jeudi 12 mars 2015

Découverte d'une activité hydrothermale sur Encelade, satellite de Saturne

Encelade est un satellite de Saturne. Mais ce n'est plus du tout un satellite comme les autres. Une étude venant de paraître dans Nature montre pour la première fois des indices forts de l'existence d'une activité hydrothermale sur Encelade.


C'est la toute première fois qu'une activité hydrothermale est mise en évidence au delà de la Terre. Activité hydrothermale, comme vous le comprenez bien signifie eau chaude, et qui dit eau chaude dit... Bon, en un mot comme en cent, cette découverte est très importante.

Le panache de vapeur du pôle sud d'Encelade vu par Cassini
NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Une activité hydrothermale signifie l'existence d'interactions fortes entre eau et roches résultant de la circulation d'eau  chaude. Alors qu'on estime que de tels processus physico-chimiques se sont passé dans la jeunesse du système solaire, c'est aujourd'hui seulement sur Terre que nous connaissions de tels phénomènes, auprès de systèmes volcaniques sous-marins par exemple. La sonde Cassini qui se promène depuis plus de 10 ans autour de Saturne et de ses plus gros satellites avait repéré en 2005 ce qui ressemblait bien à de vastes éruptions de vapeur sortant du pôle Sud d'Encelade. Et une analyse chimique avait pu être effectuée sur ces panaches et avait révélé la présence de sel... de l'eau de mer! De fait, il est aujourd'hui communément admis dans la communauté des planétologues qu'Encelade renferme un océan liquide sous sa grosse croûte de glace.
La sonde Cassini avait par ailleurs détecté de fines particules de poussières très riches en silicium, qui restaient pour le moins énigmatiques.
Hsu et ses collègues, qui signent cette étude, ont essayé de comprendre d'où pouvaient provenir ces petits grains de ... sable, en modélisant la dynamique de ces particules et en les traçant jusqu'à l'anneau E de Saturne, un anneau très fin situé entre Mimas et Titan, majoritairement peuplé de grains de glace, qui sont pour l'essentiel fournis par de la matière venant d'Encelade. Le lien était donc fait. Ces grains de silice devaient provenir d'Encelade. Trouver de la silice (SiO2) autour de Saturne est tout à fait inédit. Et le fait que ces grains soient si petits à posé d'autres questions aux planétologues. Après avoir imaginé différents scénarios pour expliquer cette taille, le seul qui persiste est une origine dans le processus même de leur formation : une cristallisation rapide à partir de solutions aqueuses saturées.

Pour vraiment comprendre ce qui se passe sur (sous) Encelade pour que de telles nanoparticules soient produites, les auteurs ont reproduit expérimentalement en laboratoire le processus envisagé. Ils parviennent ainsi à déterminer les conditions physico-chimiques qui règneraient dans l'océan d'Encelade, notamment la température, qui est un élément crucial.
La situation est la suivante : le corps rocheux doit avoir une température de 90° au moins, avec une eau très basique (un pH de 8,5 au moins) pour pouvoir dissoudre de la silice en quantité suffisante. De plus, la salinité de l'océan doit être inférieure à 4% pour permettre la production de grains de silice nanométriques. La surprise de taille vient de la température trouvée, 90°; elle implique l'existence d'une source de chaleur interne à Encelade, qui ne devrait théoriquement pas en posséder au vu de sa petite taille (500 km de diamètre). Le plus probable est l'existence de frictions par effets de marée, mais d'autres explications sont activement recherchées.
Vue d'artiste de l'intérieur d'Encelade, des points chauds sous-marins seraient présents chauffant localement l'eau à 90° NASA/JPL-Caltech
Toutes ces caractéristiques sont étonnamment similaires à une zone hydrothermale atypique située au milieu de l'océan l'Atlantique, appelée Lost City et qui a été découverte il y a une dizaine d'années. On y trouve des cheminées calcaires de plusieurs dizaines de mètre, brassant de l'eau à 90° avec un pH de l'ordre de 10. Ces sources hydrothermales sont également la source de nombreuses molécules organiques et autre méthane. Les autres sources hydrothermales terrestres connues sont plutôt acide, riches en métaux et en soufre, avec des températures proches de 300°.
Comme les sources thermales alcalines comme Lost City ont pu abriter les premières formes de vie sur la Terre primordiale, la découverte d'une activité hydrothermale ressemblante sur Encelade ouvre des perspectives plus qu'intéressantes...

Hsu et ses collègues estiment que les particules de silice observées ont du être transportées de leur zone de production vers le panache qui les a propulsé ensuite dans l'espace en très peu de temps, quelques mois ou années seulement, sinon leur taille aurait été plus grande. Cela implique qu'en analysant les éjections d'Encelade, on doit obtenir une image de ses processus physico-chimiques complexes presque en temps réel. Comme la sonde Cassini fonctionne toujours à merveille, il est prévu qu'elle retourne au plus près du panache d'Encelade à la fin de l'année 2015. En revanche, Cassini n'est pas très bien équipée pour faire des analyse plus fines que ce qui a pu être analysé ici.
Pour savoir si une vie a pu se développer dans l'océan chaud d'Encelade, il faudra sans aucun doute aller voir sur place...


Sources : 
Enceladus' hot springs
Gabriel Tobie
Nature 519, 162–163 (12 March 2015) 

Ongoing hydrothermal activities within Enceladus
Hsiang-Wen Hsu et al.
Nature 519, 207 (12 March 2015)