SCIENCES FONDAMENTALES

Plongée au coeur des lunes océans

Sciences et AvenirSylvie Rouat
L'observation de geysers géants sur Europe, un satellite de Jupiter, suggère la présence d'un océan interne. D'autres lunes abriteraient aussi de l'eau. Le signe d'une possible vie extraterrestre ?
Les Européens existentils ? Cette question n'est pas que politique, puisqu'elle taraude les spécialistes du système solaire qui se demandent s'il n'y a pas de la vie sur certaines lunes. Et notamment sur Europe, ce satellite de Jupiter, qui pourrait bien devenir la destination la plus fascinante de la prochaine décennie. « Cette lune est la plus proche sur laquelle nous ayons des possibilités de trouver une vie contemporaine », s'enthousiasme Michel Blanc, astronome à l'observatoire Midi-Pyrénées à Toulouse, pour qui la découverte du télescope Hubble, en septembre 2016, est riche de promesses : celui-ci a en effet détecté à la surface du satellite des geysers projetant de l'eau jusqu'à 200 km d'altitude. Une très bonne nouvelle après une quête de près de trente ans, marquée par la découverte par la sonde européenne Galileo, à la fin des années 1990, d'une surface de glace dépourvue de cratères d'impact -- donc jeune -- et zébrée de fractures : autant d'indices qui, pour les scientifiques, trahissaient la présence d'un océan interne craquelant et renouvelant son épaisse banquise. Les geysers en seraient la confirmation. Et s'ils sont si actifs, c'est sans doute en raison des effets de marées de la géante Jupiter et des satellites voisins. À l'ombre de la plus grande planète du système solaire se déploie en effet un phénomène remarquable : Europe, Ganymède et Io mènent une danse orbitale dont les périodes sont inscrites dans une résonance de 1/2/4 (résonance de Laplace). Autrement dit, « lorsque Ganymède fait un tour de Jupiter, Europe en fait exactement deux et Io quatre, poursuit Michel Blanc. Conséquence : les forces gravitationnelles se cumulent permettant aux effets de marée de Jupiter d'exercer un "pompage" sur les trois astres et de les chauffer. »
-220 °C C'est la température qui règne près des pôles d'Europe, celle de la surface équatoriale atteignant -160 °C. Un froid intense qui rend la banquise de la lune dure comme le granit. Un océan de 100 à 300 km de profondeur
Sur Europe, ce phénomène crée des marées de l'ordre de 30 mètres d'amplitude, dont la dissipation chauffe la couche de glace et le manteau interne. Mieux ! cette eau salée baignerait des fonds marins formés de silicates, des minéraux analogues aux planchers océaniques terrestres. C'est là, dans l'obscurité d'un monde sans soleil, que s'exercerait une activité hydrothermale qui, à l'instar de ce que l'on observe près des fumeurs terrestres, pourrait alimenter... de véritables oasis de vie grâce à la chimiosynthèse.
Pour continuer l'enquête, les scientifiques doivent désormais attendre les prochaines missions vers Jupiter. Notamment l'européenne Juice (Jupiter Icy Moon Explorer) qui doit être lancée en 2022 et survolera deux fois Europe, à 400 kilomètres de distance. Ou la mission américaine EMFM (Europa Multiple-Flyby Mission), qui devrait elle aussi partir en 2022 -- si la Nasa obtient son financement -- pour étudier l'« habitabilité » d'Europe à l'aide de caméras d'une résolution de 50 centimètres à 50 mètres et d'un radar capable de sonder ses profondeurs. Alors seulement viendra le temps de savoir si ce monde lointain est... habité !
