ESPACE

De bien curieux marais salants sur Titan

CNRS / INSU

Titan, le principal satellite de Saturne, est un monde cryogénique où la température de surface est constamment aux environs de 90 kelvins (-183°C). Malgré cela, cet astre recèle une géologie dynamique et une chimie organique complexe. En effet, depuis l’atterrissage de la sonde Huygens en 2005 et la poursuite de la mission par le vaisseau CASSINI1 qui survole régulièrement Titan, on a pu faire de nombreuses découvertes. En 2007, grâce au RADAR de CASSINI, de grands lacs d’hydrocarbures ont été découverts dans les régions polaires. Parmi ces observations, on trouve également des lits de lacs asséchés. Récemment, des images infrarouges de ces derniers, croisées aux données RADAR, ont révélé l’existence d’un dépôt probablement d’origine évaporitique2 au fond de ces lacs ayant perdu leur phase liquide. Une collaboration internationale, menée par un chercheur de l’Institut UTINAM de Besançon (OSU THETA-CNRS/Université de Franche-Comté) vient de montrer, grâce à des simulations numériques, qu’il pourrait s’agir d’une couche riche en butane et acétylène à l’état solide. Ces résultats ont été publiés récemment dans la revue Icarus et ont été mis en avant dans les Research Highlights de la revue Nature Geoscience.

La géologie de Titan est dominée par la glace. Néanmoins, son atmosphère, aussi dense que celle de la Terre, composée principalement d’azote et de méthane, produit de nombreuses espèces organiques. Les observations faites avec les instruments à bord de CASSINI et les modèles d’atmosphère, incluant la photochimie, nous renseignent sur la nature de ces espèces. Certaines, rencontrant les conditions thermodynamiques de leur condensation, précipitent à la surface de Titan sous forme liquide (c’est le cas de l’éthane) ou solide (comme HCN ou CO2). A ceci s’ajoute un cycle « hydrologique » du méthane dans la troposphère de Titan : des périodes d’averses de méthane, conduisant au remplissage des lacs, sont suivies par des périodes plus sèches pendant lesquelles une évaporation significative peut avoir lieu.

marais_salants

Cliché d’une zone lacustre située au sud du lac « Ligeia Mare », proche du pôle nord de Titan (Barnes et al., 2011). Ce montage est la superposition d’une image RADAR et d’une autre prise dans l’infrarouge, toutes les deux effectuées à partir de la sonde CASSINI. Les observations RADAR ont été codées en échelle de gris, elles permettent de distinguer clairement les contours des lacs asséchés. Quelques dépressions très sombres car remplies de liquide, sont visibles dans la partie haute de l’image. Le vert et l’orange correspondent aux flux infrarouges indiquant respectivement un sol riche ou pauvre en glace. La corrélation entre les dépôts évaporitiques (en orange) et des lits asséchés est particulièrement frappante dans le centre et le bas de l’image. Crédit : NASA/University of Idaho

Si le fond des lacs, aujourd’hui à sec, était recouvert de sédiments apportés par l’érosion des terrains périphériques, ils auraient alors une composition peu différente de celle de ces derniers. Ce scenario est contredit par les observations infrarouges réalisées avec le spectro-imageur VIMS de CASSINI. Il reste la possibilité de matériaux organiques, initialement dissouts, déposés par le liquide après son évaporation. Des simulations numériques prenant en compte les résultats des modèles d’atmosphères, l’évaporation du méthane, de l’éthane et de l’azote dissout, ont donc menés à prédire l’existence d’une couche superficielle riche en butane et acétylène, tous les deux à l’état solide. L’influence de nombreux paramètres a été testée et les résultats se sont montrés robustes. En effet, la grande solubilité du butane et de l’acétylène dans les mélanges d’éthane et de méthane liquides implique leurs saturations tardives. Ce phénomène alimente préférentiellement les couches de matière déposées en fin de processus, qui sont aussi celles se trouvant en surface.

Malheureusement la turbidité3 des lacs de Titan est à ce jour inconnue. La présence de particules solides en suspension pourrait changer notablement les prédictions des simulations. En jouant le rôle de sites de nucléation, ces particules pourraient provoquer une précipitation « en volume » des espèces dissoutes, le dépôt ne se faisant alors plus directement sur le fond. Outre l’aspect géochimique nouveau, qui a un intérêt en soit, ces formations évaporitiques ouvrent une perspective de chimie organique « de surface » sur Titan. De façon beaucoup plus spéculative, des chercheurs imaginent des formes de vie dont le métabolisme pourrait être entretenue par l’énergie libérée lors de la réaction de l’acétylène et de l’hydrogène présent dans l’atmosphère.
Ces résultats encouragent une exploration plus approfondie de Titan. Des concepts de mission incluant une exploration in situ par un ballon ou par un atterriseur ont été récemment déposés à l’ESA par un consortium de chercheurs européens et américains, coordonné par G. Tobie (LPGNantes, France), N. Teanby (U. Bristol, GB) et G. Mitri (INAF, Italie).

 

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