Pourquoi vous ne surferez jamais sur Titan

Vue d'artiste d'une mer sur Titan. Crédit : DR
Le plus gros satellite de Saturne est le seul corps céleste à posséder comme la Terre des étendues liquides en surface. Mais pourquoi ses mers d’éthane et de méthane ne sont-elles pas agitées de vagues ? Deux chercheurs français proposent une explication surprenante.

Vous êtes sur la rive de Kraken Mare, la « mer du Kraken », la plus grande étendue liquide de Titan. Devant vous, la courbe de l’horizon se perd dans une brume orange. À peine distinguez-vous une île, orangée elle aussi, sur la mer sombre. Vous sentez que le vent exerce une douce pression sur votre scaphandre. Vous devez faire un léger effort pour y résister et c’est une sensation nouvelle, que seule peut procurer la combinaison d’une faible gravité, un peu inférieure à celle de la Lune, et d’une atmosphère dense comme celle du gros satellite de Saturne. Tout est parfaitement extraterrestre dans ce paysage gelé à –180°C. Mais quelque chose vous étonne particulièrement : malgré la brise qui emporte le sable autour de vous, il n’y a pas la moindre vague sur cette mer immense…

« C’est l’un des résultats de la sonde Cassini : les mers de Titan sont remarquablement lisses, ses vagues font au mieux quelques millimètres ! » précise Daniel Cordier, du Groupe de spectrométrie moléculaire et atmosphérique de l’université de Reims Champagne-Ardenne. L’astrophysicien a suivi de près l’évolution du satellite au cours de ses treize années d’observation par Cassini. « Nous pensions qu’avec le changement de saison sur Titan, compte tenu du vent qui devait se lever dans la région polaire où se situent ses mers, nous verrions des vagues avant la fin de la mission. Mais non, rien. » Sur les données radar, les mers apparaissent parfaitement sombres. Autrement dit, elles sont lisses comme des étangs, alors qu’à l’échelle du satellite certaines sont plus grandes que la Méditerranée !

Kraken Mare vu au radar. Crédit : Nasa

Avec sa collègue Nathalie Carrasco, du Latmos, le chercheur vient de proposer une explication à cette étonnante absence de vagues. Ces mers ne sont pas de vastes patinoires, comme on pourrait l’imaginer au vu de la température qui règne sur place. Non, car elles sont composées d’hydrocarbures — éthane et méthane en tête — dont la température de congélation est extrêmement basse (le glycol, à base d’éthane, est d’ailleurs utilisé sur Terre comme antigel). Elles doivent leur absence de vagues à un film moléculaire qui les recouvrent. Une nappe huileuse qui amortit considérablement la moindre onde qui pourrait s’y former.

« On sait depuis l’Antiquité qu’une nappe d’huile sur la mer atténue les vagues », reprend Daniel Cordier. Aristote le notait déjà au IVe siècle avant notre ère et on peut constater le phénomène, hélas, à l’occasion des marées noires. « Les spécialistes de l’observation radar de la Terre remarquent aussi qu’à certaines saisons, la corrélation entre la vitesse du vent et la hauteur des vagues se modifie, à cause de l’activité des organismes dans l’océan, qui crée des biofilms en surface », ajoute le chercheur. On peut donc envisager cette hypothèse pour Titan, à ceci près qu’on n’y trouve pas de puits de pétrole… et encore moins du plancton. « Nathalie et moi pensons que le film qui se forme sur les mers de Titan provient de l’accumulation de dépôts atmosphériques », explique Daniel Cordier. Comme en témoignent ses brumes perpétuelles, l’atmosphère de Titan est en effet une véritable usine à poussières. Ses aérosols ne sont pas faits de silice, de sels ou de cendre comme sur Terre, mais de molécules organiques agrégées qui peuvent s’accumuler sur le sol, ou donc sur les mers. Sur Titan comme sur Terre, il pleut et il neige…

