Orages et convection sur Uranus et Neptune : Impact de l'abondance de méthane révélé par un modèle tridimensionnel résolvant les nuages

Uranus et Neptune ont des atmosphères dominées par l'hydrogène moléculaire et l'hélium. Dans la troposphère supérieure, le méthane est la troisième molécule principale et se condense, créant un gradient vertical en CH4. Cette espèce condensable étant plus lourde que H2 et He, le changement résultant de la masse moléculaire moyenne dû à la condensation agit comme un facteur s'opposant à la convection sèche et humide. Les observations montrent également des variations latitudinales dans l'abondance de méthane, on peut donc s'attendre à des gradients verticaux différents d'une latitude à l'autre. Dans cet article, nous étudions l'impact de ce gradient vertical de méthane sur les régimes atmosphériques, en particulier sur la formation et l'inhibition des tempêtes convectives humides dans la troposphère des géants de glace. Nous développons un modèle 3D résolvant les nuages pour simuler les processus convectifs. Grâce à nos simulations, nous concluons que les vitesses typiques de la convection sèche dans l'atmosphère profonde sont plutôt faibles (de l'ordre de 1 m/s) mais suffisantes pour soutenir le transport ascendant du méthane, et que la convection humide au niveau de condensation du méthane est fortement inhibée. Des études précédentes ont dérivé un critère analytique sur la quantité de vapeur de méthane au-dessus de laquelle la convection humide devrait être inhibée. Nous validons d'abord ce critère analytique numériquement. Nous montrons ensuite que l'abondance critique de méthane gouverne l'inhibition et la formation des tempêtes convectives humides, et nous concluons que l'intensité et l'intermittence de ces tempêtes devraient dépendre de l'abondance et de la saturation du méthane. Dans les géants de glace, la convection sèche est faible et la convection humide est fortement inhibée. Cependant, lorsque suffisamment de méthane est transporté vers le haut, par convection sèche et diffusion turbulente, des tempêtes convectives humides sporadiques peuvent se former. Ces tempêtes devraient être plus fréquentes sur Neptune que sur Uranus, à cause du flux de chaleur interne de Neptune. Nos résultats peuvent expliquer la sporadicité observée des nuages dans les géants de glace.