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Aujourd'hui aride et brûlante, Vénus possédait pourtant jadis un océan, mais celui-ci s'est évaporé. Paradoxalement, c'est cet océan qui aurait entraîné sa propre disparition en ralentissant la planète avec ses marées. Résultat, Vénus met aujourd'hui 243 jours terrestres à effectuer une rotation sur son axe.

Malgré son surnom de sœur jumelle de la terre, Vénus affiche un paysage particulièrement inhospitalier. Son atmosphère est composée de 96 % de dioxyde de carbone (comparé à 0,04 % sur la Terre) et des nuages d'acide sulfurique déferlent sur sa surface désertique où règne une température de 462 °C. Mais cela n'a pas toujours été le cas. Certains modèles suggèrent ainsi que Vénus disposait autrefois d'un océan et de températures clémentes susceptibles d'accueillir la vie.

Les marées ralentissent inéluctablement les planètes

Malheureusement, l'océan de Vénus est peut-être ironiquement ce qui a causé sa perte, avance aujourd'hui une équipe de scientifiques de laNasa, de l'université de Bangor et de Washington dans une étude publiée dans le journal Astrophysical Journal Letters. Sur Terre, la dissipation de l'énergie des marées océaniques due à l'influence gravitationnelle de la Lune et du Soleil contribue ainsi au ralentissement de la vitesse de rotation de la planète. On estime ainsi que la Terre met 16 secondes de plus chaque million d'années pour effectuer une rotation autour de son axe. Il y a 400 millions d'années, un jour terrestre ne durait ainsi  que 22 heures

Vénus, bien que ne possédant pas de lune comme la Terre, aurait pu être victime du même effet en raison de la force gravitationnelle du Soleil. Un effet qui aurait même été beaucoup plus puissant que celui à l'œuvre sur notre planète, puisque sa vitesse de rotation est particulièrement lente : un jour vénusien dure 243 jours terrestres, ce qui veut dire que n'importe quel point de sa surface est brûlé par le Soleil durant plusieurs jours.

differentes simulations de l’océan vénusien et des conséquence sur la gravité. Profondeur de l’océan de 330 m (a) ; profondeur de l’océan de 830 m (b) ; l’amplitude des marées solaires (en mètres) avec la vitesse de rotation actuelle de Vénus (c) ou équivalent à 8 jours terrestres (d) ; la dissipation de l’énergie des marées en mW/mètre cube (e) et (f). © Mattias Green et al, Astrophysical Journal Letters, 2019 

Une décélération très rapide

À l'aide d'un modèle numérique, les chercheurs ont simulé l'effet des marées océaniques pour différentes profondeurs d'eau et des périodes de rotation croissantes, depuis 243 jours terrestres comme aujourd'hui jusqu'à 64, plus rapide que la Terre. D'après leurs calculs, la dissipation de l'énergie des marées varie ainsi de 0,001 GW à 780 GW selon les paramètres étudiés, la valeur maximale étant suffisamment grande pour ralentir la planète de façon conséquente. Celle-ci aurait ainsi pu décélérer de 72 jours tous les millions d'années (contre 16 secondes pour la Terre comme rappelé plus haut). De quoi expliquer la moitié de la variation de la longueur du jour observée sur Vénus, qui est actuellement d'environ 7 minutes au cours des 40 dernières années (le reste étant attribué à des mouvements atmosphériques, voir article ci-dessous). Ce ralentissement extrême aurait abouti à l’évaporation de l’océan et à la disparition de toute forme de vie.

Cette étude montre en tout cas l'importance du rôle des marées sur la rotation d'une planète, appuie Mattias Green, principal auteur de l'étude et chercheur à l'université de Bangor. « Elle pourrait aussi permettre de déterminer l'habitabilité des exoplanètes accueillant un océan, dans la mesure où la vitesse de rotation influe aussi sur le climat », expose le chercheur.

• Vénus, aujourd’hui très inhospitalière, aurait pu accueillir un océan il y a plusieurs milliards d’années.
• Les marées engendrées par cet océan auraient paradoxalement abouti à sa propre disparition en ralentissant la vitesse de rotation de la planète.
• Comme Vénus, la Terre tourne de moins en moins vite mais sa décélération est beaucoup moins rapide.

Rotation de Vénus : pourquoi ralentit-elle ?

