mardi 7 novembre 2017

La source d’énergie de l’océan d’Encelade dévoilée


Des chercheurs français, allemands et tchèques viennent de trouver une solution très élégante pour expliquer les geysers de vapeur visibles au pôle sud d’Encelade, le petit satellite de Saturne qui possède un océan d’eau chaude sous sa croûte de glace : son noyau rocheux serait très poreux, ce qui permet à l'eau de s'échauffer.




La sonde Cassini a permis de mettre en évidence la présence d’un océan global sous la croûte de glace d’Encelade (voir ici). Elle avait découvert il y a plus de 10 ans les étonnants geysers qui sortaient de grandes fissures dans la croûte du pôle sud, et avait pu en analyser partiellement le contenu en révélant la présence de sel et de grains de silice (du sable) (voir ici). La présence de ces grains de silice dans les geysers d’Encelade ne pouvait s’expliquer que par l’existence d’une activité hydrothermale au niveau de son plancher océanique, à même de chauffer l’eau à 90°C. Depuis cette découverte, les planétologues se sont longuement penchés sur la question du comment le cœur rocheux d’un petit satellite de Saturne comme Encelade (500 km de diamètre) pouvait être échauffé jusqu’à un tel niveau. On pense tout de suite aux intenses effets de marée produits par la géante aux anneaux, mais jusqu’à aujourd’hui, les spécialistes n’arrivaient pas à reproduire la quantité de chaleur nécessaire pour expliquer les observations de Cassini par cet effet.  Il faut en effet 20 GW de puissance thermique pour coller aux observations, correspondant à 100 fois la chaleur pouvant être dégagée par les seuls éléments radioactifs présents dans le cœur rocheux. Un autre phénomène difficilement explicable est la présence de ces geysers seulement au pôle sud d’Encelade et pas ailleurs.
Les planétologues européens menés par le français Gaël Choblet  (Laboratoire de Planétologie et Géodynamique, CNRS/Université de Nantes) ont réussi la prouesse de répondre entièrement à toutes les questions en suspens et offrent une solution très aboutie de la structure interne qui doit être celle d’Encelade.
Ils font la simple hypothèse que le cœur rocheux d’Encelade possède une très grande porosité. A partir de cette hypothèse, ils ont effectué des grandes simulations 3D des processus hydro-thermodynamiques qui doivent se dérouler dans les couches d’Encelade, en incorporant un océan chaud et salé et une croûte de glace d’épaisseur qui peut varier en fonction de la latitude. Dans leurs simulations, Gaël Choblet et ses collègues considèrent un cœur rocheux très déformable, poreux et perméable, dans lequel l’eau peut pénétrer. Dans ce cas, l’eau liquide de l’océan peut s’échauffer fortement au fur et à mesure qu’elle s’enfonce en profondeur dans la roche où ont lieu des frictions exacerbées par la nature poreuse et granulaire du cœur rocheux, ces frictions entre fragments de roche étant dues aux effets de marée produits par l’orbite elliptique d’Encelade autour de Saturne.


Après avoir circulé dans le cœur rocheux et s’être échauffée, l’eau se retrouve « éjectée » et remplacée par de l’eau plus froide. Il se forme ainsi des sortes de geysers d’eau chaude sur le plancher océanique d’Encelade, des « points chauds », où la température peut y excéder 90°C d’après Choblet et ses collaborateurs, qui publient leur étude dans Nature Astronomy. Les planétologues calculent qu’un seul point chaud de ce type peut produire jusqu’à 5 GW de puissance thermique. Ils calculent que la puissance totale peut atteindre 30 GW, et que le phénomène peut se dérouler depuis plusieurs milliards d’années.
Les flux d’eau chaude remonteraient des points chauds à une vitesse de quelques centimètres par seconde, emportant avec eux des petits grains de silice, ceux-là même qu’a détectés Cassini en orbite dans les geysers de vapeur. Un point important des résultats de Gaël Choblet et ses collaborateurs, c’est qu’ils montrent par leurs simulations que c’est au niveau des pôles d’Encelade que le processus des points chauds doit être le plus intense, produisant une couche de glace plus fine aux hautes latitudes, comme ce qu’avait révélé Cassini, avec une croûte de glace de 1 à 5 km d’épaisseur au pôle sud pour une épaisseur moyenne de 25 km sur l’ensemble du satellite.
Sachant que de l’eau chaude serait présente sur Encelade depuis plusieurs milliards d’années, bien à l’abri de toute forme de perturbation extérieure sous une épaisse couche de glace, quoique fissurée, il est tentant d’y voir une zone bien plus habitable que des planètes désertiques et irradiées comme Mars. La sonde Cassini avait décelé quelques molécules organiques dans les jets de vapeur, sans pouvoir conclure quoi que ce soit sur la présence d’éléments prébiotiques dans l’océan Enceladien. Hélas, aucune mission n’est prévue à ce jour pour prendre la relève de Cassini dans l’exploration d’Encelade. Les prochaines missions de ce type seront focalisées sur le satellite Europe de Jupiter, qui montre des similitudes troublantes avec Encelade, ce dernier pourrait donc servir de modèle pour comprendre les processus en œuvre sur Europe, qui seront découverts ou redécouverts.


Source

Powering prolonged hydrothermal activity inside Enceladus
Gaël Choblet, Gabriel Tobie, Christophe Sotin, Marie Běhounková, Ondřej Čadek, Frank Postberg & Ondřej Souček
Nature Astronomy (06 November 2017)


Illustrations
1) Schéma de la structure interne d'Encelade (Surface: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute; interior: LPG-CNRS/U. Nantes/U. Angers. Graphic composition: ESA)

2) Les geysers de vapeurs sortant des fissures de la croûte, imagés par la sonde Cassini en 2010 (NASA/JPL/Space Science Institute)

5 commentaires :

Jean-Paul Dandrimont a dit…

Une fois de plus merci pour cet article et de façon générale pour la tenue de ce site très intéressant et que je viens consulter régulièrement

Dr Eric SIMON a dit…

Merci pour votre fidélité !

Philippe Gineste a dit…

Je confirme

Merci!

Pascal a dit…

Bonjour,

Pourquoi n'y a-t-il pas de jets au pôle nord ? Cassini a-t-il mesuré l'épaisseur de glace à ce pôle ?

Un noyau poreux devrait se traduire par une densité moindre du noyau rocheux donc du satellite, si l'on connait assez bien le rayon de ce noyau, c'est à dire la profondeur de l'océan (par les mouvements de libration), et en supposant bien connus masse et rayon d'Encelade ; cela est-il confirmé par l'observation ?

Dr Eric SIMON a dit…

Le pôle Nord n'a quasi pas de fissures.
Le noyau est poreux à 30% mais ça ne veut pas dire plein de vide, mais au contraire plein d'eau, une grosse éponge! D'ailleurs on connaît mal la profondeur d'eau "libre", entre 10 et 30 km de mémoire.