Structure et évolution de l'intérieur de Titan - GABRIEL TOBIE

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Structure et évolution de l'intérieur de Titan - GABRIEL TOBIE
Structure et évolution de
               l’intérieur de Titan

GABRIEL TOBIE
Structure et évolution de l'intérieur de Titan - GABRIEL TOBIE
Pourquoi s’intéresse-t’on à l’interieur de Titan ?

                          Titan:
                          - plus gros satellite de Saturne
                          - seul satellite ayant une atmosphère
                             massive (Psurf=1.5 bar, 2 x atm. Terre)

             ?

Véritable « usine chimique »
  Destruction irréversible
 du méthane (~10-100 Ma)
  Réservoir de méthane ?
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Vision de Titan avant Cassini-Huygens

                            Cycle du méthane

                            Équilibre atmosphérique
                            maintenu par des océans
                            d’hydrocarbures liquides
                            à la surface

                      Schéma réalisé par Dominic Fortes,
                      d’après Lunine et al. 1983.

                      http://www.es.ucl.ac.uk/research/planetary/
                      undergraduate/dom/weathering_titan/eos1.jpg
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Les révélations de Cassini-Huygens

• premier survol de Titan par Cassini        pas de réservoirs liquides
         le 26 octobre 2004                    apparents en surface
                                             •« attitanissage » de Huygens
                                                     le 14 janvier 2005

          Mosaïque d’images VIMS
          obtenues après 8 survols
    (C. Sotin, S. Rodriguez, S. Le Mouelic
               et l’équipe VIMS)
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La diversité géologique de Titan

DISR Réseaux fluviatiles, zone côtière                                               VIMS

                                                                                     Sotin et al. Nature 2005

                                                                           Volcans         Radar
                    Tomasko et al. Nature 2005
                                                                           de glace

 Radar        Dunes et rides

                                                                                      Lopes et al. LPSC 2005

                                                 http://photojournal.jpl.nasa.gov/
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Contraintes sur l’origine de l’atmosphère
Analyses in situ par le GCMS (Huygens)              Piégeage des éléments volatils dans
                                                la nébuleuse solaire à proximité de Saturne

                                                                                             Ordre de piégeage des éléments volatils
           Niemann et al. Nature 2005

• NH3: source de l’azote atmosphérique N2
• CH4 et N2 ont suivi une histoire différente
• 40Ar: dégazage interne                                               Hersant et al. 2006
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Origine de l’atmosphère, source du méthane ?

                              • Pas de réservoirs liquides
                                apparents en surface

          ?                   • Origine interne?

                                    -stocké dans le sous-sol
                                     sous forme liquide

                                    -plus en profondeur
                                     sous forme de clathrates
1 - Structure interne de Titan ?
2 - Profondeur du réservoir ?
3 - Mécanisme de dégazage ?
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Données sur l’intérieur

                        Rayon: 2575 km
?                     (plus grand que Mercure)

                       Masse: 1.345 1023 kg
                      (1/45 masse de la Terre)
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Plan de l’exposé

    1- Détermination de la structure et
     de la composition de l’intérieur

       2- Évaluation des sources d’énergie
            et du transfert thermique

    3- Évolution passée de l’intérieur, lien
   avec la surface, l’atmosphère et l’orbite.
Structure et évolution de l'intérieur de Titan - GABRIEL TOBIE
Plan de l’exposé

    1- Détermination de la structure et
     de la composition de l’intérieur

       2- Évaluation des sources d’énergie
            et du transfert thermique

    3- Évolution passée de l’intérieur, lien
   avec la surface, l’atmosphère et l’orbite.
1.1 – Densité moyenne et fraction massique en silicate

                          Densité moyenne : 1881 kg.m-3

Æ Densité type des silicates: 3000-4000 kg.m-3

Æ Un second matériau peu dense est nécessaire :
       - H2O: élément condensé le plus abondant dans
                             le système solaire externe

        - Densité de la glace et de l’eau:
                glace basse-pression (P207 MPa):            1150-1500 kg.m-3

Selon la densité des silicates et de la phase H2O (dependant principalement
de la structure interne), la fraction massique en silicate varie entre 0.5 et 0.7.
1.2 – Mesure du potentiel gravitationnel et du moment d’inertie

  Potentiel gravitationnel en un point P(r) induit par une distribution de masse
  dans un volume V:

