Quel est le secret d’Encelade, lune de Saturne, pour entretenir son activité interne ?

Image qui en combine deux, photographiées en haute résolution par la sonde spatiale Cassini lors de son survol d’Encelade, le 21 novembre 2009, à environ 14.000 km de la surface. Plus de 30 geysers furent alors observés, toujours dans la région du pôle Sud qui arbore d’importantes crevasses nommées les « rayures du tigre », où ils furent découverts en 2005

En orbite autour de Saturne, à 1,3 milliard de km du Soleil, Encelade est une petite lune fascinante. Les observations de Cassini nous ont montré que cette boule glacée en surface renferme un océan global. De ses fissures au pôle sud, jaillissant des panaches de vapeur d’eau et de glace. Tout indique aussi qu’il y aurait une activité hydrothermale soutenue. Que nous cache Encelade ? Et, s’interrogent depuis longtemps les scientifiques, comment cet astre parvient-il à entretenir une activité interne aussi importante ?

En 2005, les scientifiques de la mission Cassini, laquelle venait d’arriver dans le système de Saturne quelques mois plus tôt, s’apercevaient que de la matière gicle de la minuscule lune glacée Encelade. Cette découverte restera l’une des plus importantes de la sonde spatiale qui, durant 13 ans, a arpenté et étudié sans relâche le « Seigneur des anneaux » et sa cour de satellites.

Plus tard, les survols répétés de Cassini ont appris aux chercheurs que les panaches de vapeur d’eau et de glace jaillissant des fissures concentrées dans la région du pôle sud de l’astre contiennent des sels minéraux et des grains de silice manométriques qui ne pourraient résulter que d’une chimie hydrothermale à des températures minimums de 90 °C.

Non seulement, ce corps enveloppé d’une couche de glace de 20 à 25 km d’épaisseur abrite, selon les observations, un océan global mais en plus, des sources hydrothermales y seraient actives… Encelade apparaît comme un milieu favorable au développement de la vie. Est-ce que c’est le cas depuis longtemps ? Et surtout, question qui taraude les chercheurs : comment cette lune de 504 km de diamètre parvient à entretenir une activité interne aussi importante et, semble-t-il, durablement ? Le Système solaire, rappelons-le, a déjà 4,5 milliards d’années…

dernier regard sur Encelade
Adieu Encelade ! Dernier regard de Cassini sur le petit satellite qui disparaît derrière Saturne Crédit : NASA, JPL-Caltech

La structure du noyau d’Encelade, clé de l’énigme

Pour les chercheurs, le moteur de cette activité n’est pas l’énergie fournie par la désintégration des éléments radioactifs que le noyau de ce petit corps céleste pourrait renfermer. Elle n’est en effet pas suffisante, il en faudrait 100 fois plus.

Les forces de marée engendrées par son orbite elliptique autour de Saturne ne suffisent pas elles seules non plus à expliquer l’activité interne de l’astre. Du moins, sur le long terme. Les recherches montrent qu’Encelade se congèlerait en 30 millions d’années.

La solution est à chercher dans ses profondeurs. Via de nouvelles simulations plus complexes et pour la première fois en 3D, une équipe de chercheurs français et américains pense avoir trouvé la clé de l’énigme : « C’est selon nous, la structure particulière du noyau rocheux, sous l’océan, qui permet la production de cette énergie » , déclare le principal auteur de cette étude qui vient de paraître dans Nature Astronomy, Gaël Choblet, du CNRS.

Schéma de la structure interne d’Encelade. L’eau salée de l’océan pénètre dans le noyau poreux (1). Chauffée, elle interagit avec les roches (2) puis remonte vers le plancher océanique et forme des points chauds (3). Des panaches chauds remontent à travers l’océan jusqu’à la banquise et transportent de la matière (4). La banquise s’amincit et des fissures se créent (5). De la matière s’y engouffre et se retrouve projetée dans l’espace (6). Ce qui est le cas au pôle sud — Crédit : NASA, JPL-Caltech, Space Science Institute et LPG-CNRS, U. Nantes, U. Angers, ESA

Les mécanismes au cœur d’Encelade

Leur modèle s’accorde bien avec les caractéristiques d’Encelade observées par Cassini. Le noyau de cette petite lune serait en réalité poreux, avec 20 à 30 % d’espace vide. Au cours de son orbite autour de Saturne, les roches sont déformées et malaxées par les forces de marées. Perméable, le noyau laisserait s’infiltrer les eaux froides de l’océan — les chercheurs estiment qu’il faut entre 25 et 250 millions d’années pour que l’ensemble de l’océan d’Encelade (son volume représente 2 % des océans terrestres) soit passé par le noyau. Une fois réchauffées, elles remontent vers le plancher océanique où se créent alors des points chauds. « Un seul de ces points chauds à la base de l’océan peut fournir jusqu’à 5 GW sous forme de chaleur — à titre de comparaison, cette quantité équivaut à la puissance géothermale consommée chaque année en Islande », explique le CNRS.

Ces points chauds formeraient des panaches qui remontent à travers l’océan et amincissent la banquise en surface. Les chercheurs ont pu constaté dans leur modèle que la position des points chauds « coïncide avec les régions où la croûte de glace est la moins épaisse », au pôle sud, là même où des fissures laissent passer de la matière dans l’espace. Selon les observations de Cassini, l’épaisseur y varie entre 1 et 5 km seulement.

Mais pourquoi à cet endroit ? Pourquoi le pôle nord est-il si différent (la présence de nombreux cratères induit que cette région est plus ancienne) ? Pour les auteurs, il est possible que cela résulte d’un effet d’emballement : « l’amincissement de la croûte de glace sous le pôle produit localement un surcroît de chauffage de marée dans le noyau poreux et entraîne donc des panaches encore plus chauds et vigoureux. »

Les chercheurs sont très satisfaits. C’est la première fois qu’un modèle prédit les principales caractéristiques d’Encelade observées et cela, sur de grandes échelles de temps. « Nos simulations expliquent à la fois l’existence d’un océan à grande échelle engendré par le transport de la chaleur depuis l’intérieur profond vers la couche de glace et la concentration de l’activité dans une zone relativement étroite au niveau du pôle sud », souligne Gabriel Tobie, coauteur de l’étude.

Au vu de ces résultats soutenant l’existence d’un mécanisme durable — sur des dizaines de millions voire des milliards d’années — d’apport d’énergie à l’intérieur de cette lune fascinante, on a évidemment hâte qu’un robot aille se poser sur sa banquise pour découvrir ce qui se cache à l’intérieur…

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1 Comment

  • « Les forces de marée engendrées par son orbite elliptique autour de Saturne ne suffisent pas elles seules non plus à expliquer l’activité interne de l’astre. Du moins, sur le long terme. Les recherches montrent qu’Encelade se congèlerait en 30 millions d’années. »

    Je ne comprends pas cet argument : les forces de marées sont permanentes, du moins tant qu’Encelade tourne autour de Saturne.

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