De par les liens avec l’atmosphère de notre planète, l’étude des autres atmosphères du système solaire est une thématique fortement développée à l’IPSL. Ces autres atmosphères sont celles de Mars et Vénus bien sûr, celle de Titan, satellite de Saturne possédant une atmosphère aussi dense que la Terre, mais également des atmosphères plus ténues comme celle de Mercure, de Triton ou de Pluton. La généralisation de ces recherches peut aussi englober à terme l’étude d’atmosphères du même type sur des exoplanètes.

Comme pour les autres thématiques, ces recherches s’articulent autour de trois méthodologies complémentaires :

Les mesures in situ

Effectuées à partir de plateformes orbitales, de sondes atmosphériques ou de surface, et les observations depuis la Terre ou les observatoires spatiaux, ces mesures fournissent des données directes qui servent de référence pour la compréhension des atmosphères étudiées. Les équipes de l’IPSL sont donc impliquées dans les missions Mars-Express, Vénus-Express, Cassini-Huygens pour Titan, et Bepi-Colombo pour Mercure. Des collaborations étroites existent avec les observatoires, en particulier le LESIA, à Meudon.

La modélisation numérique

Cette méthode vise à reconstruire les propriétés d’ensemble d’une atmosphère à partir de théories physiques et chimiques. Les Modèles de Circulation Générale (MCG) développés entre le LDM et le LATMOS sont des puissants simulateurs numériques utilisés pour la prévision météorologique terrestre ou pour l’étude du climat de notre planète.

À partir d’un état initial où on donne, en premier lieu, les vents, les pressions et les températures, et en s’appuyant sur des lois physiques bien connues (conservation de la masse, de l’énergie et de la quantité de mouvement, chauffage et refroidissement radiatif, etc.), le modèle calcule l’évolution globale de l’atmosphère. Le modèle terrestre développé à l’IPSL étant bâti non pas sur des résultats d’observations, mais sur des principes physiques, il a été possible de l’adapter à l’étude des atmosphères planétaires (Titan, Mars, Vénus) avec pour objectifs la compréhension des différents climats, l’amélioration de notre compréhension de la météorologie en général dans un esprit de planétologie comparée.

Ces modèles sont aussi utilisés pour fournir les informations nécessaires à l’exploration de ces milieux (techniques d’aérofreinage, aérocapture, entrée atmosphérique…).

Les simulations expérimentales

En ce qui concerne les atmosphères planétaires, l’IPSL développe au LATMOS l’expérience PAMPRE (Production d’Aérosols en Microgravité par Plasma REactif). L’atmosphère de Titan possède la particularité de produire des aérosols organiques à l’échelle du satellite. Ces aérosols jouent un rôle important dans le climat de Titan, mais il n’existe que peu de données directes sur les propriétés physiques et chimiques de ces aérosols.

L’expérience PAMPRE vise donc à étudier les processus de formation de ces aérosols, ainsi que leurs propriétés, par la production d’analogues de ces aérosols (appelés tholins) en laboratoire dans des conditions approchant celle de l’atmosphère de Titan. Les analogues produits peuvent également servir de matériau de référence pour le traitement des données des expériences des sondes Cassini et Huygens dédiées à l’étude de Titan.