                                        G: constante gravitationnelle universelle

Décomposition en polynôme de Legendre pour un point P(r) en dehors du volume V:

              φ: longitude, λ: latitude, a= rayon équatorial moyen

Les coefficients du potentiel se décomposent en un terme statique (séculaire) et
un terme dynamique.
                                                Statique Æ sensible à la distribution
                                                de masse dans l’intérieur

                                                DynamiqueÆ sensible aux mouvements
                                                de masse interne et de changement de
                                                forme du satellite.
1.2.1 – Lien entre le potentiel et le moment d’inertie
                                                          z
Définition du moment d’inertie :                              C

Axes principaux du moment d’inertie:
                                                                          x
                                                                         A

                                              y
                                                  B

                                             Coefficient quadrupolaires du
                                             potentiel gravitationnel et axes
                                             principaux du moment d’inertie
1.2.2 – Sens physique des coefficients C20 et C22 pour un satellite en
              rotation synchrone autour d’une planète

                                      as: accélération centrifuge de spin
                                      ao: accélération centrifuge orbitale
                                      ag: accélération gravitationnelle exercée par
                                          la planète centrale
                                      am : accélération de marée résultant de |ag-ao|
                      ao   as
                                ag
                                am
         ao           Φ
              +
                                     DSP

                                                              Planète

          Satellite
1.2.2 – Sens physique des coefficients C20 et C22 pour un satellite en
               rotation synchrone autour d’une planète

                                         as: accélération centrifuge de spin
                                         ao: accélération centrifuge orbitale
                                         ag: accélération gravitationnelle exercée par
                                             la planète centrale
                                         am : accélération de marée résultant de |ag-ao|
                         ao   as
                                   ag
                                   am
           ao            Φ
                 +
                                        DSP

                                                                 Planète

             Satellite
am et as ne sont pas constants sur tout le satellite Æ distorsion du satellite
Aplatissement du satellite + allongement dans le direction satellite-planète
Æ Redistribution des masses et changement de forme de la surface
1.2.2 – Sens physique des coefficients C20 et C22 pour un satellite en
              rotation synchrone autour d’une planète

        Aplatissement                            Allongement
                                           selon l’axe Titan-Saturne

                                                       x

        Vue de coté                              Vue de dessus
1.3 – Relation entre les coefficients C20 et C22 et les paramètres de
                       structure interne du satellite

  Équilibre hydrostatique :

                                                 m

  Um: potentiel total de marée = potentiel extérieur (rotation + attraction planète)
                                    + potentiel induit par la redistribution de masse.

      Um= (1+ k2s) Ue Æ k2s: nombre de love séculaire (k2s=Ui/Ue)

Relation entre C2i et k2s pour un
                                              Relation entre C/Ma2 et k2s:
satellite en rotation synchrone:

                                                Équation de Radau-Darwin
                                              (Valable uniquement pour un intérieur
                                                proche de l’équilibre hydrostatique)
1.2.3 – Cas d’un satellite sur une orbite excentrique synchrone

   Excentricité orbitale: ecc ~3% (Titan), ~ 1% (Europe), ~0.15% (Ganymède)

Variation périodique du potentiel gravitationnel

                                             e

                                             e           Tension/Compression
                                                         + mouvements fluides

k2d: nombre de love dynamique
Æ réponse périodique du corps au potentiel excitateur de marée
1.2.4 – Mesure du potentiel gravitationnel par orbitographie

« Radio tracking » de la sonde
   lors du survol du satellite

                                         DEEP SPACE NETWORK

                 Décalage doppler Æ mesure de la vitesse radiale de la sonde
                                    par rapport à la Terre

                Variation de la vitesse radiale       Coefficients du potentiel
                                                Æ
              + éphémérides précis du système         (monopôle + quadripôle)

                                             Moment d’inertie
                                                C/Ma2
1.3 – Données sur les satellites de glace
     orbitographie                                imagerie

                                                  2
                     Densité   Rayon (km)   C/MR        e      Prot (jour)

    IO                3.528      1822       0.377     0.004      1.77
J
U
    EUROPA            2.97       1565       0.347     0.010      3.55
P
I
T   GANYMEDE          1.94       2634       0.311     0.0015     7.15
E
R
    CALLISTO          1.851      2403       0.358     0.007      16.70
S
A
T
U   TITAN             1.881      2575         ?       0.029      15.95
R
N
E
1.4 – Contraintes expérimentales
Liquidus dans le système
        NH3-H2O

