Encelade, lune de Saturne, éjecte continuellement d'importantes quantités de particules de glace dans l'espace, provenant de son océan souterrain. Des chercheurs ont analysé chimiquement des particules fraîchement émises provenant directement de l'océan souterrain d'Encelade. grâce à des données de la sonde Cassini. Ils ont pu détecter des intermédiaires de molécules organiques potentiellement pertinentes sur le plan biologique, découvertes pour la première fois dans des particules de glace provenant d'un océan extérieur à la Terre. L'étude est publiée dans Nature Astronomy.
Encelade mesure environ 500 kilomètres de diamètre ; sa surface est recouverte d'une couche de glace d'une épaisseur moyenne d'environ 25 à 30 kilomètres. En 2005, la sonde Cassini de la NASA a découvert un immense geyser de gaz et de particules de glace au-dessus de son pôle sud. Des mesures effectuées ultérieurement par Cassini ont révélé la présence d'un océan d'eau liquide à l'intérieur du satellite. Elles ont également montré que les particules de glace contenaient des molécules organiques. Mais ces particules examinées n'étaient pas "fraîches", elles orbitaient déjà autour de la petite lune depuis un certain temps.
Cependant, en 2008, Cassini a survolé la surface d'Encelade à vingt et un kilomètres d'altitude, jusqu'à la limite du panache de glace et de gaz (le survol E5). Les données recueillies lors de ce survol proviennent donc de particules de glace "fraîche" qui étaient présentes à l'intérieur du satellite quelques minutes auparavant. Nozair Khawaja (Freie Universität Berlin), et ses collaborateurs allemands, américains et japonais ont analysé ces données du Cosmic Dust Analyser de Cassini qui avaient été soigneusement archivées.
Leur analyse confirme les résultats obtenus à partir de l'analyse d'autres données de Cassini Ils sont maintenant quasiment certains que les composés simples et complexes découverts dans les grains de glace plus anciens de l'anneau E de Saturne proviennent également de l'océan d'Encelade. Ils soupçonnent que ces molécules ont potentiellement été synthétisées dans les champs hydrothermaux d'Encelade – des cheminées au fond de l'océan d'où jaillit de l'eau chaude. A savoir que dans les océans terrestres, on trouve des traces de vie autour de cheminées hydrothermales similaires.
En 2023, une autre équipe avait identifié la présence de phosphates dans le panache (toujours grâce aux données de Cassini), ce qui signifie que cinq des six éléments CHNOPS bioessentiels ont déjà été détectés dans le matériel provenant de l'océan d'Encelade.
Certains de ces composés n'avaient pas été détectés dans les particules de glace analysées précédemment. L'une des raisons de cette différence, selon les chercheurs est probablement que Cassini se déplaçait à une vitesse particulièrement élevée lors de son trajet vers le panache. Cela a permis à l'instrument CDA d'être plus efficace. Lors de l'impact, les fragments d'espèces chimiques contenus dans les grains de glace perdent des électrons et se chargent positivement. Ils sont attirés vers une électrode chargée négativement et l'atteignent d'autant plus rapidement qu'ils sont plus légers. La mesure du temps de transit de tous les fragments chargés positivement produit un spectre de masse. Il est alors possible de tirer des conclusions sur la molécule d'origine. Si la vitesse au moment de la collision est trop faible, des interférences peuvent parfois apparaître dans les spectres de masse du CDA. Les signatures laissées par les molécules ne peuvent alors plus être interprétées clairement.
Mais lors de son survol de 2008, Cassini se déplaçait à une vitesse de 18 km/s, au lieu des 12 km/s habituels, voire moins. Grâce à la forte énergie libérée par la collision avec les particules de glace à cette vitesse, certaines influences perturbatrices dans l'analyse de masse (CDA) de certains spectres de masse peuvent être exclues.
Khawaja et ses collaborateurs voient des fragments moléculaires inédits dans les spectres de l'analyseur de poussière, permettant l'identification de composés aliphatiques, (hétéro)cycliques (esters/alcènes), des éthers/éthyles et de composés portant des atomes N et O.
