La surface de Vénus, enveloppée d’épais nuages, a longtemps été l’un des environnements les plus mystérieux et les plus difficiles à observer directement du système solaire. Seules quelques missions d’atterrissage ont brièvement renvoyé des données limitées sous des températures et des pressions extrêmes. Aujourd’hui, une nouvelle étude menée par une équipe de recherche scientifique de Sorbonne Université montre que même dans des conditions de données aussi rares, les scientifiques peuvent toujours extraire des lois importantes sur les champs de vent proches de la surface, les changements de température et le transport de poussière à partir d’observations dispersées grâce à une modélisation précise.

Le premier auteur de l'article, Maxence Lefèvre de Sorbonne Université, a dirigé une équipe pour construire un modèle numérique régional axé sur le mouvement du vent et de la poussière près de la surface, basé sur les résultats de mesure des précédentes missions Vénus. L'objectif est de fournir une « prévision météo » plus proche de l'environnement réel pour la prochaine nouvelle génération de missions d'exploration de Vénus. L'étude a divisé la surface de Vénus en différentes régions, en distinguant les hauts plateaux (montagnes) et les basses terres (plaines), les régions tropicales et polaires, et a analysé leurs amplitudes respectives de changement de température, la direction et la vitesse du vent, ainsi que les capacités de poussière qui en résultent, au lieu de traiter la planète entière comme un environnement uniforme.

Les données historiques proviennent de la série de sondes « Venera » qui ont atterri avec succès sur Vénus. Ses observations montrent que la vitesse du vent près de la surface de Vénus n’est que d’environ 1 mètre par seconde, ce qui est bien inférieur à la vitesse typique du vent d’environ 20 mètres par seconde sur Terre et même jusqu’à 40 mètres par seconde dans certaines parties de Mars. Cependant, comme l’atmosphère de Vénus est extrêmement dense, accélérer une atmosphère aussi épaisse jusqu’à ces vitesses de vent nécessite une énorme quantité d’énergie. Par conséquent, même si la vitesse du vent n’est pas élevée, l’impact sur la répartition de la température en surface et sur la suspension des poussières reste important.

Les recherches soulignent qu'un jour et une nuit sur Vénus équivaut approximativement à 117 jours sur Terre. Ce cycle jour et nuit ultra long déclenchera des différences dramatiques mais régionales dans l’atmosphère. Dans les tropiques de basse latitude, les zones d'altitude sont chauffées par le soleil pendant la journée et des vents proches de la surface soufflent vers le haut le long des pentes, appelés « vents ascendants » (le terme technique est « vents descendants » ou « vents anabatiques ») ; la nuit, une fois la surface refroidie par le rayonnement infrarouge, l'air froid descend le long des pentes, formant des « vents descendants » (« vents catabatiques »).

Ce type d’inversion diurne de la direction du vent remodèle non seulement le champ de vent local, mais affecte également directement les fluctuations de température en surface. Les calculs présentés dans l'article montrent que dans les hautes terres, affectées par le réchauffement adiabatique par compression provoqué par les vents descendants, la différence de température entre le jour et la nuit est « bloquée » à moins de 1 Kelvin, ce qui compense grandement l'effet de refroidissement de la surface la nuit ; en revanche, dans les zones de plaine dépourvues d’un mécanisme d’ajustement similaire, la différence de température entre le jour et la nuit peut atteindre environ 4 Kelvin. Cela signifie que dans les montagnes de Vénus, les champs de vent agissent dans une certaine mesure comme un « régulateur de température ».

Dans les zones proches des pôles, le schéma est différent : là-bas, le champ de vent proche de la Terre descend presque continuellement tout au long de l'année, et le « décalage » à long terme avec la dissipation continue de la chaleur infrarouge dans les régions polaires forme une autre forme de mécanisme de stabilisation de la température. L'équipe de recherche a souligné que, étant donné qu'un certain nombre de futures missions en orbite autour de Vénus, notamment la mission européenne "EnVision" et la mission américaine "VERITAS", se concentreront sur l'observation des régions polaires, ce nouveau modèle fournit une base clé pour comprendre les caractéristiques climatiques et de surface des régions polaires.

Plus directement liée à la mission d'atterrissage est la mission d'exploration de l'atmosphère et de la surface de Vénus de la NASA appelée « DaVINCI ». Selon le plan actuel, son module d'atterrissage descendra près d'un haut plateau appelé "Alpha Regio" (Alpha Regio), une zone située près de l'équateur avec un terrain fortement vallonné. De nouveaux résultats de recherche montrent qu'environ 45 % de la superficie d'Alpha Highlands a des vitesses de vent suffisantes pour soulever du « sable fin » avec une taille de particules d'environ 75 microns, ce qui signifie que la sonde DaVINCI est susceptible de rencontrer un environnement continu de poussières fines pendant les phases d'approche et d'atterrissage, et son intensité changera également avec le cycle local de jour et de nuit. Cette découverte est considérée comme une alerte précoce importante pour la conception structurelle du détecteur, la protection des capteurs et le schéma de synchronisation de la descente.

Afin de réaliser ces analyses, l’équipe de recherche scientifique a adopté une nouvelle méthode de simulation régionale. Ils n'ont plus essayé de modéliser la surface de Vénus dans son ensemble, mais ont divisé différents terrains et différentes latitudes en plusieurs « unités météorologiques » qui peuvent être résolues indépendamment pour calculer respectivement leurs caractéristiques de champ de vent, de température et de poussière. Le journal admet également qu’il y a encore place à l’amélioration du modèle actuel. Par exemple, des paramètres thermophysiques plus détaillés peuvent être introduits sur la base de l'albédo et de l'inertie thermique de différents matériaux de surface, ou les caractéristiques d'absorption infrarouge des gaz dominés par le dioxyde de carbone dans l'atmosphère de Vénus à différentes températures peuvent être caractérisées avec plus de précision.

Cependant, les chercheurs ont souligné que la communauté scientifique a encore le temps d’itérer et de corriger le modèle avant que les futurs lots de missions d’atterrissage et de mise en orbite n’arrivent réellement sur Vénus. Alors que des missions telles que DaVINCI effectuent des mesures sur le terrain, ces simulations régionales de champs de vent deviendront une référence importante pour l'interprétation de nouvelles données et aideront à expliquer d'éventuelles lectures de température anormales et des caractéristiques de poussière à proximité du site d'atterrissage de la sonde. Les résultats pertinents sont intitulés « L'effet des vents proches de la surface sur la température de surface et le transport de poussière sur Vénus » et ont été publiés dans le sous-numéro « Journal of Geophysical Research : Planets ».