Sur Mars, un nuage de 1 800 km suggère une glace née sans poussière, du jamais-vu

Chaque matin, pendant quelques mois de l’année martienne, une traînée blanche de glace pouvant atteindre 1 800 km de long — près de deux fois la longueur du Royaume-Uni — se détache du flanc du volcan Arsia Mons. Une nouvelle étude conclut que la seule manière de la reproduire dans un modèle informatique consiste à laisser la vapeur d’eau geler directement en cristaux de glace, sans le moindre grain de poussière pour amorcer le processus. Les physiciens appellent ce phénomène la nucléation homogène ; jusqu’ici, il relevait des manuels scolaires, et non d’un ciel que quiconque aurait observé.

Presque tous les nuages terrestres ont besoin d’un germe. La vapeur d’eau se condense sur un grain de sel, de suie, de pollen ou de poussière, puis la gouttelette ou le cristal de glace se développe à partir de là. Sur Mars, on pense que ces germes sont les fines poussières en suspension dans sa mince atmosphère. L’Arsia Mons Elongated Cloud, le nuage le plus spectaculaire de la planète, semble s’affranchir entièrement de cette étape.

L’enjeu dépasse le cas d’un étrange nuage sur une seule planète. Les spécialistes de l’atmosphère fondent les modèles météorologiques et climatiques, sur Terre comme sur d’autres mondes, sur l’hypothèse que les nuages se forment sur des particules. Un cas naturel où ce n’est pas le cas signifie que cette hypothèse connaît une exception, et l’équipe estime que celle-ci pourrait également s’appliquer aux nuages les plus hauts et les plus froids de la Terre et de Vénus.

« Pour créer l’AMEC dans notre modélisation, nous avons constaté qu’il fallait inclure une physique exotique… une physique qui, bien que présente dans les manuels, est considérée comme théorique et dont on pense généralement qu’elle ne se produit pas dans la nature », explique Jorge Hernández-Bernal, du Laboratoire de Météorologie Dynamique à Paris, qui a dirigé les travaux. « On ne l’avait certainement jamais vue à l’œuvre auparavant. »

Un nuage qui se forme au lever du soleil et file vers l’ouest pendant des heures

Arsia Mons est un volcan bouclier d’environ 20 km de hauteur, le plus méridional des trois géants alignés sur le plateau de Tharsis. Le nuage ne provient pas d’une éruption. Il est constitué de glace d’eau et se forme à environ 45 km au-dessus de la surface, sur le versant occidental du volcan.

Des observations antérieures menées par le même groupe avaient permis de reconstituer son cycle quotidien. Le nuage commence à se former avant l’aube, puis s’étire vers l’ouest durant environ deux heures et demie, à quelque 170 mètres par seconde. Lorsqu’il cesse de croître, sa longue traîne se détache du volcan et poursuit sa dérive jusqu’à s’évaporer, avant l’après-midi. Le cycle se répète chaque matin pendant environ 80 jours de chaque année martienne, autour du solstice d’été austral, au cours d’une saison poussiéreuse où les nuages sont par ailleurs rares à ces latitudes.

Cette chronologie explique pourquoi le nuage est resté si longtemps sans explication. La plupart des orbiteurs martiens survolent la planète l’après-midi, lorsque le nuage a déjà disparu. Mars Express, l’orbiteur de l’Agence spatiale européenne, et l’ExoMars Trace Gas Orbiter figurent parmi les rares engins spatiaux capables d’observer la face matinale.

Comment les chercheurs ont procédé

L’équipe, issue de deux laboratoires d’atmosphère de la région parisienne, a utilisé un modèle météorologique martien à haute résolution qui associe le solveur Weather Research and Forecasting, un code conçu pour la Terre, à la physique du Mars Planetary Climate Model. Elle a ensuite comparé ses résultats aux images de trois instruments de Mars Express : la Visual Monitoring Camera, la High Resolution Stereo Camera et le spectromètre OMEGA.

Utilisé avec une physique standard des nuages, dans laquelle la glace ne peut se former que sur de la poussière, le modèle a échoué. Il produisait les bons vents, mais pas la longue traîne nettement dessinée. L’élément manquant était une forte onde orographique. Lorsque le vent franchit Arsia Mons, la masse du volcan soulève des poches d’air humide de plusieurs kilomètres en quelques minutes. Selon l’ESA, l’air se refroidit d’environ 30 degrés en dix minutes, tandis que l’humidité relative atteint des niveaux plus de 100 000 fois supérieurs à ceux de la vie quotidienne sur Terre.

À ce stade, l’air contient un tel excès de vapeur qu’elle gèle d’elle-même. Dès que les chercheurs ont ajouté la nucléation homogène de la glace au modèle, le nuage est apparu là où il se trouve sur Mars, a développé une traîne, s’est rétréci avant de se libérer et s’est détaché plus tard dans la matinée, à l’image du nuage réel. Dans la version de l’article diffusée avant évaluation, l’équipe a calculé que des centaines de particules de glace par centimètre cube se formaient ainsi dans la poche d’air la plus froide. Cela suffit à absorber l’excédent de vapeur d’eau, de sorte que la traîne reste stable tandis que le vent l’emporte vers l’ouest.

