Si Mars continue de perdre ses ions alors que le vent solaire reste calme, ce n’est pas lui le coupable : c’est ce qui ondule à la frontière de son atmosphère

Mars perd son atmosphère même quand le Soleil se tient tranquille. C’est le paradoxe que des chercheurs américains et chinois viennent de résoudre : quand le vent solaire souffle de façon parfaitement stable, sans rafale ni tempête magnétique, des nuages entiers d’ions martiens continuent de s’échapper vers l’espace, parfois à des débits cent fois supérieurs à la normale. Le vrai responsable n’est pas le vent solaire lui-même, mais des vagues géantes qui se forment à la frontière de l’atmosphère de la planète rouge, un phénomène baptisé instabilité de Kelvin-Helmholtz.

Une énigme repérée sous un vent solaire calme

Tout part d’une observation troublante publiée en 2025 dans Nature Communications. Des scientifiques utilisant les données croisées de la sonde américaine MAVEN et de la sonde chinoise Tianwen-1 avaient déjà noté que l’échappement ionique sur Mars présentait une variabilité spatio-temporelle inattendue sous des conditions de vent solaire stables et faibles. Même sans agitation particulière côté Soleil, l’atmosphère martienne se vidait par à-coups, dans certaines zones plus que d’autres. Un comportement difficile à expliquer tant que personne ne pouvait observer simultanément l’état du vent solaire en amont et ce qui se passait réellement près de la planète.

Le problème, c’est qu’un seul satellite ne peut pas être à deux endroits en même temps. Longtemps, les scientifiques ont dû se contenter de mesures ponctuelles, incapables de distinguer une variation liée au vent solaire d’un phénomène purement local. L’arrivée de Tianwen-1 en orbite martienne en 2021 a changé la donne : avec l’arrivée de Tianwen-1 en 2021, associé à la sonde MAVEN de la NASA, les deux engins ont enfin offert aux chercheurs une vision complète de la situation.

Kelvin-Helmholtz, le mécanisme qui agite les frontières de Mars

La solution est venue d’une étude menée par une équipe de l’université de Boston, publiée le 31 juillet 2026 dans la revue Science Advances. Tianwen-1 a mesuré le vent solaire entrant avant qu’il n’atteigne Mars, tandis que MAVEN suivait les ions atmosphériques s’échappant près de la planète, permettant aux chercheurs de comparer directement les conditions changeantes du vent solaire avec le mouvement des particules atmosphériques martiennes. Résultat : le déclencheur, ce n’est pas une bourrasque solaire, mais un cisaillement de vitesse entre le vent solaire et le plasma martien, exactement comme des structures ondulatoires fluides qui se forment à cause d’un cisaillement de vent, un phénomène similaire à celui observé sur Terre lorsque le vent génère des vagues et des tourbillons à la surface de l’eau.

L’analogie est parlante : Mars n’a pas de champ magnétique global comme la Terre pour se protéger. Contrairement à la Terre, Mars manque d’un champ magnétique fort pour se protéger du vent solaire entrant, ce qui fait que le flux de particules chargées du Soleil a pu progressivement dépouiller Mars de son atmosphère, un peu comme le vent souffle sur la surface de l’eau. Le vent solaire vient donc frotter directement contre le sommet de l’atmosphère martienne, et ce frottement, même régulier, suffit à faire onduler la frontière entre les deux milieux. Ces ondulations grossissent, se replient sur elles-mêmes, puis se détachent en formant des paquets de plasma qui filent vers l’espace.

L’ampleur du phénomène a surpris l’équipe elle-même. À l’intérieur de ces paquets, le flux d’ions mesuré était 10 à 100 fois supérieur au flux moyen trouvé dans les deux canaux d’échappement ionique quasi-stables et familiers de Mars. Sur la période étudiée, de décembre 2021 à décembre 2023, l’équipe a identifié 16 événements isolés en forme de nuage et 46 événements quasi-périodiques, soit 62 au total.

Un phénomène asymétrique, pas réparti au hasard

Autre surprise : ces vagues géantes ne frappent pas Mars de façon homogène. Le processus n’est pas distribué uniformément autour de la planète : il est principalement observé d’un seul côté, selon la direction du champ électrique du vent solaire, précise Chi Zhang, autrice principale de l’étude et chercheuse au Centre de physique spatiale de l’université de Boston. Concrètement, chaque événement de l’échantillon étudié est apparu dans ce que les physiciens des plasmas appellent l’hémisphère à champ électrique négatif, la plupart regroupés près du terminateur et de la frontière ionique nocturne, l’orientation du champ électrique du vent solaire définissant quel côté est concerné, une géométrie physique plutôt qu’une moitié fixe de la planète.

Cette asymétrie a une conséquence directe : elle oblige à revoir les modèles qui estimaient jusqu’ici la perte atmosphérique martienne comme un phénomène uniforme. Si une bonne partie de l’échappement se concentre sur une zone mobile, dépendante de l’orientation du champ magnétique interplanétaire, alors les calculs de perte cumulée sur des milliards d’années doivent intégrer cette variabilité géographique, et non plus une simple moyenne planétaire.

L’idée d’une instabilité de Kelvin-Helmholtz à l’œuvre sur Mars n’est d’ailleurs pas neuve : dès 2004, des chercheurs autrichiens avaient suggéré, à partir d’observations similaires sur Vénus expliquées par ce mécanisme, que l’instabilité de Kelvin-Helmholtz pourrait également détacher des nuages de plasma ionosphérique sur Mars. Il aura fallu plus de vingt ans et deux sondes observant simultanément la planète pour transformer cette hypothèse théorique en preuve directe.

La suite s’annonce déjà. MAVEN approche de la fin de sa mission, mais elle passera le relais : son riche héritage scientifique sera complété par la mission ESCAPADE de la NASA, déjà lancée, qui offrira une nouvelle opportunité importante d’étudier la perte atmosphérique de Mars provoquée par le vent solaire. De quoi affiner encore la carte de ces vagues invisibles qui, jour après jour, continuent de grignoter ce qu’il reste d’air à la planète rouge.

Sources : spacedaily.com | researchgate.net