                   Glace I                    Diagramme de phase:
                                              Effect de l’ammoniaque
        Glace I

       Glace VI

Expérimentation HP/BT: : Grasset and Pargamin (2005), Choukroun et al. (2006)
1.5 – Contraintes expérimentales

                                                     Densité des différents matériaux

                                1 / K 0'
                    K P '
                            
ρ = ρ 0 (T0 , P0 ) ×    + 1
                         0

                     K0    
1.6 – Construction de modèles de structure interne

                                  Intégration de la masse, du moment
                                  d’inertie, de la gravite et de la pression

Glace I

             Océan

                     Glace HP

          Silicate

             Fer
                                  + équation d’état et diagramme de phase
                                                                              1 / K 0'
                                                                  K P '
                                                                          
                                              ρ = ρ 0 (T0 , P0 ) ×    + 1
                                                                       0

                                                                   K0    
  Solution non-unique !
1.6 – Cas de Ganymède: modèle à 3 couches

 Sohl et al., Implications of Galileo observations for the interior
structure and chemistry of the Galilean satellites , Icarus (2002)
1.6 – Cas de Ganymède: modèle plus réaliste

 Sohl et al., Implications of Galileo observations for the interior
structure and chemistry of the Galilean satellites , Icarus (2002)
1.6 – Modèles les plus plausibles pour les 4 Galiléens

Couche d’eau liquide salée suggérée par les données magnétiques Galileo
1.6 – Et Titan ??

              Callisto                    Titan         Ganymede

Rayon:         2403 km                  2575 km           2634 km
Densité:     1851 kg .m-3             1881 kg .m-3      1940 kg .m-3
MoI:            0.358                      ?               0.311

           MoI f.=0.4 : sphère homogène
1.6 – Et Titan ??

         Callisto                   Titan               Ganymede

                                    ?
Partiellement différencié                         Totalement différencié

                      Eau liquide                  Fer
                      Glace                        Silicate

  Couche d’eau liquide salée suggérée par les données magnétiques Galileo
1.7 – Autres types d’observations: méthode passive

Variation périodique
•du potentiel gravitationnel Æ         gravimétrie
•de la forme                 Æ         altimétrie
•du champ de contrainte Æ              sismologie

Instruments:        radio tracking
                    altimètre laser ou radar                        Variation du potentiel
                    sismomètre à la surface

Interprétation:     - amplitude Æ liquide ou non
                     - déphasageÆ état thermique
- séisme + variation latérale de champ de gravité
                                Æ épaisseur de la couche de glace          Ex: Europe
1.7 – Objectifs pour les futures missions

• altimetry: vertical resolution ~ 0.1m                                 Theoretical values
             horizontal resolution ~ 100 m                               no ocean       ocean
                                                               Europa:       0.1         30 m
       Radar: 0.1 m                                            Ganymede: 0.5               7m
                                                               Callisto:    0.3            5m
       Laser: ex MOLA aboard MGS ~0.3-2 m                       Moore & Schubert (2000, 2003); Tobie 2003

• gravimetry: δU/U0 ~ 10-6, δg at 100 km ~ 0.1mgal (10-6 m.s-2)
           (Galileo: 30.10-6)
    Temporal variation induced by the tide-raising potential
     (Castillo et al. 2000, Moore & Schubert 2000,2003)
     Spatial variation induced by lateral variations of the ice shell thickness
     (Tobie et al. 2003)

 • penetrating radar:                                     • seismometer:
  maximum loss: ~50 dB :                                  Possible discrimination of ice shells varying
  maximum depth of the ice/ocean interface                from 5 to 20 km in thickness,
  ~10km (Chyba et al. 1998)                               even with only one lunar-type seismometer
                                                           (Kovach and Chyba 2002)

 • magnetometer:
  problem of inversion, but possible detection of tidal currents           (G. Mitri, personal communication)
Plan de l’exposé

    1- Détermination de la structure et
     de la composition de l’intérieur

       2- Évaluation des sources d’énergie
            et du transfert thermique

    3- Évolution passée de l’intérieur, lien
   avec la surface, l’atmosphère et l’orbite.
2.1 – Source: Énergie d’accrétion

                                         Fusion de la phase glace contenue dans
                                                    les planetesimaux
Fusion de la glace
 et dévolatisation