Pourquoi les nuages terrestres ne font pas cela

La physique n’est pas nouvelle. Ce qui est nouveau, c’est de l’observer à l’œuvre. La vapeur d’eau a besoin d’un degré extrême de sursaturation pour geler sans aide et, sur Terre, l’air qui atteint ce seuil rencontre presque toujours d’abord une particule. Même dans la mésosphère, où les nuages les plus élevés de la Terre brillent au crépuscule, la nucléation homogène n’a été évoquée que comme une possibilité théorique. Il en va de même pour la haute atmosphère de Vénus.

Mars réunit le bon mélange de conditions en un seul lieu. L’atmosphère y est mince et contient relativement peu de particules de poussière à cette altitude, tandis qu’Arsia Mons est suffisamment élevé pour provoquer une ascension brutale et rapide. « La vapeur d’eau se transforme directement en particules de nuage glacé, sans aucune étape intermédiaire », déclare Hernández-Bernal. « C’est un peu comme si des gouttelettes de condensation apparaissaient au milieu d’une pièce, plutôt que sur une vitre. »

Colin Wilson, responsable scientifique du projet Mars Express à l’ESA, affirme que la sonde « a découvert l’AMEC, l’a suivi et observé pendant des années, et aide désormais à révéler les secrets de sa formation ».

Ce que cela ne tranche pas

Les preuves reposent sur un modèle qui correspond aux images, et non sur une mesure de cristaux de glace en formation. Aucun instrument n’a échantillonné le nuage, et aucun ne pourrait le faire à 45 km au-dessus d’Arsia Mons. La formulation même des auteurs le reflète : le titre de l’article indique que la nucléation homogène est « suggérée » par les nuages, tandis que le résumé précise que le résultat « suggère fortement » qu’elle se produit sur Mars.

La concordance reste également imparfaite. Hernández-Bernal reconnaît que certains aspects du nuage modélisé ne correspondent pas exactement aux observations. Dans la version de l’article publiée avant l’évaluation par les pairs, le nuage simulé était de 30 % à 50 % moins large que le nuage réel, commençait avec environ une heure et demie de retard et n’atteignait qu’environ un quart de sa longueur observée avant de se détacher. Le texte final, évalué par les pairs, n’est pas encore librement accessible, et les auteurs indiquent qu’il comprend des analyses supplémentaires.

L’alternative la plus solide est l’existence d’une population de poussières très fines, constituées de particules de moins de 100 nanomètres. Personne n’a mesuré quelle quantité en flotte au-dessus d’Arsia Mons durant cette saison. L’équipe a testé cette hypothèse et constaté que cette poussière plus fine produit des brumes larges et diffuses, plutôt que la traîne nette et lumineuse observée par la caméra haute résolution de Mars Express. En l’absence de données directes, cette alternative est toutefois affaiblie plutôt qu’écartée.

Questions fréquentes sur le nuage d’Arsia Mons

Qu’est-ce que l’Arsia Mons Elongated Cloud ?

C’est un nuage de glace d’eau qui se forme chaque matin sur le flanc ouest d’Arsia Mons, un volcan martien haut de 20 km. Il peut s’étirer jusqu’à 1 800 km et se répète quotidiennement durant environ 80 jours de chaque année martienne, autour du solstice d’été austral.

Le long nuage sur Mars est-il une éruption volcanique ?

Non. Lorsque ses images ont largement circulé, beaucoup l’ont pris pour un panache, mais Arsia Mons n’est pas en éruption. Le nuage est composé de glace d’eau, façonnée par les vents qui s’écoulent au-dessus du volcan.

Qu’est-ce que la nucléation homogène ?

C’est la formation de glace ou de gouttelettes directement à partir de vapeur, sans grain de poussière ni autre particule sur lequel le processus puisse commencer. Elle exige une sursaturation extrême, ce qui la rend rarement possible dans l’air réel. Cette étude constitue le premier cas solide de sa survenue dans une atmosphère planétaire.

Les nuages terrestres se forment-ils ainsi ?

Presque tous se forment sur des particules telles que la poussière, le sel ou la suie. Des scientifiques ont proposé que certains des nuages les plus élevés de la mésosphère terrestre puissent se former sans elles, mais personne ne l’a observé. Le résultat martien donne aux chercheurs une raison de se pencher à nouveau sur la question.

La suite

L’étude est parue dans Nature Geoscience le 7 octobre 2026. Le nuage revient à chaque année martienne durant le printemps et l’été australs, et Mars Express comme l’ExoMars Trace Gas Orbiter demeurent parmi les rares engins spatiaux capables de l’observer à l’aube. L’équipe indique que ses prochains travaux vérifieront si la nucléation homogène est propre à Arsia Mons ou si elle se produit dans d’autres nuages martiens, ainsi que le rôle éventuel qu’elle joue dans le cycle global de l’eau de la planète.

Référence : Hernández-Bernal et al., « Homogeneous ice nucleation from water vapour suggested by elongated clouds on Mars », Nature Geoscience, 2026. DOI : 10.1038/s41561-026-02089-9

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