Une éruption sur le Stromboli. © Fotolia, Dan

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Les volcans de Io à l'origine d'éruptions stromboliennes

ActualitéClassé sous :Astronomie , Volcan , volcanisme

De belles découvertes nous attendent encore dans l'énorme moisson de données récoltées par la sonde Galileo, de la Nasa, volontairement détruite en 2003 dans l'atmosphère de Jupiter. Dernière en date : des éruptions sur la lune Io semblent similaires à celles du Stromboli et pourraient nous renseigner sur l'intérieur de ce corps malaxé par des forces de marée.

Presque personne ne s'attendait à la découverte des volcans actifs sur Io par Linda Morabito en mars 1979, alors ingénieur de navigation dans l'équipe de la mission Voyager 1. Un curieux détail sur des photographies prises par la sonde est plus tard apparu comme un panache volcanique soufré de 300 km de hauteur. Trois chercheurs cependant possédaient la clé de cette énigme. Quelques jours avant, Stan Peale, Patrick Cassen et R. T. Reynolds avaient publié dans Science un article où ils affirmaient qu'en raison des forces de marée résultant de l'influence de Jupiter, Ganymède et Europe, beaucoup de chaleur devait être produite à l'intérieur de Io. Cette chaleur provenant de la dissipation de l'énergie mise en jeu dans les déformations de la lune de Jupiter, elle devait engendrer un volcanisme important.

D'autres preuves de l'activité de Io ont ensuite été fournies par les observations de la mission Galileo entre 1995 et 2003. En 1999, des images impressionnantes montraient une éruption fissurale de 25 km de long avec des fontaines de laves s'élevant à quelques kilomètres de hauteur .

Une éruption surprise en novembre 1997 par la sonde Galileo. © Nasa

Un flux de chaleur anormal enfoui dans les données archivées de Galileo

Io est aujourd'hui étudié depuis la Terre comme nous l'expliquait l'astronome Franck Marchis, de l'institut Seti. Remarquablement, alors que la sonde Galileo a disparu dans les entrailles de Jupiter depuis 2003, elle continue à nous renseigner sur cette lune infernale qui nous donne probablement un aperçu de ce à quoi pouvait ressembler la Terre primitive de l'Hadéen.

L'un des grands spécialistes de Io, le volcanologue Ashley Davies, en poste au JPL (Jet Propulsion Laboratory) à Pasadena en Californie, a fait une intéressante communication ce mois de décembre 2017 lors du colloque d'automne 2017 de l'American Geophysical Union à La Nouvelle-Orléans.

Avec ses collègues, Davies étudie les données archivées de Galileo. En l'occurrence, ce sont les mesures dans l'infrarouge de l'instrument NIMS (Near Infrared Mapping Spectrometer) qui contenaient une perle cachée. Ces données permettent d'estimer des variations de températures liées à une activité volcanique sur la surface de Io.

On savait qu'il en existait plusieurs types, en particulier celles liées à d'immenses lacs de lave, des coulées gigantesques, des fontaines de laves issues d'éruptions fissurales titanesques et bien sûr les émissions des fameux panaches de dioxyde de soufre et autres produits volcaniques. Mais les données de NIMS ont révélé un phénomène inédit.

En 1997, dans une région de l'hémisphère sud de Io appelée Marduk Fluctus, un brusque pic de chaleur est apparu, 4 à 10 fois plus élevé que la normale, avant de chuter de 20 % en une minute d'abord puis de 75 % la minute suivante. Environ 23 minutes plus tard, l'émission de chaleur était redevenue standard.

Les éruptions de Stromboli vues depuis des drones. © Martin Rietze

Des komatiites ou des basaltes ?

Selon Ashley Davies, cette variation est bien trop rapide pour être associée à une activité sur une coulée ou un lac de lave qui ne peuvent se refroidir aussi vite. Toutefois, le volcanologue a déjà vu sur Terre quelque chose qui ressemble à ce phénomène : une éruption sur le mythique Stromboli d'Haroun Tazieff.

Si tel est bien le cas, le chercheur pense qu'une fenêtre vient de s'ouvrir sur l'intérieur de Io, encore largement méconnu. On ne fait que soupçonner la présence d'un océan de magma sous sa croûte. Il ne serait pas forcément totalement liquide, les roches ne seraient fondues qu'à 20 % avec un réseau connectant les poches de magma ressemblant à celui d'une éponge.

Une contrainte importante sur le modèle de l'intérieur de Io provient de l'estimation de la température de ses laves. Le problème est qu'elles peuvent refroidir suffisamment vite pour masquer leur vraie nature. Sur Terre, pendant une partie de l'Archéen, des laves engendrant une roche appelée komatiite ont été émises. Pauvres en silice et donc très fluides, elles étaient aussi très chaudes, avec des températures de l'ordre de 1.800 à 1.900 kelvins. Elles ont ensuite été remplacées il y a environ 2,5 milliards d'années par des basaltes plus visqueux et moins chauds, avec des températures d'émissions de 1.400 à 1.500 kelvins. Les laves solidifiées sous le soufre en surface sur Io sont probablement des komatiites mais les preuves manquent encore.

Selon Davies, les températures des laves crachées par des éruptions stromboliennes permettraient paradoxalement d'être mieux déterminées et donc de savoir si Io crache du basalte ou non. Lui et ses collègues vont continuer à étudier les données de Galileo. Si une nouvelle mission permet d'examiner à nouveau de près cette lune, on sait maintenant quoi chercher pour avoir une réponse à la question de la nature des laves de Io.

