mardi 28 mars 2017

Dans les sables électriques de Titan


Une équipe de recherche américaine montre que les grains de sable qui couvrent la surface de Titan, le plus gros satellite de Saturne, sont chargés électriquement. Cette charge électrique serait dûe à la friction et persisterait plusieurs mois, avec la possibilité d'accrocher des molécules d'hydrocarbures et expliquerait les formes étranges des dunes de Titan. 




Cette étude publiée dans Nature Geoscience permettrait d'expliquer un phénomène étrange qui avait été observé sur la surface de Titan : malgré le fait que les vents y soufflent d'Est en Ouest, les dunes de sable d'une centaine de mètres de hauteur y apparaissent se former dans la direction opposée. Les forces électrostatiques qui sont à l'oeuvre ont pour effet d'augmenter la cohésion des grains entre eux. Et ceux-ci deviennent si collants que seul un vent très fort pourrait parvenir à les bouger, or les vents de Titan avec leur vitesse moyenne de 5 km/h, ne sont pas assez forts pour modeler les dunes.

C'est grâce à une expérience de laboratoire que les chercheurs ont testé l'effet des flux de particules dans des conditions similaires à celles de la surface de Titan. Ils ont utilisé un récipient sous pression dans lequel ils ont inséré des grains de naphtalène et de biphényl, deux composés organiques (et toxiques) existant à la surface du satellite Saturnien, le tout dans une atmosphère d'azote similaire à celle de Titan. Après avoir remué le tout par une rotation durant 20 minutes, les géophysiciens ont ensuite mesuré les propriétés électriques de chaque grain. Toutes les particules étaient bien chargées et environ 2 à 5% des grains sont restés collés à l'intérieur de la cuve.
Les chercheurs ont reproduit la même expérience mais dans les conditions terrestres et avec du sable et de la cendre volcanique et montrent un comportement très différent. Le sable terrestre acquiert une petite charge électrique par friction (qu'on appelle l'effet triboélectrique), mais celle-ci se dissipe très vite.
Ce comportement d'agrégation électrostatique des grains pourrait même selon les géophysiciens expliquer l'origine des gros grains observés sur la surface Titanesque. Leur composition est semblable à celle des petits grains de poussière qui sont en suspension dans l'atmosphère. Mais ceux-ci ne peuvent pas former les dunes observées, sauf si ils s’agglomèrent entre eux par ces effets de charge électrostatique. Une fois suffisamment grossies, les particules tomberaient à la surface sous la forme d'une sorte de neige électrique...

Cette petite étude montre à quel point l'environnement extrême de Titan oblige les chercheurs à penser différemment de ce à quoi on a l'habitude sur Terre et sur quoi est fondée notre dynamique des grains. Les paysages de Titan sont influencés par des forces qui ne nous sont pas intuitives car elles sont négligeables sur Terre. La sonde Cassini avait déjà révélé de nombreuses propriétés étonnantes de Titan, à commencer par l'existence de grands lacs et rivières de méthane et d'éthane, ainsi que de montagnes et de volcans. Titan est donc aussi un monde électrostatique, aussi étrange que collant. 

Référence
Electrification of sand on Titan and its influence on sediment transport
J. S. Méndez Harper et al.
Nature Geoscience (27 march 2017)

Illustration
Titan imagé en infra rouge par Cassini en 2013 (NASA/JPL)