Sédimentation des
 roches silicatées

  Accretion
 homogène                           h : facteur de conversion de l’énergie cinétique
                                               des impacteurs en chaleur

                                      Fusion de la couche externe dépendant du
                                       temps d’accrétion et de l’efficacité de la
                                            conversion de Ec en chaleur.
2.1 – Source: Énergie d’accrétion

                                                       Fusion de la phase glace contenue dans
                                                                  les planetesimaux
Fusion de la glace
 et dévolatisation

Sédimentation des
 roches silicatées

  Accretion
 homogène                                        h : facteur de conversion de l’énergie cinétique
                                                            des impacteurs en chaleur

                                                    Fusion de la couche externe dépendant du
                                                     temps d’accrétion et de l’efficacité de la
                                                          conversion de Ec en chaleur.

                Fusion nécessaire pour former une atmosphère primitive Æ origine du N2
                      (dévolatilization de NH3 et conversion par les UV et impacts)
               Æ Accrétion relativement rapide (
2.2 – Source: Énergie radioactive dans les silicates

                     t=tacc:   Erad~3-4TW
                     t=4.55Ga: Erad~0.5TW

Décroissance radioactive Æ refroidissement progressif de l’intérieur ?
2.2 – Source: chauffage de marée

         Excentricité actuelle : ~3% (3 x Europe, 20 x Ganymède)

 Circularisation
    de l’orbite

   Production
de chaleur interne

                          Dissipation de marée           Tension/Compression
                           Intérieur & surface           + mouvements fluides
2.2 – Source: chauffage de marée

    Excentricité actuelle : ~3% (3 x Europe, 20 x Ganymède)

Io: le meilleur exemple d’activité
 interne induite par le chauffage
             de marée
2.2 – Source: chauffage de marée

   Excentricité actuelle : ~3% (3 x Europe, 20 x Ganymède)

Pour Titan, pas de résonance orbitale majeure à la différence
                   des satellites galiléens.

     Dissipation de marée: perte d’énergie pour l’orbite
               Décroissance de l’excentricité
                 ÆSource d’énergie limitée

        Origine de l’excentricité élevée de Titan ??
2.3 – Calcul du chauffage de marée

Structure interne
 Glace I
                                      Équation                    Distribution radiale
             Océan                                 Déplacements
                                      de Poisson
                      Glace HP                      Contraintes
                                    Équations
           Silicate
                                  du mouvement     Déformations

            Fer

Potentiel de marée

                      aplatissement

                         élongation
2.3 – Chauffage de marée :Europe-Titan

      Maximum de la dissipation
    dans la couche de glace externe
         au-dessus d’un océan

                                      Dissipation dépendant
                                          fortement de la
                                       viscosité de la glace
2.3 – Viscosité des glaces: analogues terrestres

Viscosité (Pa.s)

                                         σ1-σ3 (MPa)
                                   Contrainte différentielle
2.4 – Différentiation de l’intérieur

                                                                      Séparation des matériaux
                                                                        silicatées et glacées:
                                                                         Fusion de la glace,
                                                                        différence de densité

                                                                       Retournement du noyau:
                                                                    formation d’un noyau de silicate
                                                   Ice I+MH

                                                              NH3-H2O liquid
                                                                 HP ice

                                                                 Silicate
After Loveday et al. 2001, 2003; Hirai et al 2001, 2003

                                                              Ice-MH-AMH
Methane Hydrate ~ Ammonia MonoHydrate                            +Silicate
     < Liquid water < High-pressure Ice
                < Silicate

        At Low pressure:
                 MH ~ AMH~Ice I
2.4 – Différentiation de l’intérieur

                                                                  Séparation des matériaux
                                                                    silicatées et glacées:
                                                                     Fusion de la glace,
                                                                    différence de densité

                                                                   Retournement du noyau:
                                                                formation d’un noyau de silicate

                                                           Ice I+MH
                                                          NH3-H2O liquid
                                                             HP ice
After Loveday et al. 2001, 2003; Hirai et al 2001, 2003

Methane Hydrate ~ Ammonia MonoHydrate                        Silicate
     < Liquid water < High-pressure Ice
                < Silicate

        At Low pressure:
                 MH ~ AMH~Ice I
2.4 – Transfert de chaleur: conduction vs. convection

Déclenchement de la convection thermique très dépendant de la viscosité,
elle-même très dépendante de la température:

