Effet de serre sur Mars

[JDGallet]

Voilà, j'aimerais comprendre pourquoi l'effet de serre est pratiquement absent sur Mars alors que la quantité absolue de CO2 atmosphérique y est 16x plus importante que dans l'atmosphère de la Terre.
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[yves25]

Il y a de l'effet de serre sur Mars mais il n'y a pas de vapeur d'eau sur Mars et la vapeur d'eau qui est abondante sur Terre a un effet de serre très fort, bien plus que le CO2.

[JDGallet]

Oui, je sais qu'il y a un petit effet de serre sur Mars qui réchauffe environ de 2°. Mais 2° avec 16 x plus de CO2 ça fait pas lourd.
Mars a un pic de rayonnement autour de 13 micro mètre, fréquence autour de laquelle le CO2 absorbe plutôt un peu plus que sur Terre (en tout cas pas moins).
Cela laisse penser qu'il y a très forte saturation ou que le CO2 est un GES bien faiblard.

[myoper]

Cela laisse penser qu'il y a très forte saturation ou que le CO2 est un GES bien faiblard.

En supposant les mesures correctes (déjà celles prises sur la terre avec des moyens beaucoup plus importants et suivis sont critiquées) ainsi qu'un effet linéaire (proportionel) et sans aucune interaction.

[A voir en vidéo sur Futura]

[JDGallet]

C'est clair que sur Mars nos connaissances sont balbutiantes par rapport à la Terre. L'effet de saturation du CO2 fait que plus y en a, moins cela ajoute d'effet de serre. Cela me laisse penser qu'il est très saturé sur Mars.
Mais sur Terre les bandes d'absorption IR entre l'eau et le CO2 se chevauchent et les deux gaz se "gênent" mutuellement. Ce n'est pas le cas sur Mars puisqu'il n'y pas d'eau. Donc le CO2 n'est limité que par sa propre saturation.

[invitefd8b48ce]

Il y a de l'effet de serre sur Mars mais il n'y a pas de vapeur d'eau sur Mars et la vapeur d'eau qui est abondante sur Terre a un effet de serre très fort, bien plus que le CO2.

L'effet de serre (piéger la chaleur) n'est-il pas compensé par le fait que la nébulosité renvoi vers l'espace une grande partie de la lumière ?

[Damien49]

En valeur relative, la concentration de C02 sur Mars est plus importante que sur Terre, mais vu que l'atmosphère moyenne de Mars est d'environ 6 hpa contre 1015hpa sur Terre, j'ai peur qu'en valeur absolue il y ai beaucoup moins de C02 sur Mars que sur Terre. L'atmosphère y est 170 fois moins dense.

[Damien49]

A comparer d'ailleurs avec Venus qui a à peu près la même concentration relative de C02 que Mars, mais un effet de serre géant et une atmosphère d'à peu près 95 000 hpa, soit 92 fois la pression de la Terre.

[jeangab62]

A comparer d'ailleurs avec Venus qui a à peu près la même concentration relative de C02 que Mars, mais un effet de serre géant et une atmosphère d'à peu près 95 000 hpa, soit 92 fois la pression de la Terre.

et 460° en surface....
un es d'enfer.

[GillesH38a]

En valeur relative, la concentration de C02 sur Mars est plus importante que sur Terre, mais vu que l'atmosphère moyenne de Mars est d'environ 6 hpa contre 1015hpa sur Terre, j'ai peur qu'en valeur absolue il y ai beaucoup moins de C02 sur Mars que sur Terre. L'atmosphère y est 170 fois moins dense.

ben non, et c'est ce que rappelle JD Gallet dès son premier post. 400 ppm sur Terre , ça fait une pression partielle en CO2 2500 fois plus faible que la pression totale. Il y a donc bien 2500/170 = 15 fois plus de CO2 sur Mars que sur la Terre.

Si le CO2 était multiplié par 15 sur la Terre, ça ferait 4 doublements, avec une sensibilité de 2 à 4 K/x2 , ça ferait un RC de 8 à 16 K. Mais c'est avec rétroactions. Si il n'y a pas de rétroactions, on est plutot autour de 1°C/doublement non ? Dans ce cas on retombe sur 4 K ce qui est l'ordre de grandeur de celui de Mars. (c'est aussi réduit par le fait que l'insolation étant inférieure, le gain par effet de serre l'est aussi).

