Légende : Terre soumise à une insolation augmentée de 10% et implications pour l’intérieur et la surface avec l’ancien modèle, supposant une structure atmosphérique convective, et avec un modèle plus cohérent, incluant le transport de chaleur par rayonnement.

Vaporisés, les océans terrestres formeraient une atmosphère 270 fois plus massive que notre atmosphère actuelle, alors qu’ils ne constituent que 0.02 % de la masse de notre planète. À l’issue de la formation de la Terre, ce réservoir d’eau était sous forme de vapeur et il s’est condensé en océan une fois la planète refroidie. L’augmentation de la luminosité solaire devrait vaporiser à nouveau les océans dans moins d’un milliard d’années. Sur Vénus, l’insolation plus élevée a empêché la condensation en un océan et l’atmosphère de vapeur a perduré, laissant place à une atmosphère de dioxyde de carbone après sa lente érosion par le rayonnement UV solaire et l’échappement d’hydrogène dans l’espace.

Ces atmosphères de vapeur jouent ainsi un rôle clé dans l’histoire des planètes de type terrestre et on estimait jusqu’à présent que leur effet de serre provoquait invariablement la fusion de la croûte rocheuse en un océan de magma. Une équipe de recherche dont des scientifiques du CNRS-INSU, ont développé un nouveau modèle permettant de décrire ces atmosphères de façon plus cohérente. Ces simulations montrent des propriétés très différentes des précédents modèles qui faisaient l’hypothèse d’une structure convective et négligeaient le transport de chaleur par le rayonnement. Ces atmosphères s’avèrent moins chaudes et ne s’accompagnent pas forcément d’océans magmatiques. Elles sont aussi plus sensibles au type de l’étoile-hôte et au flux géothermique.

L’évolution de Vénus doit ainsi être repensée. La phase d’océan de magma y aurait été 100 fois plus courte que dans le scénario standard, limitant les échanges entre le manteau et l’atmosphère et préservant le réservoir d’eau interne de l’échappement vers l’espace.
Les conséquences sont majeures pour les planètes de petites étoiles rouges, cibles du télescope spatial James Webb. Les océans de magma doivent y être rares et la relation qui relie rayon, masse et teneur en eau est à réviser, de même que les signatures spectrales de telles atmosphères.

Pour en savoir plus

Laboratoires CNRS impliqués :
• Laboratoire de météorologie dynamique (LMD – IPSL)
• Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux (LAB – OASU)

Référence
A cool runaway greenhouse without surface magma ocean F. Selsis, J. Leconte, M. Turbet, Guillaume Chaverot and Emeline Bolmont, Nature 620, 287–291 (2023).

Source
CNRS-INSU