                                           1 / n −1                m/n
                             ε&                       D                    E a  Tref    
    η (T , ε&, D ) = η ref           
                                       
                                                      ×
                                                       D
                                                               
                                                               
                                                                         × exp
                                                                               RT  T
                                                                                           − 1 
                                                                                                
                             ε& ref                   ref                  ref          

Couche de glace externe : instable pour Tocean~270 K et b>10-20 km.
                            stable jusqu’à plus de 50 km si Tocean
2.4 – Transfert de chaleur: convection thermique dans la couche de glace

                                                       Flux de chaleur en surface (mW/m2)
                                              80
   Cas d'Europe:                              60
                                              40
                                              20
b = 20 km                                      0
ηb = ηmax                                                                                   ∆T=170K
   = 1.5x1014Pa.s                                          Champ de température (K)
                                              0

                                                                                                                  ~ 8 km
∆T=Tb-Ts=170K                                                                               Couvercle conductif
                           Profondeur (km)

⇒ Ra= 1.6x106                                 5

Ea=50 kJ.mol-1                               10
⇒ ∆η= 1.2x106
                                             15
Hmax=2.7x10-6 W.m-3
                                             20
                                                                 OCEAN                      Température (K)
                                                     Flux de chaleur sortant des silicates
 Sans chauffage de marée                     Flux de chaleur évacuée en base de couche (mW/m2)

Avec chauffage de marée
                                                   0       10       20        30       40
                                                                     X (km)
2.4 – Transfert de chaleur: couplage avec le chauffage de marée

         Fort couplage entre génération et transfert de chaleur:
                        Influence de la viscosité
2.4 – Transfert de chaleur: convection thermique dans le manteau silicaté

                                                       1500 K

                                                       300 K
2.4 – Changement de phase: glace-eau

                   Le taux de cristallisation de la
                   couche d’eau liquide dépend :
                            - des sources d’énergie
                            - du transfert thermique
                            - de la chimie (NH3, H2SO4)
2.4 – Changement de phase: glace-eau

                                     Le taux de cristallisation de la
                                     couche d’eau liquide dépend :
                                              - des sources d’énergie
                                              - du transfert thermique
                                              - de la chimie (NH3, H2SO4)

Mais le transfert thermique dans la couche externe et la
production de chaleur de marée dépend de l’épaisseur de la
couche et de la température de l’océan.

             Système fortement couplé
Plan de l’exposé

    1- Détermination de la structure et
     de la composition de l’intérieur

       2- Évaluation des sources d’énergie
            et du transfert thermique

    3- Évolution passée de l’intérieur, lien
   avec la surface, l’atmosphère et l’orbite.
3.1 - Méthane dans l’intérieur

Ancienne vision

             Lunine and Stevenson, Icarus (1987)
3.1 - Méthane dans l’intérieur
Clathrate de CH4: stable jusqu’à haute pression/ faible densité   Atmosphère   de vapeur:
                                                                    remontée progressive en surface
                                                                  H2O, NH3, N2, CH4, CO2
                                                    Courbe de stabilité des clathrates de CH4
    Glace I + Hydrate

               NH3-H2O
              Glace HP

                Silicate

                Glace-
               MH-AMH
               +Silicate
                              Libération rapide
                            des clathrates de CH4
                                   lors du
                           retournement du noyau
                                  (t
3.1 - Méthane dans l’intérieur
Clathrate de CH4: stable jusqu’à haute pression/ faible densité   Atmosphère   de vapeur:
                                                                    remontée progressive en surface
                                                                  H2O, NH3, N2, CH4, CO2
                                                    Courbe de stabilité des clathrates de CH4

            Clathrate de CH4
               NH3-H2O

               Glace HP

                Silicate

                              Libération rapide
                            des clathrates de CH4
                                   lors du
                           retournement du noyau
                                  (t
3.2 - Modèle d’évolution à long terme
 Transfert thermique:                      Dissipation de marée et évolution orbitale
modélisation numérique                           Atmosphère de vapeur:
                                                  H2O, NH3, N2, CH4, CO2
                                Modèle
                         de structure interne
                               de Titan

Diagramme de phase:
  Expérience HP-BT                                   Circularisation de l’orbite

                                                   Évolution de l’intérieur silicaté
3.2 - Modèle d’évolution à long terme
 Transfert thermique:                      Dissipation de marée et évolution orbitale
modélisation numérique                           Atmosphère de vapeur:
                                                  H2O, NH3, N2, CH4, CO2
                                Modèle
                         de structure interne
                               de Titan