C'est l'objectif d'une mission d'atterrissage sur Europe actuellement étudiée par la Nasa, dont Michel Blanc propose de faire une mission conjointe ESA-Nasa, baptisée JEM (Joint Europa Mission). Elle sera examinée en 2017, par les deux agences. La situation étant plutôt favorable puisque la découverte de geysers « montre bien qu'il y a des échanges entre l'océan et la surface », souligne Michel Blanc. « Pour multiplier les chances de détecter d'éventuels micro-organismes ou molécules venus des profondeurs, il faudra disposer d'un véhicule en orbite, et d'un autre à la surface. » La Nasa ayant un projet d'atterrisseur baptisé Elsa (Europa Landing Probe for Surface Astrobiology), l'ESA pourrait dès lors fournir l'orbiteur qui assurerait le transport, le relais des télécommunications et la caractérisation géophysique globale d'Europe. Avec un tel dispositif, « s'il y a de la vie à la surface d'Europe, elle sera cernée de toutes parts ! », avance Michel Blanc. À condition cependant... qu'elle ait survécu aux puissantes ceintures de radiations de Jupiter, qui bombardent en permanence la surface d'Europe. Celles-ci annihilent en effet a priori toute vie potentielle, et un humain qui y serait confronté n'aurait lui-même que quelques heures de survie. Mais la vie réussit peut-être à se maintenir à quelques dizaines de centimètres dans la glace. Dans ce cas, des biomolécules pourraient être projetées dans l'espace par les radiations ou dans les geysers, ce qui permettrait à la sonde orbitale de les repérer. Quant à Elsa, posé au sol, il lui reviendrait de creuser la glace, à la recherche de « biosignatures ». Mais il faudra faire vite ! Baignés par des radiations intenses, les deux engins ont une espérance de vie limitée : 35 jours pour l'atterrisseur et environ trois mois pour l'orbiteur.
Sept lunes renfermeraient de l'eauTaille supposée des océans repérés dans le système solaire, par rapport à celles des lunes qui les abritent. En comparaison, la quantité d'eau sur Terre apparaît très faible. Ganymède et Callisto sont riches en glace
Dans le voisinage d'Europe, deux autres lunes semblent, elles aussi, abriter un océan global : Ganymède et Callisto, qui ont une composition initiale semblable à celle d'Europe quoique beaucoup plus riche en glace. « Mais elles sont plus éloignées de Jupiter, explique Pierre Drossart, directeur du Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (Lesia) à l'observatoire de Paris. Cela réduit leur activité tectonique et accroît l'épaisseur de glace masquant l'océan intérieur. » Callisto semble d'ailleurs hors jeu, puisqu'elle n'est en résonance avec aucun corps. Sa surface très cratérisée, vieille de plusieurs milliards d'années, témoigne du peu d'activité géodynamique. Sans source d'énergie, son océan doit être vide.
« Il faudrait disposer d'un engin en orbite et d'un autre à la surface pour pouvoir détecter d'éventuelles traces de vie »Michel Blanc, de l'observatoire Midi-Pyrénées, à Toulouse.
Ganymède, la plus grande lune de Jupiter avec un diamètre de plus de 5000 km, pourrait en revanche posséder le plus vaste océan du système solaire, bien supérieur à tous les océans terrestres. Les travaux de l'équipe de Joachim Saur, de l'université de Cologne (Allemagne), publiés en mars 2015, reposent sur des mesures des aurores de Ganymède réalisées avec le télescope spatial Hubble. Le coeur de Ganymède est en effet constitué d'un noyau de fer, qui agit comme une « dynamo ». Résultat : c'est le seul satellite du système solaire à posséder un champ magnétique et à s'auréoler d'aurores polaires. Jupiter tourne sur elle-même en un peu plus de 10 heures (sa journée), en entraînant son champ magnétique dans sa rotation, qui impose aussi son rythme aux aurores polaires de Ganymède. C'est bien le cas, mais le décalage observé (2 degrés) est inférieur à celui que l'on attendait (6 degrés). Seule explication : la présence, sous la croûte de glace, d'une grande masse d'eau salée, conductrice d'électricité, qui contrarierait et atténuerait le champ magnétique de Jupiter. Selon les modèles, cet océan serait en contact avec le noyau rocheux, soit une configuration intéressante pour l'exobiologie. Mais il serait surmonté de plusieurs couches de glaces de plus en plus denses au sein desquelles les molécules sont disposées de façon plus compacte que sur Terre. Dans les profondeurs aquatiques ganymédiennes se formeraient ainsi des cristaux de glace exotique qui « neigeraient » vers le haut ! La sonde européenne Juice devrait nous dire en 2030, lorsqu'elle se mettra en orbite autour de Ganymède, si ces étrangetés sont susceptibles d'héberger la vie.
