5%, c'est-à-dire d'environ 7,5 millions de kilomètres, elle aurait probablement subi le même destin. L'eau de nos océans se serait évaporée. La vie, si elle avait eu le temps de se former, ne serait qu'une trace d'histoire ancienne.  
    Cette réflexion s'applique à l'ensemble des systèmes planétaires de l'Univers, car toutes les étoiles d'une masse comparable à celle du soleil suivent une évolution similaire. Leur luminosité augmente lentement mais continuellement avec l'accroissement de leur diamètre. Si ces étoiles sont accompagnées de planètes, l'eau qui s'y trouve ne peut y demeurer longtemps à l'état liquide qu'à une certaine distance. Or la vie, telle qu'on la connaît, nécessite la permanence de l'eau liquide. Il existe donc une distance limite en dessous de laquelle la vie ne peut persister longtemps. On estime qu'en dessous de cette limite, les conditions propices à son apparition et son maintien disparaîtraient en un peu plus d'un milliard d'années après la formation du système planétaire. Inversement, il existe une distance au-delà de laquelle toute l'eau est transformée en glace, une situation également peu favorable aux êtres vivants. Mars, la planète située directement après la nôtre, en est un exemple.  
    C'est dire que la zone de notre système solaire habitable de façon continue est très restreinte. On estime qu'il ne peut y avoir qu'un seul corps réunissant ces conditions par système planétaire. Un pronostic un peu pessimiste …  
    L'espoir de découvrir des cousines accueillantes n'est cependant pas abandonné. D'ici deux ou trois décennies, les observations spectroscopiques de planètes extrasolaires seront possibles. Elles révéleront peut-être quelques autres mondes propices à la vie.  
            
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