lundi 18 novembre 2019

Titan : Une cartographie géomorphologique complète


Titan, le gros satellite de Saturne, possède un cycle hydrologique basé sur le méthane qui a façonné sa surface, la transformant en l'une des surfaces les plus diverses géologiquement dans tout le système solaire, Terre comprise. Aujourd'hui, une cartographie complète de Titan vient d'être produite grâce aux données radars et infra rouge de la sonde Cassini. Une étude parue dans Nature Astronomy.




Malgré des différences de matériaux, de températures et de champs de gravité entre la Terre et Titan, de nombreuses particularités sont similaires et peuvent être interprétées comme le produit des mêmes processus géologiques. Mais Titan possède une épaisse atmosphère opaque qui empêche d'observer dans le visible ses formations géologiques et d'étudier la composition de sa surface. Heureusement, la sonde Cassini était munie d'instruments permettant de "voir" à travers les épais nuages de Titan, qu'elle a approché à de nombreuses reprises au cours de ses orbites autour de Saturne. 
Rosaly Lopes (Jet Propulsion Laboratory/Caltech) et son équipe rapportent dans leur étude comment ils sont parvenus à produire une cartographie complète du satellite saturnien en utilisant des corrélations entre des jeux de données infra-rouge et radar lorsque l'un ou l'autre n'était pas complet. Ils ont exploité pour cela les données des instruments SAR (Syntetic Aperture Radar) et VIMS (Visible and infrared Spectrometer) de la sonde Cassini pour atteindre une résolution inférieure au kilomètre sur la surface de de Titan. La carte qu'ils ont produite est à l'échelle 1:20 000 000 et permet de discerner 6 types de terrains différents (des "unités géologiques") : plaines, dunes, terrains bosselés, lacs, terrains "labyrintiques" et cratères. Ce que les planétologues appellent des terrains "labyrinthiques", sont des plateaux creusés par l'érosion, montrant de nombreuses crevasses.

Les superpositions entre les unités géologiques principales révèlent une évolution temporelle des terrains et fournit une idée sur les processus à l'oeuvre. Les planétologues arrivent à dater les différentes formations géologiques qu'ils ont mises en évidence : les dunes et les lacs sont relativement jeunes, tandis que les terrains bosselés et montagneux sont les plus âgés. Ce que trouvent également les planétologues américains et leur collègue française Alice Le Gall (LATMOS/IPSL, Université Paris-Saclay), c'est que la surface de Titan est dominée par des processus de dépôt ou de sédimentation qui montrent une claire variation selon la latitude. Les dunes se trouvent vers l'équateur, les plaines (qui représentent 65% de la surface) sont aux latitudes moyennes et les terrains labyrinthiques et les lacs sont localisés au niveau des zones polaires.

En termes de composition, les données de Cassini sont cohérentes avec des matériaux organiques pour les plaines, les dunes, et les lacs. Mais pour ce qui est des cratères et des collines, une abondance plus élevée en glace d'eau est observée. Cette suggestion que ces derniers types de terrain montrent un matériau de croûte glacée est cohérente avec des travaux antérieurs qui avait prédit (puis avec d'autres ultérieurs qui l'avaient montré) que des matériaux organiques produits par des réactions photochimiques en haute altitude sur le méthane et l'azote, forment une une couche superficielle couvrant la plus grande partie de la surface de Titan. 
D'après Rosaly Lopes et ses collaborateurs, la distribution et l'âge des principales formations géologiques de Titan indiquent que la croûte glacée, ancienne, a été recouverte par des matériaux sédimentaires, formant les plaines et les dunes, particulièrement aux basses latitudes. Dans les régions polaires, les cumuls de pluie dépassent largement l'infiltration ou l'évaporation des liquides, ce qui produit de nombreux lacs.
Les planétologues expliquent que les terrains de type "labyrinthe", plus anciens que les plaines et localisés surtout aux hautes altitudes, eux aussi formés de dépôts de matériaux organiques, auraient pu être au départ surélevés puis auraient été creusés et dissous par les pluies, de la même manière que ce qui se passe sur Terre avec les formations karstiques.
Ce que les chercheurs déduisent des images détaillées obtenues par Cassini, c'est que Titan est couvert de sédiments organiques qui sont modifiés par des processus non seulement pluviaux mais aussi fluviaux et éoliens. Bien que les précipitations aient lieu à toutes les latitudes sur Titan, le climat équatorial apparaît aride sur des durées suffisamment longues pour que les dépôts éoliens et la formation de dunes dominent.
Au niveau des régions polaires, l'humidité relative augmente, et les grands lacs d'hydrocarbures liquides dominent le paysage. Entre ces deux extrêmes se déploient les plaines de latitude moyenne qui montrent peu de reliefs ou de particularités. 

Toutes ces différences de morphologie et leur situation sur la surface de Titan indiquent qu'une grande variété de processus géologiques agissent sur le satellite Saturnien, contrôlés par un climat changeant au fil des saisons...


Source

A global geomorphologic map of Saturn’s moon Titan
R. M. C. Lopes et al.
Nature Astronomy (18 november 2019)


Illustrations

1) Cartographie géomorphologique des deux hémisphère de Titan (R. M. C. Lopes et al.)

2) Exemples des 6 types de morphologies observées à la surface de Titan, imagés par Cassini (R. M. C. Lopes et al.)