La surveillance de la rotation de Vénus depuis des décennies montre qu'elle varie avec une tendance moyenne au ralentissement. Au moins une partie de ce ralentissement serait due au frottement d'une onde de gravité géante dans l'atmosphère de Vénus avec ses montagnes.

La planétologie comparée nous permet de tester nos théories sur le fonctionnement de la Terre, aussi bien au niveau de la géophysique et de la géochimie interne qu'au niveau de la géophysique externe. C'est particulièrement vrai en ce qui concerne la physique et la chimie des atmosphères et les enseignements que l'on peut en tirer pourraient être précieux pour mieux comprendre vers quoi le réchauffement climatique en cours va nous mener.

L'étude de l'atmosphère de Vénus s'est révélée particulièrement surprenante lorsque l'on a découvert à partir des années 1960 qu'elle était en état de super-rotation. L'Homme s'en est rendu compte lorsque la vitesse de rotation de Vénus sur elle-même a été déterminée au radar depuis la Terre. Elle est particulièrement lente : un jour vénusien dure environ 243 jours terrestres. Or, les missions spatiales ont permis de mesurer les vitesses des vents dans son atmosphère. Ces derniers dépassent les 300 km/h, l'atmosphère fait ainsi le tour de Vénus en environ quatre jours, bien plus rapidement que ne tourne sur elle-même la planète, ce qui explique le terme de super-rotation utilisé pour qualifier son état.

La rotation de Vénus n'est pas simplement surprenante parce qu'elle est lente, elle l'est aussi parce qu'elle est dans le sens des aiguilles d'une montre, ce qui est à l'inverse de toutes les autres planètes du Système solaire ou presque (Uranus est aussi dans ce cas). On ne connaît pas bien l'origine de ce phénomène, mais tout comme on surveille les variations de la rotation de la Terre (ce qui est riche d'enseignements sur sa structure interne), on surveille celle de Vénus. On a ainsi mis en évidence depuis quelques années un ralentissement de cette vitesse de rotation.

Une onde de gravité géante dans l'atmosphère de Vénus

Une explication partielle de ce phénomène a peut-être été trouvée si l'on en croit un article publié dans Nature Geosciencepar une équipe de chercheurs franco-états-uniens, T. Navarro et G. Schubert du Department of Earth, Planetary and Space Science, de l'université de Californie (Los Angeles), avec  leur collègue Sébastien Lebonnois duLaboratoire de météorologie dynamique. Les trois chercheurs se sont pour cela basés sur une découverte de la sonde Akatsuki de la Jaxa, l'Agence spatiale japonaise.

Elle avait permis de mettre en évidence une sorte de vague géante, longue d'environ 10.000 kilomètres, dans l'atmosphère de Vénus. Elle serait l'équivalent des ondes de gravité parfois produites par l'écoulement des masses d'air au-dessus des montagnes sur Terre. Mais attention, le terme « gravité » fait ici référence à la nature de la force de rappel qui s'exerce quand un élément matériel, qu'il soit un petit volumed'air ou d'eau à la surface de la mer, a été déplacé de sa position d'équilibre et qu'il y est ramené en effectuant des oscillations à la manière d'un poids au bout d'un ressort. Ces ondes peuvent être progressives ou stationnaires comme celles, élastiques, dans une corde vibrante. Elles peuvent apparaître quand le front d'une masse d'air passe brutalement au-dessus d'un relief, par exemple une barrière montagneuse. Il ne s'agit donc pas des ondes gravitationnelles de la relativité générale qui, elles, sont liées à la déformation de l'espace-temps.

D'après des simulations de l'atmosphère de Vénus effectuées par le trio de chercheurs, ce serait des frottements entre l'onde de gravité géante et les montagnes de Vénus qui ralentiraient sa vitesse de rotation et plus généralement qui produiraient des variations de cette dernière de l'ordre de deux minutes en ce qui concerne le temps mis pour effectuer cette rotation. Sur Terre, l'effet est nettement moins important car son atmosphère est nettement moins dense.

Les variations observées sont de l'ordre de sept minutes, ce qui veut dire que d'autres phénomènes doivent être mis en jeu, comme d'autres processus d'interaction entre l'atmosphère de Vénus et sa surface.

La rotation de Vénus est-elle en train de ralentir ?

Actuellement, une journée sur Vénus durerait en moyenne 6,5 minutes de plus que lors des premiers relevés topographiques effectués par la sonde Magellan au début des années 1990. C'est l'instrument Virtis de la sonde Venus Express qui a mis en évidence cet intrigant ralentissement de la rotation de la sœur de la Terre. Plusieurs explications ont été avancées.

