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Tout d’abord, qu’est ce que ce que le cryovolcanisme ? C’est, comme son nom l’indique, une forme particulière de volcanisme que l’on rencontre sur les corps ne possédant leur chaleur initiale accumulée lors de leur accrétion. Les éruptions sont constituées d’eau ou autre phases liquide ou gazeuse (azote, ammoniac, méthane…) et de projections de fragments solides (glace, roches en fusion…). Il a été observé pour la première fois sur Triton, l’un des satellites de Neptune : des panaches d’azote y ont été découverts par la sonde Voyager 2. Ce type de volcanisme a depuis été mis en évidence sur Titan, Europe et Encelade. Actuellement, on pense que ce sont les effets de marée qui sont à l’origine du cryovolcanisme. En effet, ceux-ci entraînent un réchauffement des roches ainsi que des poches d’eau situées sous la surface des astres. L’eau remonte ensuite vers la surface via un réseau de canaux puis est projetée soit sous forme de vapeur soit sous forme de glace dans l’atmosphère Il est difficile d’en faire une présentation dans le cas général étant donné que ce type de volcanisme est encore bien méconnu, nous allons donc l’étudier à travers ses manifestations sur différents astres.

I. Une première approche, Encelade

A. Présentation d'Encelade et du phénomène qui a permis de s'intéresser au cryovolcanisme :

Photographie d'Encelade par Cassini

 

Encelade est un satellite naturel appartenant à l’anneau E (le plus externe) de Saturne, il mesure environ 500 km de diamètre. Sa surface est constituée de différents types de terrains : certains fortement cratérisés, d’autres ne présentant pas le moindre cratère d’impact. On peut observer des déformations diverses allant des déformations ductiles aux déformations cassantes.
C’est aussi l’astre présentant le plus fort albédo du système solaire car il est recouvert de glace.
Il a tout d’abord été étudiée par les sondes Voyager 1 et 2 qui ont permis d’obtenir les premiers clichés de la surface, puis avec bien plus de détails et de précision par la sonde Cassini lancée le 30 juin 2004. On s’est alors aperçu que la surface d’Encelade était particulièrement jeune et active !
C’est d’ailleurs Cassini qui a permis d’observer pour la première fois, en 2008, un phénomène très particulier : les empreintes aurorales laissées par Encelade sur le pôle Nord de sa planète. En effet, une tache d’environ 1200 km de diamètre, se déplaçant au même rythme qu’Encelade autour de Saturne, a été repérée :

Empreinte aurorale sur Saturne

 

Ce type d’aurore survient lorsque des particules chargées entrent en contact avec les atomes de l’atmosphère d’une planète en suivant les lignes du champ magnétique. Leur désexcitation donne lieu à une émission de lumière dans une région centrée sur le pôle magnétique de l’astre.
L’analyseur de plasma de la sonde Cassini a de plus détecté un flux d’électrons et d’ions allant d’Encelade à Saturne. Mais quelle est l’origine de ce flux ?

Actuellement, on pense que c’est le cryovolcanisme qui en est à l’origine. En effet, la matière éjectée par les cryovolcans formerait un réservoir de particules autour du satellite. Celles-ci, excitées par le vent solaire seraient captées par la magnétosphère de Saturne puis attirées vers ses pôles. C’est à ce moment là qu’on aurait l’interaction atomes de l’atmosphère de Saturne/particules éjectées par le cryovolcanisme d’Encelade qui donne lieux a ces empreintes aurorales. Mais comment fonctionne ce type très particulier de volcanisme ?

 

B. Manifestations et mécanisme proposé sur Encelade :

 

Pôle Sud d'Encelade vu par Cassini

La sonde Cassini a pu observer la présence de nombreux « geysers » au niveau du pôle Sud d’Encelade. Ils peuvent éjecter jusqu’à 300kg d’eau à des altitudes bien supérieures au diamètre d’Encelade  la plupart de ces particules retombent sur la surface, ce qui lui donne son aspect si blanc et un fraction d’entres elle va alimenter l’anneau E et pourra potentiellement donner lieu à des aurores
Le 11 août 2008, elle a pu approcher à 55km de la surface d’Encelade et a même pu passer à travers ces geysers. Son spectromètre de masse y a décelé une grande quantité d’eau mais aussi de diazote, de dioxyde de carbone, de méthane et d’ammoniac. Son CDA (analyseur de poussières) y a notamment détecté des micro cristaux de givre.
Mais quelle est l’origine de ces geysers et du matériel qu’ils expulsent ?

