Nuages et poussières de l'atmosphère martienne: télédétection, modélisation des rétroactions climatiques et application aux paléoclimats

Manuscrit soumis aux rapporteurs le 15 Décembre 2010 et accepté sans modification majeures. La version finale ne comporte que des changements mineurs.The radiative impact of atmospheric dust and water ice clouds is the main driver of the martian climate. The ability to compute, during a simulation, the 3D evolution of the aerosol radiative properties as a function of the predicted size and spatial distribution of the particles is added to the LMD Mars Global Climate Model (GCM). The model is first applied to atmospheric dust, and coupled to a dust transport scheme, which is guided by the observed dust opacity. New dust radiative properties are used, and connected to the predicted size of the dust particles. For the first time, the GCM temperatures are in good agreement with the observations, without any artificial tuning of the dust opacity, as was the case before. The water cycle is then coupled to the dust cycle, and the radiative effect of water ice clouds is implemented. To better constrain the cloud properties, their diurnal evolution is mapped using the OMEGA imaging spectrometer, and the crystal size and opacity of the thickest clouds are retrieved. The GCM is then adjusted to these observations, and the radiative impact of clouds is assessed. Active clouds tend to dry out the whole water cycle, while at the same time removing the last significant temperature biases. Finally we study the role of aerosols under past conditions, and a scenario for the origin of the northern mid-latitude glaciation is presented. The longitudinal distribution of the glacial deposits is explained, and the sensitivity of the glaciation to the orbital parameters, dust opacity, and ice thermal inertia is analyzed.Par leur effet radiatif, les poussières atmosphériques et les nuages de glace d'eau jouent un rôle essentiel dans le climat de la planète Mars. Un module améliorant le calcul de l'extinction par les aérosols est implémenté dans le Modèle de Climat Global (GCM) martien du LMD, et permet de prendre en compte au cours de la simulation les variations 3D des propriétés radiatives des particules en fonction de leur évolution en taille. Le modèle est d'abord utilisé pour revisiter l'impact radiatif de la poussière atmosphérique. De nouvelles propriétés des poussières sont utilisées et couplées à un schéma de transport guidé par les opacités observées. Pour la première fois, les températures simulées sont en accord avec les observations sans que l'on ait besoin d'ajuster artificiellement l'opacité des poussières. Ce cycle des poussières est ensuite couplé au cycle de l'eau, et l'effet radiatif des nuages est ajouté. Pour mieux contraindre ces travaux, l'évolution diurne des nuages est d'abord cartographiée grâce au spectromètre imageur OMEGA, puis la taille des cristaux et l'opacité des nuages sont mesurées. Le cycle de l'eau du GCM est ensuite ajusté à ces observations, et l'effet radiatif des nuages est analysé. Un assèchement global du cycle de l'eau est observé, tandis que les derniers biais de température significatifs disparaissent. Le grand rôle joué par les poussières lors des changements climatiques récents est enfin mis en évidence dans un scénario expliquant l'origine des glaciations des moyennes latitudes Nord. La répartition longitudinale des dépôts est expliquée, et la sensibilité de la glaciation aux paramètres orbitaux et à l'inertie thermique de la glace est étudiée