Tandis que la mission Cassini-Huygens explore le monde de Saturne, des expériences sont menées sur Terre, en laboratoire, pour tenter de comprendre ce que deviennent les aérosols constituant la brume de Titan lorsqu’ils se déposent à la surface glacée du plus gros satellite de Saturne. Une chimie organique n’est pas à exclure…
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L'épaisse atmosphèreatmosphère de Titan, exploré par la mission Cassini-Huygens, est le siège d'une photochimie complexe. La dissociation de l'azoteazote et du méthane par le rayonnement UVUV solaire et par des particules énergétiques amorce une cascade de réactions chimiquesréactions chimiques dès la très haute atmosphère. Des composés plus complexes, tels que des hydrocarbureshydrocarbures ou des nitriles, sont alors formés. Cette chimiechimie atmosphérique forme également forme des particules solidessolides, des aérosolsaérosols, qui constituent la brumebrume orangée donnant sa couleurcouleur caractéristique à TitanTitan

L'atmosphère de Titan est donc une véritable usine à fabriquer des moléculesmolécules organiques, présentes sur tout le satellite : pluies et lacs d'éthane liquideliquide aux hautes latitudeslatitudes, champs de dunes formées de grains d'hydrocarbures et de nitriles complexes à l'équateuréquateur. Cependant, il s'agit surtout de molécules composées d'atomesatomes de carbonecarbone (C), d'azote (N) et d'hydrogènehydrogène (H), où l'oxygèneoxygène (O) est absent. Or sur TerreTerre, la plupart des molécules organiques entrant dans la composition des systèmes vivants sont en partie composées d'oxygène. De telles molécules, incorporant l'oxygène dans leur structure, se forment-elles sur Titan ?

Titan, son épaisse atmosphère, et la petite lune glacée Tethys passant derrière Titan au moment où la sonde Cassini-Huygens réalise ce cliché le 26 novembre 2009. © Nasa/JPL/<em>Space Science Institute</em>

Titan, son épaisse atmosphère, et la petite lune glacée Tethys passant derrière Titan au moment où la sonde Cassini-Huygens réalise ce cliché le 26 novembre 2009. © Nasa/JPL/Space Science Institute

Des aérosols de Titan au laboratoire

Cette question fait l'objet de recherches depuis plusieurs années. À l'aide de dispositifs expérimentaux simulant la chimie à l'œuvre dans l'atmosphère, il est possible de synthétiser des analogues d'aérosols de Titan. C'est grâce à une expérience de ce type menée au LisaLisa (CNRS, Universités Paris-Est et Paris Diderot), avec le soutien du Cnes, que Sandra Ramírez-Jiménez de l'Université autonome de l'État de Morelos au Mexique et ses collaborateurs du Lisa (Laboratoire interuniversitaire des systèmes atmosphériques) et du LGPM (École Centrale de Paris) ont produit des analogues d'aérosols pour étudier leur évolution dans des conditions simulées de la surface de Titan.

Une des conditions qui pourrait être des plus favorables à l'incorporation d'oxygène dans les aérosols déposés serait leur mélange dans de l'eau en phase liquide. Mais à la surface de Titan, la température avoisine les -180°C et le sol est constitué de glace d'eau dure comme la roche. Cependant, des réservoirs d'eau liquide sont susceptibles d'exister en surface ou sous-surface.

En effet, des données de la sonde Cassini montrent des traces d'une possible activité cryovolcanique, ou volcanismevolcanisme de glace d'eau : des coulées d'eau mélangée à de l'ammoniacammoniac provenant d'un océan interne pourraient être répandues à la surface via des cratères volcaniques (cf. vidéo ci-dessous). Par ailleurs, des modèles numériques proposent que des poches d'eau liquide soient formées en sous-surface suite à l'énergieénergie dégagée par des impacts cométaires ou météoritiques. Ce processus a dû remodeler une large part de la surface de Titan durant toute son Histoire, offrant un milieu propice à l'évolution des aérosols en phase liquide.


Un possible cryovolcan vu par les instruments de la sonde Cassini-Huygens dans la région de Sotra Facula sur Titan. © Nasa/JPL-Caltech/USGS/University of Arizona/djxatlanta, Youtube

Et voici des acides aminés...

Placés en solution aqueusesolution aqueuse ammoniaquée pendant dix semaines, à des températures représentatives de celles de la surface de Titan, les analogues d'aérosols ont produit de l'urée, de la glycineglycine, de l'alaninealanine et d'autres produits. Les rendements mesurés, de l'ordre de 0,1 %, indiquent que les quantités d'urée et d'acides aminésacides aminés ainsi produites seraient détectables par un appareil d'exploration envoyé à bord d'un futur atterrisseur sur Titan.

La production de molécules d'intérêt prébiotiqueprébiotique comme les acides aminés, qui constituent des briques primordiales de la vie sur Terre, invite à s'interroger sur une éventuelle complexification ultérieure de la matièrematière organique sur Titan ou dans un potentiel océan sous-terrain.