 

Le cryovolcanisme serait dû aux énormes effets de marées provoqués par la présence de Saturne. Les roches présentes dans le sous sol d’Encelade seraient échauffées par ces effets, ce qui conduirait au réchauffement des poches d’eau souterraines. L’eau passée à l’état liquide s’infiltrerait alors dans le sol pour remonter vers la surface et serait ensuite projetée sous forme de vapeur et de glace dans l’ « atmosphère » selon le principe exposé ce dessous :

Mécanisme proposé pour expliquer le cryovolcanisme sur Encelade

L’hypothèse d’un océan sous marin a aussi été émise pour expliquer ce phénomène, c’est en tous cas l’une des explications proposées pour expliquer le cryovolcanisme sur une autre satellite de Saturne : Titan.

II. Dans la série des satellites de Saturne, on enchaîne avec... Titan!

A. Présentation du satellite :

Titan, par Cassini

Titan est, lui aussi, un satellite de Saturne, celui de plus grand diamètre (5151 km).
Il est principalement composé, comme Encelade, de glace et de roches. Son atmosphère est dense et est majoritairement composée d’azote, mais on y trouve aussi du méthane et de l’éthane. Sa surface est relativement jeune (peu de cratères) et on trouve des lacs d’hydrocarbures aux pôles.

Lacs d'hydrocarbures sur Titan

B. Manifestation du cryovolcanisme et mécanisme proposé :

On a émis l’hypothèse de la présence de cryovolcanisme suite à l’observation de coulées de glace semblables aux épanchements de lave observables sur Terre. Les manifestations de ce phénomène sont semblables à celles sur Encelade dans le sens où les mêmes produits sont éjectés (Glace d’eau, ammoniac, méthane) et contribueraient à l’entretient de l’atmosphère du satellite.

Epanchement supposés de glace, Titan

 

Le mécanisme invoqué pour expliquer le phénomène sur Titan est cependant différent de celui sur Encelade. Il serait plutôt dû à un océan de méthane sous la surface du satellite, ce qui pourrait expliquer l’apport continuel de méthane dans l’atmosphère. La pression nécéssaire à la génération d’éruptions cryovolcanique proviendrait de la couche de glace surplombant l’océan de méthane interne. Le système, instable, donnerait alors lieu à la remonté du méthane, et à l’éjection de glace mélée à du méthane et à d’autres hydrocarbures.

Ci-dessous, l’évolution d’un épanchement d’éjectas cryovolcaniques supposés sur Titan, images prises par la sonde Cassini :

Zones d'activité sur Titan

Vidéo : épanchements supposés au niveau de la zone 2 :

 

III. Pour finir, premières recherches concernant le cryovolcanisme sur un satellite de Jupiter : Europe.

Europe

Ce satellite de Jupiter possède un diamètre de 3121 km, il présente une surface très lisse, recouverte de glace d’eau c’est pourquoi il a un albédo très important. La plupart des informations détenues sur Europe proviennent des données obtenues par Galileo et Voyager .
La température à sa surface est de -150°C. Son atmosphère, très peu dense, est principalement constituée d’O2.  Des geysers ont été observés à sa surface et on suppose l’existence d’un océan interne de près de 90km de profondeur.
Les forces de marée exercées par Jupiter sur son satellite sont très importantes, cela aurait-il un lien avec le cryovolcanisme ?

Conclusion :

Les recherches concernant le cryovolcanisme sur Europe sont encore très peu avancées, son mécanisme encore plus méconnu que pour les deux satellites étudiés précédemment. De manière générale, on peut noter que ce type particulier de volcanisme présente sur les différents astres étudiés le même type d’éjectas, il semble se manifester sur les satellites de glace mais son mécanisme est encore difficile à expliciter : sur Encelade, on propose les forces de marées comme initiatrices des éruptions, sur Titan on propose un océan interne recouvert de glace, sur Europe on suppose à la fois la présence d’un océan interne et de forces de marées importantes. Seules les prochaines missions et la poursuite de celles en cours pourront nous permettre de déterminer quel est le réel mécanisme du cryovolcanisme et de tenter de cerner de manière plus précise ce phénomène.

16/06/2014 14:45 | Comments (1)

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Anonyme a écrit :
17/06/2014 10:48
L'eau liquide étant plus dense que la glace, comment expliquer qu'elle soit éjectée sous forme de geysers ?

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