[JDGallet]

Merci Gilles. Mais quel est finalement le lien quantitatif entre le gain de température obtenu sur Mars par l'effet de serre (2-3°), et le fait que le rayonnement solaire y soit en gros deux fois plus faible que sur Terre ??
Quand on calcule le forçage radiatif sur Terre avec la formulation de Myhre, (en fonction de l'augmentation de CO2 dans l'atmosphère), on trouve le fameux 3,7 W pour un doublement. Pourrions nous faire un calcul équivalent sur Mars ?
Je suppose qu'il faudrait changer la constante car sinon ça ne marche pas du tout.

[yves25]

Merci Gilles. Mais quel est finalement le lien quantitatif entre le gain de température obtenu sur Mars par l'effet de serre (2-3°), et le fait que le rayonnement solaire y soit en gros deux fois plus faible que sur Terre ??
Quand on calcule le forçage radiatif sur Terre avec la formulation de Myhre, (en fonction de l'augmentation de CO2 dans l'atmosphère), on trouve le fameux 3,7 W pour un doublement. Pourrions nous faire un calcul équivalent sur Mars ?
Je suppose qu'il faudrait changer la constante car sinon ça ne marche pas du tout.

Cette formule est une approximation obtenue par un simple fit de calculs plus précis.

Ces calculs ont été effectués pour une atmosphère terrestre qui comprend entre autres de la vapeur d'eau. Elle ne s'applique absolument pas au cas de Mars.

[JDGallet]

Bon, ça confirme. Ok merci.
Je ne sais pas s'il y a eu des travaux sur le sujet en astronomie. Car il me semble que la saturation de l'effet de serre CO2 devrait quand même fonctionner sur un mode comparable sur les deux planètes.

[GillesH38a]

si j'ai bien compris, il n'y a pas de saturation de l'effet de serre : il y a une saturation des raies d'absorptions, mais en augmentant la concentration, ces raies s'élargissent et la fraction de rayonnement absorbé (et réémis) par l'atmosphère augmente. Cet effet croit lentement (logarithmiquement) d'où l'expression logarithmique de la sensibilité "par doublement", mais il ne sature pas.

[JDGallet]

Tu veux dire que la fenêtre d'absorption évolue avec la concentration ?
et que donc l'effet de serre ne se sature jamais complètement c'est ça ?

Quand je parlais de saturation, je ne voulais pas dire arrêt de l'effet de serre, mais bien diminution progressive de la capacité d'absorption au fur et à mesure que la concentration augmente.

[yves25]

Tu oublies que la capacité thermique de l'atmosphère de Mars est très très inférieure à celle de la Terre (EDIT: je précise 2/100) puisque c'est directement proportionnel à la masse.
La conséquence, c'est que l'amplitude diurne de température est de l'ordre de 60 à 80 C sur Mars pour une dizaine de degrés sur Terre.
Autrement dit, il n'y a pas homogénéisation des températures et il y a une très forte émission de jour .

[JDGallet]

Ok, l'atmosphère a une capacité à stocker de la chaleur indépendamment de l'effet de serre et simplement du fait de sa masse (donc de sa pression). ça explique les écarts entre jours et nuits sur Mars qui se rapprochent plus de ceux de la Lune que de ceux de la Terre.
Mais cette très faible capacité calorifique de l'atmosphère martienne a-t-elle un impact direct sur l'amplitude de l'effet de serre CO2 ? En d'autre terme, le fait que la chaleur reste moins longtemps dans l'atmosphère diminue-t-il l'effet de serre ou non ?

[GillesH38a]

Tu veux dire que la fenêtre d'absorption évolue avec la concentration ?
et que donc l'effet de serre ne se sature jamais complètement c'est ça ?

Quand je parlais de saturation, je ne voulais pas dire arrêt de l'effet de serre, mais bien diminution progressive de la capacité d'absorption au fur et à mesure que la concentration augmente.

qu'est ce que tu appelles la "capacité d'absorption" au juste ?

l'effet de serre , c'est plutot une "isolation". Un isolant n'a pas forcément une grande capacité calorifique, c'est un problème plutot de ralentissement du transfert de l'énergie.

Pour la capacité calorifique, qui est effectivement bien plus faible sur Mars (elle est proportionnelle à la densité totale en nombre de moles/unité de volume) , elle joue sur l'amplitude des variations, mais à mon avis pas sur l'effet de serre moyen dans le régime linéaire. Mais bon pour des grandes amplitudes les effets non linéaires (en particulier que la température effective moyenne n'est pas la température moyenne) doivent jouer.

