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Titan, cinq ans après Huygens : le bilan d'un spécialiste

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Le 14 janvier 2005, après plus de 7 ans de périple à bord de Cassini, la sonde européenne Huygens atterrissait sur Titan, en une apothéose scientifique. Roger Raynal, spécialiste de Titan, revient sur les découvertes permises par Huygens. Ce chercheur de l'Université de Toulouse est également membre de la prestigieuse Association américaine pour le progrès de la science (AAAS).

Le module de descente, c'est-à-dire la sonde Huygens, est installée à l'intérieur du bouclier thermique avant que le couvercle la recouvre. Crédit Esa

Conçue par l'Agence spatiale européenne et construit par Thales Alenia Space, Huygens réussissait ce 14 janvier 2005 un formidable exploit qui fit des Européens les premiers à explorer in situ l'atmosphère d'un objet aussi lointain. Au total, la sonde aura fonctionné pendant 148 minutes lors de sa descente et plus de 3 heures au sol jusqu'à l'épuisement de ses batteries.

Egalement professeur de biologie, de géologie et de physique, Roger Raynal tient à jour son propre site Web dédié aux origines de la vie et à Titan.

Vue du site d’atterrissage de Huygens. La sonde a atterri au milieu de galets de glace. Elle en a écrasé un au moment de son atterrissage, qui a fondu sous la chaleur résiduelle de la sonde. © Esa / Nasa/ JPL/ University of Arizona

La sonde qui s'est posée sur une surface plate mais pas lisse a montré une atmosphère brumeuse, turbulente et très venteuse avec une chimie fondée « sur la transformation du méthane en hydrocarbures complexes dans la stratosphère ». Les mesures ont également confirmé une pression égale à une fois et demie celle de la Terre et une température de -180°C qui empêche la formation de toute vapeur d'eau, et donc d'oxygène, à partir de la glace d'eau que « l'on sait présente sur Titan ».

L’antenne européenne de Cassini révèle des régions entières de Titan

Depuis cinq ans, l'orbiteur de la Nasa Cassini poursuit sa mission autour de Saturne et vient d'effectuer son 65e survol de Titan. Lors de chacun de ceux-ci, l'antenne de 4 m de la sonde développée par Thales Alenia Space est utilisée en mode radar pour percer la couverture nuageuse de la lune et dresser la carte précise de sa topographie.

Comme nous l'explique Roger Raynal, « Titan est un monde empli d'hydrocarbures très variés comme du méthane, de l'éthane, de l'acétylène et beaucoup d'autres composés d'hydrocarbures ». Une précision s'impose. Lorsque les scientifiques utilisent le terme d'hydrocarbures, les Terriens que nous sommes ont tendance à penser au pétrole mais ce n'est bien sûr pas le cas puisque le pétrole est un élément de décomposition biologique. Sur Titan, les hydrocarbures, c'est-à-dire des molécules formées de carbonées, comme le méthane et l'éthane, proviennent de processus chimiques.

Huygens et Cassini ont révélé un monde « modelé par le cryovolcanisme et des précipitations de méthane et d'autres hydrocarbures », parsemé de lacs de méthane liquides dans les régions polaires et montré l'existence d'un « cycle de saisons avec un transfert du méthane d'un pôle à un autre ».

Le Soleil se reflète sur le lac Kraken, près du pôle nord de Titan. L'image a été prise le 8 juillet 2009, lors du 59ème survol de ce satellite, par l'instrument VIMS de la sonde Cassini. © Nasa/JPL/University of Arizona/DLR

Certains de ces volcans de glace seraient en activité ! Cassin a observé des « changements météorologiques au-dessus d'une région qui présente des reliefs volcaniques ». L'existence de points chauds a cela d'intéressant qu'il sous-entend l'existence de « lieux de fabrications de molécules complexes qui présentent l'intérêt de se faire congeler très rapidement et donc de rester en état peut-être "hors équilibre" ou avec des molécules rares qui ne pourraient pas exister en grande quantités sur Terre ».

Ces deux sondes ont également révélé la présence probable « d'un océan d'eau ammoniaquée ou de plusieurs grands réservoirs » sous une croûte de glace de quelque 45 km d'épaisseur. Pour certains scientifiques, ces étendues liquides seraient à l'origine de l'activité volcanique de Titan. Mais ce n'est pas certain. « On a besoin de mesures complémentaires pour mieux comprendre ce phénomène ».

Au niveau atmosphérique, « des avancées sont à signaler ». La dynamique de l'atmosphère de Titan est comparable à celles de Vénus, de la Terre ou de Mars, ce qui permet d'accroître d'autant notre champ d'analyse en planétologie comparée ainsi que notre compréhension des atmosphères planétaires et en tout premier lieu de la nôtre. L'ensemble de ces observations devraient améliorer les modèles de circulation atmosphérique de Titan, et d'une manière plus générale, « favoriser la compréhension du fonctionnement des atmosphères planétaires, y compris celle de la Terre ».

Photographie en vraies couleurs des couches nuageuses et de l'atmosphère de Titan, réalisée par la sonde Cassini. © Nasa

Comme sur Terre, chaque enveloppe d'un objet est liée aux autres (atmosphère, hydrosphère, lithosphère). Titan n'échappe pas à cette règle. Les reconstitutions de l'atmosphère de Titan en laboratoire, bombardée avec le même rayonnement qui la frappe continuellement ont donné un « résultat qui montre que ce ne sera pas simple de comprendre son fonctionnement ». Comme nous l'explique Roger Raynal, « nous avons bien obtenu des hydrocarbures, mais nous ne sommes pas arrivés à reproduire exactement ce que l'on observe sur Titan ». Cela montre qu'il existe une chimie de surface « beaucoup plus complexe que ce que l'on pensait » et d'ajouter « c'est passionnant ».

L'idée d'une chimie se produisant pour l'essentiel dans l'atmosphère avec les gaz modifiés par le rayonnement solaire est donc dépassée. Les différences observées entre ce qui est reconstitué sur Terre et sur ce qui ce passe réellement sur Titan s'explique vraisemblablement par une activité chimique en surface et dans le sous-sol « bien plus intense que ce l'on pensait au regard de la température de surface, d'environ - 180°C ».

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