  • Les sondes Voyager et Galileo nous ont fait faire un bond dans la connaissance de Io, la lune volcanique de Jupiter, mais elle reste encore mal connue.
  • Deux questions en suspens sont, d'une part, le type de lave accompagnant son activité volcanique (basaltes ou komatiite, et, d'autre part, la structure interne de cette lune, qui pourrait contenir un océan de magma.
  • Les données recueillies par Galileo suggèrent que des éruptions stromboliennes se produisent parfois, ce qui ouvrirait une porte sur la détermination de cette structure interne en permettant de connaître la nature des laves de Io.
Pour en savoir plus

Sur Io, les volcans ne sont pas aux bons endroits !

Article de Jean-Baptiste Feldmann publié le 11/04/2013

En réalisant la première carte de l'emplacement des volcans en activité sur Io, un satellite de Jupiter, les scientifiques ont eu la surprise de constater que ce volcanisme ne se produit pas là où les modèles théoriques le prévoyaient.

Si, comme le fit le savant italien Galilée en 1610, vous pointez une modeste lunette en direction de Jupiter, vous observerez sans peine quatre petits points lumineux qui gravitent autour de cette planète géante gazeuse. Ce sont les quatre satellites galiléens Callisto, Ganymède, Europe et Io (du plus lointain au plus proche de la planète).

Coincé entre Jupiter, Europe et Ganymède, Io est soumis à de puissantes forces de marée, que trahit un volcanisme particulièrement intense. Cette lune galiléenne a un diamètre de 3.600 km et se trouve en orbite à 422.000 km de Jupiter. C'est en 1979 que l'on a découvert pour la première fois un volcan en activité sur Io, grâce aux images fournies par la sonde Voyager 1. Sa surface est en permanence remodelée par les écoulements de lave, accompagnés de panaches de soufre s'élevant à des centaines de kilomètres d'altitude. Un spectacle qui faisait dire à l'astrobiologiste Carl Sagan que la surface d'Io ressemblait à une pizza !

En utilisant les images des sondes Voyager dans les années 1980 et de Galileo pendant la décennie suivante, des scientifiques de l'Arizona State University viennent de publier la première carte géologique complète de la surface d'Io, signalant la position de plus de 400 volcans actifs. Ils ont constaté que l'emplacement de ces volcans ne coïncidait pas avec les modèles de chauffage interne du satellite imaginés jusqu'à présent.

Cartes des deux modèles théoriques de chauffage interne d’Io, un satellite naturel de Jupiter. En haut, en imaginant que le chauffage trouve son origine à une grande profondeur, il remonte au niveau des pôles (latitudes 90° et -90°, en ordonnée). En bas, un chauffage qui prend naissance dans l'asthénosphère fait surface au niveau de l'équateur. C'est ce second modèle qui correspond le mieux à la position des volcans observée sur Io, malgré un décalage systématique. © Christopher Hamilton, Nasa

Des volcans décalés de 30 à 60 degrés par rapport à la théorie

Par le passé, en simulant les effets du chauffage de Io par les forces de marée, des scientifiques avaient développé deux modèles (voir cartes ci-dessus). Si on imagine que le chauffage se produit dans la partie la plus profonde du manteau du satellite, la chaleur remonte vers la surface principalement au niveau des pôles. Dans le second cas (qui semble le mieux accepté aujourd'hui), le chauffage d'Io prendrait naissance dans la partie supérieure du manteau, dans une zone appelée asthénosphère, et la chaleur remonterait vers la surface au niveau de la ceinture équatoriale d'Io.

En regardant la position des 400 volcans actifs sur ce satellite de Jupiter, les chercheurs ont constaté que le modèle du chauffage de l'asthénosphère est celui qui correspond le mieux aux nouveaux résultats des analyses, malgré un décalage des volcans de 30 à 60 degrés à l'est par rapport au modèle théorique. Pour Christopher Hamilton de l'University of Maryland, qui a découvert cette anomalie avec son équipe, il faut se rendre à l'évidence. « Nous avons réalisé la première analyse statistique rigoureuse de la répartition des volcans à partir de la nouvelle carte géologique de la surface d'Io. Nous avons trouvé un décalage systématique vers l'est des sites volcaniques observés, ce qui est inconciliable avec les modèles existants de corps solides chauffés par les forces de marée. »

Le décalage des volcans expliqué par un océan de magma ?

Christopher Hamilton propose donc plusieurs explications à ce décalage : une rotation d'Io plus rapide qu'imaginée, ou encore une structure interne qui permettrait au magma de circuler rapidement des points de remontée de la chaleur jusqu'aux points d'éruption. La présence d'un océan de magma liquide souterrain pourrait aussi être à l'origine d'autres effets de marée.

Cette dernière hypothèse avait d'ailleurs déjà été évoquée, il y a deux ans, par des planétologues lors de l'analyse des enregistrements fournis par le magnétomètre de la sonde Galileo. Ces enregistrements avaient révélé une composante anormale dans le champ magnétique conjoint de Jupiter et d'Io en interaction, à mettre sans doute sur le compte de courants électriques internes nés au milieu des couches de roches fondues à l'intérieur du satellite. Un océan de magma d'une cinquantaine de kilomètres d'épaisseur, situé entre 30 et 50 km sous la surface, suffirait à expliquer la présence de ces courants électriques, et du même coup le décalage des sites volcaniques de cette lune de Jupiter.

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