[JDGallet]

Non je parlais de la fenêtre, c'est à dire des longueurs d'onde qui permettent à la molécule "d'absorber" un photon.

[GillesH38a]

oui la fenêtre d'absorption s'élargit.

Il y a une bonne discussion sur Realclimate à ce sujet

http://www.realclimate.org/index.php...ument-part-ii/

[Damien49]

ben non, et c'est ce que rappelle JD Gallet dès son premier post. 400 ppm sur Terre , ça fait une pression partielle en CO2 2500 fois plus faible que la pression totale. Il y a donc bien 2500/170 = 15 fois plus de CO2 sur Mars que sur la Terre.

En effet tu as raisons.

[JDGallet]

Bon alors maintenant j'ai besoin d'éclaircir la façon dont interfèrent l'effet de serre CO2 et la capacité calorifique de l'atmosphère liée à sa masse.
Imaginons, juste pour le fun, une terraformation de Mars à grand coup d'azote et d'oxygène. Et imaginons que Mars ait la capacité de garder cette atmosphère.
Donc on apporte O2 et N2 jusqu'à atteindre une atmosphère de masse comparable à la notre. La pression y serait toutefois plus faible du fait d'une gravité plus faible aussi.
On a donc maintenant une atmosphère capable de retenir plus de chaleur et des écarts de T° jours nuits réduits.
On n'apporte pas d'eau. La quantité absolue de CO2 n'a pas varié.

Est-ce que l'amplitude de l'effet de serre CO2 évolue ?
Est-ce que la température moyenne de surface évolue ?

[yves25]

Aucun doute là dessus
Entre autres parce que je m'apreçois qu'on n'a pas parlé de l'élargissement des raies spectrales. L'élargissement des raies sur Terre est essentiellemnt par collisions jusqu'à des pressions de l'ordre de 100 hPa
La demi largeur de raie est proportionnelle à la pression
Sur Mars, l'élargissement est surtout dû à l'effet Doppler
et il est très inférieur.

Donc, les bandes d'absorption sont pleines de trous en qq sorte entre les raies spectrales . L'absorption totale est beaucoup plus faible qu'elle le serait aux pressions terrestres.

[JDGallet]

Merci beaucoup.

Entre autres parce que je m'apreçois qu'on n'a pas parlé de l'élargissement des raies spectrales.

Gilles en avait parlé un peu plus haut.

[yves25]

En fait non, ce n'est pas la même chose: une raie spectrale élargie par collision peut s'élargir beaucoup plus qu'une raie qui l'est par effet Doppler. Donc lorsqu'elle sature, son centre (cadf la fréquence de résonance) ne peut plus se creuser davantage mais ce sont les ailes de la raie qui s'élargissent jusqu'à rejoindre les ailes de la raie voisine et s'y superposer. D'où une bande complète (cad l'ensemble des raies) qui peut être quasi saturée à toutes les fréquences.

A moins que l'article de Real Climate n'aborde le pb mais il ne me semble pas que ça soit le cas, je n'ai cependant fait que le survoler.

Pour mesurer l'absorption par une raoe spectrale isolée, on recourt à ce que l'on appelle la largeur équivalente. C'est la largeur (en fréquence ou en longueur d'onde) d'une raie qui serait totalement absorbée (donc absorption =1) On la note W et on la mesure généralement en nombre d'onde, cad en l'inverse de la longueur d'onde (en cm^(-1))
Pour une raie saturée, la largeur équivalente est égale à
S est l'intensité de la raie
la demi largeur
u la quantité d'absorbant
Sur Terre est la largeur de Lorentz due aux collisons et elle vaut en moyenne 0,08 cm^(-1) pour le CO2
Sur Mars est dû à l'effet Doppler et vaut environ 0,001 cm(-1) cad environ 100 fois moins

S'il y a 16 fois plus de CO2 sur Mars mais qu'à cause de la pression la demi largeur est 100 fois plus petite
=
On voit bien que indépendamment de l'effet de la très faible inertie de l'atmosphère de Mars, les effets de serre ne peuvent pas être comparés directement simplement en se référant aux concentrations en CO2.
En fait l'effet de serre du CO2 à proprement parler est plus faible sur Mars que sur la Terre malgré la différence de concentration.