Parmi les fractions aliphatiques portant de l'O, les chercheurs estiment que les aldéhydes représentent une fraction significative dans les grains de glace fraîchement éjectés d'Encelade. Selon eux, les aldéhydes pourraient avoir été accrétés dans les matériaux de construction d'Encelade puisqu'ils sont relativement abondants dans les comètes. Les aldéhydes représentent des intermédiaires dans la voie redox des hydrocarbures simples aux acides carboxyliques et aminés. La présence d'acétaldéhyde sur Encelade offrirait des possibilités de voies de synthèse vers des composés organiques plus complexes essentiels à la vie. L'acétaldéhyde est également lié à l'acétylène, qui avait été détecté dans le panache par l'instrument INMS de Cassini, dans les cycles chimiques au sein des systèmes hydrothermaux prébiotiques. L' oxyde d'éthylène (C₂H₄O ) pourrait également être un candidat potentiel pour ce type de caractéristique spectrale, ce qui pourrait catalyser la formation de polymères à groupes terminaux multiples (par exemple -CH₂ , -OH). Par exemple, l'oxyde d'éthylène peut faciliter l'alkylation de composés aryles simples (par exemple le benzène) par des réactions de type Friedel-Crafts, conduisant à la formation d'alcools aryl-substitués dans des conditions hydrothermales. Ce processus pourrait ensuite conduire à la synthèse de composés organiques plus complexes tels que les hydrocarbures polycycliques aromatiques, ou les espèces macromoléculaires détectées dans les grains de glace d'Encelade.
Khawaja et ses collaborateurs détectent aussi des molécules de type éther, ester et alcène aliphatiques et/ou cycliques dans les grains de glace du panache, ce qui complète les identifications précédentes de ces molécules dans d'autres corps planétaires du système solaire. Les éthers et les esters sont rarement trouvés dans les comètes, mais elles apparaissent comme des ponts entre les molécules aromatiques de la matière organique insoluble trouvée dans les chondrites carbonées. Cela suggère que les molécules de type éther et ester peuvent être formées par des réactions aqueuses/hydrothermales dans les corps chondritiques carbonés. Pour les chercheurs, la présence de ces composés et la possibilité de leur synthèse dans les systèmes hydrothermaux d'Encelade sont pertinentes pour l'habitabilité, étant donné leur rôle dans les contextes biologiques terrestres.
Il a été démontré que des composés esters peuvent se former dans des conditions hydrothermales réductrices à partir de précurseurs lipidiques en présence d'ions ammonium, un scénario qui est réaliste pour l'interface eau-roche d'Encelade. Ces esters sont stables dans des conditions hydrothermales et conservent une signature abiotique distincte, à savoir la prédominance d'un nombre impair de carbones. La détection de phosphates et d'esters sur Encelade est importante pour l'astrobiologie, car elle offre des voies potentielles vers des biomolécules importantes. On sait aussi que les alcènes sont des intermédiaires dans une variété de réactions entre des classes plus abondantes de composés organiques dans les systèmes hydrothermaux sous-marins. Ces composés sont impliqués dans des réactions d'hydratation, d'oxydation et de dimérisation dans ces conditions. La présence d'alcènes sur Encelade diversifie donc probablement les réactions chimiques accessibles sur les sites hydrothermaux.
En résumé, Khawaja ont détectés des esters/alcènes, des éthers/éthyles et des espèces portant N et O dans le panache d'Encelade, tout juste expulsé de son océan subglaciaire.
Ces nouveaux groupes fonctionnels organiques ouvrent de nouvelles voies pour la chimie hydrothermale, en plus des voies précédemment postulées. Ils confirment également la présence de 10 espèces aromatiques portant de oxygène qui avaient été précédemment identifiées, et ils imposent de nouvelles contraintes sur leur origine.
Les molécules détectées dans le panache suggèrent un sous-sol enrichi en matières organiques, avec une gamme diversifiée de voies de réactions, qui élargit à la fois l'espace chimique connu et potentiel de l'océan chaud d'Encelade.
La sonde Cassini a été écrasée intentionnellement dans Saturne en 2017. Mais aujourd'hui encore, les données enregistrées par ses instruments de mesure il y a de nombreuses années offrent de nouvelles perspectives sur l'océan de Encelade et sur les méduses qui y volètent probablement avec dédain.
Source
Detection of organic compounds in freshly ejected ice grains from Enceladus’s ocean
Nozair Khawaja et al.
Nature Astronomy (1 october 2025)
Illustrations
1. Encelade est ici directement au-dessus des anneaux, à droite de l'image. (NASA / JPL / Space Science Institute)
2. Cartographie des molécules organiques détectées dans le panache d'Encelade et lien entre elles (celles en noir n'ont pas (encore) été détectées (Nozair Khawaja et al.)
3. Exemple de spectre de masse de composés de type ester/alcènes mesurés par le CDA de Cassini et reconstitution des molécules correspondantes (Nozair Khawaja et al.)
4. Nozair Khawaja
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