L'origine du méthane dans l'atmosphère de Titan

La sonde Cassini et l'atterrisseur Huygens ont montré que le méthane joue un rôle important sur Titan, satellite de Saturne. D'un point de vue météorologique, il est l'équivalent à l'eau sur la Terre. Comme Cassini et Huygens n'ont pas détecté de mers d'hydrocarbures à sa surface, les chercheurs s'interrogent sur la provenance et l'histoire de ce gaz.


Une étude en collaboration entre le Laboratoire de Planétologie et Géodynamique à Nantes (UMR CNRS, Université de Nantes) et l'Université d'Arizona a permis de proposer un modèle expliquant la libération de méthane dans l'atmosphère de Titan en trois étapes:

- Dans un premier temps, au coeur de Titan, un noyau de silicate se forme avec au-dessus un océan d'eau et d'ammoniac recouvert d'une couche de clathrate (1) , cristal de glace emprisonnant du méthane. Une première partie du méthane est libérée dans l'atmosphère juste après la formation du noyau rocheux.
- Un second épisode de dégazage se produit quand le noyau est suffisamment chaud pour initier une convection thermique. La couche externe de clathrate s'amincit à chacun de ces épisodes.
- Enfin, le satellite subit un refroidissement global et une cristallisation de son océan interne accompagnée de mouvements convectifs dans la croûte de glace. Les anomalies thermiques ainsi créées déstabilisent les clathrates restants qui se dissocient et libèrent le méthane.

A chacun des épisodes se produisant à un intervalle de 2 milliards d'années et durant quelques centaines de millions d'années, le méthane libéré des clathrates peut s'échapper par les failles de la croûte de Titan et être injecté dans l'atmosphère par cryo-volcanisme.

Les futurs survols de Titan par la sonde Cassini devrait, si cette hypothèse est exacte, observer des édifices cryo- volcaniques et, avec de la chance, détecter des éruptions de méthane. Ce travail est publié dans la revue Nature du 2 mars 2006.

(1) Le clathrate est un cristal constitué de molécules d'eau qui emprisonnent des molécules plus gazeuses comme le méthane. Stable à haute pression, il se décompose à basse pression en libérant les molécules qu'il a emprisonnées.

Légende de l'illustration:
Evolution de la structure interne de Titan depuis l'accrétion, il y a 4,55 milliards d'années, jusqu'à nos jours. Cette évolution est caractérisée par différents événements majeurs (formation du noyau rocheux, convection dans le noyau, convection dans la croûte glacée) qui contrôlent le dégazage du méthane dans l'atmosphère. Le schéma du haut représente tout particulièrement l'évolution des couches externes, à savoir l'océan d'eau liquide enrichi en ammoniaque et la croûte glacée, composée de clathrate de méthane et de glace d'eau, et indique les périodes où un dégazage se produit.