PLANÈTE NAINE
Un océan de neige fondue sous Pluton
Située à 5 milliards de kilomètres de la Terre, la planète naine Pluton s'est dévoilée pour la première fois en juillet 2015, lors de son survol par la sonde américaine New Horizons. Celle-ci y a notamment photographié une étrange dépression en forme de coeur, dont une partie se situe toujours à l'exact opposé du plus grand satellite de Pluton, Charon. Pourquoi ? Dans un article publié par Nature le 1er décembre 2016, des chercheurs, menés par Francis Nimmo, de l'université de Californie à Santa Cruz (États-Unis), expliquent ce « verrouillage gravitationnel » par la présence d'un sous-sol très lourd. Autrement dit, un océan de neige fondue, au sein duquel l'ammoniaque servirait d'antigel, pourrait avoir redistribué sa masse et compensé ainsi l'amincissement de la glace en surface.
Panaches de vapeur sur Encelade Au-delà de Jupiter, Saturne, la géante gazeuse aux anneaux, abrite aussi trois lunes prometteuses en matière de vie extraterrestre : Dioné, Encelade et Titan. L'océan de Dioné, récemment mis en évidence par des mesures gravimétriques analysées par les astronomes de l'Observatoire royal de Belgique, semble en contact avec les roches du noyau, grouillant peut-être d'une vie aquatique inimaginable. Mais enfoui sous une croûte d'au moins 100 km d'épaisseur, il va demeurer pour longtemps inviolable.
En revanche, Encelade a grandement surpris les scientifiques lorsque la sonde américaine Cassini a capté le spectacle de 101 geysers soufflant, depuis des failles du pôle sud, des panaches de vapeur et de paillettes de glaces à des centaines de kilomètres au-dessus de sa surface de neige fraîche. La Nasa a d'ailleurs annoncé, en 2015, que son océan recouvrait l'ensemble de la lune sous cette fine croûte de glace. Selon Gabriel Tobie, de l'université de Nantes, il serait possible que des cheminées hydrothermales alcalines le réchauffent, permettant peut-être la naissance d'organismes vivants...
Quant à Titan, seule lune à posséder une atmosphère, elle s'est révélée à la faveur de la mission américano-européenne CassiniHuygens. « Moins d'un an avant la fin de la mission qui aura lieu le 15 septembre prochain, l'imagerie de la surface a mis en évidence un monde glacé présentant beaucoup d'analogies avec notre planète, avec des lits de rivière, des mers et des centaines de lacs, des montagnes et des processus d'érosion analogues à ceux connus sur terre, constate François Raulin, exobiologiste, professeur à l'université de Paris-Est-Créteil. Ces lacs et mers faits de méthane liquide, avec très probablement de nombreux autres composés organiques, ont des centaines de mètres de profondeur et couvrent des centaines de milliers de kilomètres carrés. »
LUNES DE JUPITER
De l'eau sous la surface
Une possible existence d'océan souterrain sur Titan Au fil des saisons, les lacs de Titan s'évaporent, puis se remplissent lors d'intenses pluies de méthane. Certains indices -- notamment la présence d'ondes radio à très basse fréquence dans son atmosphère -- suggèrent aussi l'existence d'un océan souterrain d'eau salée et d'ammoniaque... Titan offre ainsi « un environnement très riche en composés organiques, en phases solide et liquide, sans compter la présence inattendue de composés organiques de haut poids moléculaire dans sa haute atmosphère », remarque François Raulin. Soit autant d'ingrédients nécessaires à la vie.
Au final, où a-t-on le plus de chance de rencontrer un jour des extraterrestres ? « Tout ce que l'on sait dire scientifiquement, souligne Pierre Drossart, c'est que la vie nécessite au minimum de l'eau -- donc un océan --, de l'énergie, des composés carbonés complexes -- on en a détecté certains dans les geysers d'Encelade. Au-delà, comme on ne connaît ni les conditions précises d'apparition de la vie, ni la structure exacte de ces objets, on entre dans la pure spéculation. »@srouat1
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Sources
Challenges
Courrier international
EL PAÍS
L'Humanité
La Croix
La Vanguardia
Le Figaro
Le Monde
Le Parisien
Les Echos
Libération
NY Daily News
Sciences et Avenir