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D’où vient le “sable” de Titan, la lune de Saturne ?

Image de la surface de Titan / ESA/NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona

Les treize années passées dans le système de Saturne ont permis à la sonde Cassini de recueillir des données sur l’atmosphère, la surface, ou les lacs méthaniques de Titan. Nous savons également que la lune présente des « dunes de sable », qui semblent être de nature organique. Mais les origines de ces formations restent mystérieuses.

Pour tenter de répondre à ces questions, des chercheurs de l’Université John Hopkins (JHU, États-Unis) et de la société de recherche Nanomechanics ont récemment analysé les dunes de la lune. Ces dernières ont été repérées par les instruments radar de Cassini, dans la région de Shangri-La, près de l’équateur. Les images obtenues par la sonde ont en effet montré de longues traînées sombres et linéaires, qui ressemblaient à des dunes balayées par le vent similaires à celles trouvées sur Terre. Depuis leur découverte, les scientifiques ont théorisé qu’elles pouvaient être constituées de grains d’hydrocarbures déposés à la surface depuis l’atmosphère de Titan. Mais d’où viennent-ils, ces gains ?

« Nous ne sommes pas sûrs de la façon dont les sables Titan sont formés, explique Xinting Yu, principal auteur de l’étude publiée sur arXiv. Les matériaux de Titan sont complètement différents de ceux sur Terre. Sur notre planète, les matériaux dunaires sont principalement des fragments de sable silicate altérés par les roches silicatées. Alors que sur Titan, les matériaux dunaires sont des composés organiques complexes formés par la photochimie dans l’atmosphère, tombant au sol. Des études montrent que les particules de dunes sont assez grosses (au moins 100 microns), poursuit-il, alors que les particules organiques formées par photochimie sont encore assez petites près de la surface (seulement environ 1 micron). Nous ne savons donc pas comment les petites particules organiques sont transformées en grosses particules de dunes de sable (vous avez besoin d’un million de petites particules organiques pour former une seule particule de sable). »

Les dunes sur Titan (en haut) qui ressemblent aux dunes de sable namibiennes sur Terre (en bas). Crédits : NASA

Ensuite, « nous ne savons pas non plus où les particules organiques dans l’atmosphère sont traitées pour devenir plus grosses pour former les particules dunaires. Certains pensent néanmoins qu’ils pourraient se former dans les liquides de Titan (méthane et éthane), qui sont actuellement situés uniquement dans les régions polaires ». Pour le savoir, les chercheurs ont mené une série d’expériences pour simuler des matériaux transportés sur des corps terrestres et glacés. Pour simuler les types de matériaux trouvés sur Titan, ils ont utilisé des tholines produites en laboratoire – des molécules de méthane soumises à un rayonnement UV. Ces composés ont ensuite été placés dans une soufflerie pour déterminer leur mobilité et voir s’ils pouvaient être distribués sur de grandes distances.

« Si les matériaux dunaires sont traités par des liquides qui sont situés dans les régions polaires de Titan, ils doivent être suffisamment solides pour être transportés des pôles aux régions équatoriales de Titan, où se trouvent la plupart des dunes », note le chercheur. Selon cette expérience, il semblerait que les molécules organiques trouvées sur Titan sont beaucoup plus molles et plus fragiles que les sables les plus doux sur Terre. Autrement dit, les tholines produites ne semblaient pas avoir la force de parcourir l’immense distance – plus de 2000 km – qui sépare les lacs méthaniques septentrionaux de Titan des régions équatoriales. Les particules seraient broyées en poussière avant d’atteindre l’équateur. Les chercheurs concluent que les sables organiques sur Titan sont donc probablement formés près d’où ils sont situés.

Ces résultats nous aident non seulement à comprendre l’origine des dunes et des sables de cette lune, mais ils fournissent également des informations cruciales pour de futures missions sur Titan.

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