Le Soleil se reflète dans l'infrarouge sur les mers de Titan. Crédit : Nasa

Dans leur étude théorique, Daniel Cordier et Nathalie Carrasco identifient trois types de substances qui, sur le satellite de Saturne, sont susceptibles de tomber du ciel. Le premier rassemble les aérosols proprement dits : des agrégats de molécules organiques qui forment de petites particules soit sèches, soit enveloppées dans des gouttes liquides (et qui pourraient alors former des averses). Second type : les molécules organiques cristallisées, autrement dit l’équivalent de nos flocons de neige (mais il s’agit là de neiges d’acide cyanhydrique ou d’acétylène !). Quant au troisième type étudié, il s’agit des molécules organiques géantes qui sont synthétisées dans la haute atmosphère. Compte tenu de la densité de ces espèces comparée à celle du liquide d’éthane et de méthane, « la majorité des aérosols et des flocons de neige exotiques doivent couler au fond des mers d’hydrocarbures », expliquent les chercheurs. Mais grâce aux forces de capillarité, celles-là mêmes qui permettent aux punaises d’eau de marcher sur les mares, certaines grosses molécules organiques doivent flotter. Tous calculs faits, Daniel Cordier et Nathalie Carrasco montrent que — pour des hydrocarbures liquides, plus denses et moins visqueux que l'eau, et dans l’environnement de Titan où la gravité est plus faible sur Terre  — le mince film moléculaire qu’elles produisent amortit considérablement les petites ondes à la surface des mers. Ces ondes ne peuvent alors grossir en vagues…

« Cette explication n’entre pas en contradiction avec l’existence des îles magiques », précise Daniel Cordier. Sous ce terme féerique se cache l’étonnante apparition, repérée en 2014 dans les cartes radar, de surfaces brillantes transitoires dans certaines mers de Titan. Elles sont appelées « îles » car, vues au radar, ces zones sont identiques aux îles véritables ou à la terre ferme. Mais c’est en fait qu’elles possèdent la même rugosité. Ce qui signifie que, parfois, certaines portions des mers de Titan semblent s’agiter ! « En 2017, reprend le chercheur, j’avais proposé un mécanisme pour expliquer ces îles magiques : elles pourraient être liées à l’apparition de bulles d’azote venues du fond des mers [écoutez ci-dessous le podcast enregistré à l’époque, NDLR]. Ce mécanisme tient toujours : bien que les marées, la pluie et le vent n’aient sans doute pas la force nécessaire pour briser la nappe moléculaire qui recouvre la mer de Titan, ces bulles pourraient la percer, voire créer de la mousse — ce qui rendrait soudainement ces zones très brillantes au radar. »

Entre 2007 et 2015, des structures rugueuses sont apparues puis on disparu sur Kraken Mare. Ces "îles magiques" ne sont probablement
pas des îles solides, mais la manifestation d'une agitation de la surface liquide. Due à des bulles ? Crédit : Nasa

L’hypothèse de Daniel Cordier et Nathalie Carrasco est élégante, elle fonctionne sur le papier, mais il reste à la confronter à la réalité. Or justement, la Nasa vient de décider de l’envoi en 2026 d’un atterrisseur sur Titan… « La sélection de Dragonfly est une excellente nouvelle ! » se réjouit Daniel Cordier. Bien sûr, le drone américain n’ira pas directement explorer les régions polaires où se regroupent les mers de Titan. Nous n’aurons donc pas de photo de ses plages avant longtemps ! « Mais pendant son survol des régions tropicales où se trouvent les champs de dunes, sans doute formées par des aérosols organiques, Dragonfly devrait découvrir ce qui tombe vraiment du ciel », reprend l’astrophysicien. En espérant que son hypothèse sera validée, Daniel Cordier songe déjà à des mondes encore plus exotiques : « Et s’il existait des planètes-océans sans vagues, des planètes-miroirs… ? »

 

Note : En complément de cet article, retrouvez ci-dessous notre podcast de juin 2017 consacré à l’origine des îles magiques de Titan.

 

 

 

 

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