Le radon, traceur géophysique de l'environnement martien : étude de son transport, première mise en évidence et développement d'une instrumentation pour sa mesure.

Pierre-Yves Meslin, thèse de doctorat de l'université Pierre et Marie Curie, école doctorale d'astronomie et astrophysique d'Ile de France, 357 p, soutenue le 20 mai 2008

Le radon-222, gaz inerte et radioactif issu de la chaîne de désintégration de l'uranium, de même que ses descendants, sont fréquemment utilisés comme traceurs dans les sols et l'atmosphère terrestres. Le radon "lunaire" a également donné lieu à de nombreuses études portant sur le dégazage de notre satellite. Sur Mars, où il n'a encore jamais été étudié, nous montrons que sa mesure et celle de ses descendants pourraient apporter un nouvel éclairage, et de nouvelles contraintes, sur l’état physico-chimique de l'hydrogène mesuré dans le sol de la planète, sur les processus d'échanges sol-atmosphère, sur le transport atmosphérique et, enfin, sur le cycle de la poussière. Nous basons notre étude sur un modèle de transport couplé sol/atmosphère, implémenté dans le Modèle de Circulation Générale LMDZ. Il inclut le terme source, la diffusion et l'adsorption du gaz dans le sol, et son transport atmosphérique. Les paramètres d'entrée du modèle ont été déterminés expérimentalement (facteur d'émanation et coefficient d'adsorption, extrapolés à basse température) ou à partir d'une modélisation réaliste de divers milieux poreux (coefficient de diffusion à basse pression, en fonction du niveau de saturation). Le modèle permet d'obtenir une cartographie prédictive de l'exhalaison de radon et des champs 3D de concentrations dans le sol et l'atmosphère, qui pourront être directement comparés aux mesures de bismuth-214 effectuées par le GRS de Mars Odyssey. Nous présentons quelques résultats préliminaires à ce sujet. Parallèlement, une analyse des spectres alpha obtenus par l'APXS du rover Opportunity a permis de mettre en évidence la présence de polonium-210 sur la poussière atmosphérique, apportant une première preuve indirecte de la présence de radon dans l'atmosphère. Nous proposons un modèle simplifié du cycle de la poussière qui permet d'estimer, à partir de cette mesure, le flux global moyen de radon sur Mars. Enfin, nous dimensionnons un instrument destiné à la mesure du radon et de ses descendants à la surface de la planète.