Voilà plus de quarante ans que l'humanité envoie des sondes en direction de la planète Vénus. Pendant une dizaine d'années, ce sont les sondes russes qui nous en ont appris le plus sur la sœur infernale de la Terre. Bien que des images de sa surface nous soient parvenues dès les années 1970, ce n'est qu'au début des années 1980 que les plus belles ont été obtenues.

Lancées respectivement le 30 octobre 1981 et le 4 novembre 1981, les sondes Venera 13 et Venera 14 ont traversé l'atmosphère de Vénus en mars 1982 pour nous offrir des panoramas dont on ne prend toute la mesure qu'aujourd'hui, grâce à des techniques plus modernes de traitement des images.

Les sondes à la découverte de Vénus

Lors de la mission Venera 13, un robot mécanique avait même prélevé un échantillon du sol pour une analyse sur place, révélant la présence de roches basaltiques semblables à celles trouvées sur les fonds marins terrestres, avec une concentration élevée de potassium. L'analyse fut rapide, bien sûr, car, comme pour toutes les sondes ayant atterri dans la fournaise vénusienne, l'électronique de bord n'a pas résisté longtemps à la chaleur.

L'année suivante, en 1983, les sondes Venera 15 et Venera 16 s'élancent à leur tour en direction de Vénus. Équipées d'un radar de 6 mètres de long sur 1,4 m de large, elles ont permis de dresser des cartes de la planète avec une résolution de 2 km.

 

 

Des vues de la surface de Vénus prises par la sonde Venera 13. © Don P.Mitchell 

Il faudra attendre l'arrivée de la sonde américaine Magellan au début des années 1990 pour faire mieux. La résolution atteinte par le radar de Magellan atteindra parfois une centaine de mètres seulement et une impressionnante carte en 3D tirée des observations de la sonde permettra par la suite de proposer des survols virtuels desvolcans vénusiens, devenus célèbres.

De nos jours, la sonde européenne Venus Express a repris le flambeau des études de la sœur jumelle de la Terre. C'est en analysant tout dernièrement les données en infrarouge fournies par son instrument Virtis que Nils Müller, un planétologue, a fait une intrigante constatation.

Virtis peut voir à travers les nuages denses de Vénus et donc observer la topographie de la planète. Le chercheur a constaté un décalage d'environ 20 km entre les longitudes des cartes des émissions infrarouge obtenues et celles attendues en se fondant sur les données fournies par Magellan, comme il l'explique avec des collègues dans une publication du célèbre journal Icarus.

Pour les planétologues, cela indique que la rotation de Vénus sur elle-même est plus lente aujourd'hui qu'elle ne l'était au début des années 1990. Un jour sur Vénus dure un peu plus de 243 jours terrestres et il semble maintenant que cette durée ait augmenté de 6,5 minutes. Ce qui peut sembler faible mais pour une planète comme Vénus et sur une aussi courte période de temps, la variation est considérable.

L'effet des courants atmosphériques ou la gravité de la Terre ?

Pour le moment, il est difficile de savoir s'il s'agit d'une tendance générale ou d'une simple phase transitoire de ralentissement de la rotation de Vénus. On sait que sur Terre, en fonction des saisons et des courants océaniques et atmosphériques, la vitesse de rotation de la Terrechange aussi, mais seulement de quelques millisecondes.

Il est vrai que sur Vénus, dont l'atmosphère a été découverte en 1761 par le polymathe russe Mikhaïl Lomonossov, l'atmosphère est bien plus dense que sur Terre. Elle est aussi en super-rotation car elle accomplit un tour de la planète en seulement quatre jours terrestres. Comme les vents y soufflent à des vitesses atteignant 360 km/h, les forces de frottement entre les courants atmosphériques et la surface de la planète sont bien plus considérables que sur Terre. Cela pourrait contribuer à ralentir la rotation de Vénus avec des transferts de moment cinétique. Certains modèles climatiques font d'ailleurs intervenir des changements cycliques sur plusieurs décennies. Des analogies avec la rotation de la Terre mais à une échelle différente pourraient expliquer ces observations.

Il se pourrait également que des transferts de moment cinétique interviennent entre la Terre et Vénus lorsqu'elles sont proches l'une de l'autre. En tout état de cause, la prise en compte de ce phénomène est importante pour sélectionner et atteindre de futurs sites d'atterrissage de sondes.