Diagramme de phase:
  Expérience HP-BT                                   Circularisation de l’orbite

                                                   Évolution de l’intérieur silicaté
Évolution de l’intérieur silicaté
Hypothèses sur la composition
                                              Puissance émise par le noyau silicaté
du noyau:
             Glace I
1. Silicate hydraté:
  ρsil=3000 kg.m-3, H0=3.10-11 W.kg-1,
 Rsil=1900 km, xsil=0.64

2. Silicate terrestre (manteau sup):
 ρsil=3300 kg.m-3. H0= 4.10-11 W.kg-1,
Rsil=1800 km, xsil=0.6.

             Glace VI
3. Silicate anhydre enrichi en fer:
 ρsil=4000 kg.m-3, H0= 5.10-11 W.kg-1,
 Rsil=1625 km, xsil=0.53

                                                    Dissipation de marée négligeable
Ksil=3-5 W.m-1.K-1; csil=800-1200 J.kg-1.K-1
Température pour initier la convection: 1400-1500-1600 K
3.2 - Modèle d’évolution à long terme
 Transfert thermique:                      Dissipation de marée et évolution orbitale
modélisation numérique                           Atmosphère de vapeur:
                                                  H2O, NH3, N2, CH4, CO2
                                Modèle
                         de structure interne
                               de Titan

Diagramme de phase:
  Expérience HP-BT                                   Circularisation de l’orbite

                                                   Évolution de l’intérieur silicaté
3.3 - Simulations de l’évolution à long terme

         Paramètres d’entrée:             A typical simulation
             Composition:
               xsil=55%,
          xNH3=5%,xCH4=2.5%
                                           pure clathrate layer

                Orbite:
               e0=13,5%

         Viscosité de la glace
       proche du point de fusion:
             η0=1014Pa.s

• NH3 or/and CH4 nécessaire pour
expliquer le maintien de l’excentricité
orbitale élevée (3%) depuis la
formation de Titan.

• État d’équilibre atteint apres 2.5 Ga
peut sensible à la quantité initiale de
clathrate de CH4.
3.4 - Résultats synthétiques
                Relation entre la viscosité de la glace
                ηm, l’excentricité orbitale initiale e0 et la
                teneur en ammoniaque xNH3

                qq % de NH3 nécessaire pour expliquer
                l’excentricité actuelle.

                Rôle de la composition de l’intérieur
                silicaté (1, 2, 3), de la viscosité de la
                glace et de la teneur e ammoniaque sur
                l’épaisseur du réservoir de clathrate de
                CH4 et le début de la convection dans la
                couche de glace externe (début du
                dégazage) .

                Les modèles avec un noyau silicaté
                partiellement hydraté + qq % de NH3
                permettent le maintien de l’excentricité et
                induisent un dégazage suffisant pour
                maintenir le CH4 dans l’atmosphère.
3.5 - Histoire possible du dégazage de méthane
3.6 - Dégazage des autres gaz

                                               • Dégazage de 40Ar, 36Ar, CO
                                               pendant les deux premiers épisodes
                                               de dégazage massif de CH4 (0.5-1
                                               Ga, 2-3 Ga).

                                               • Séquestration de H2S, C2H6, Xe
                                               sous forme de clathrates à la base
                                               de l’océan.

Hersant, Gautier, Tobie, Lunine (2006)

             40Ar, 36Ar,
                       CO détectés par le Huygens GMCS
            dans l’atmosphère de Titan (en plus de CH4 et N2)
3.7 – Simulation du dernier épisode de dégazage

Tobie et al., Nature (2006)
                                 Dégazage géologiquement récent déclenché
                              par des panaches de glace chaude déstabilisant
                                       le réservoir de clathrate dans la croûte.
3.7 - Simulations incluant un mélange de glace et de clathrate
3.7 - Simulations incluant un mélange de glace et de clathrate
3.7 - Simulations incluant un mélange de glace et de clathrate
3.7 - Simulations incluant un mélange de glace et de clathrate
3.7 - Simulations incluant un mélange de glace et de clathrate
3.7 - Simulations incluant un mélange de glace et de clathrate
3.7 - Simulations incluant un mélange de glace et de clathrate

                     Profile de température
3.7 - Simulation incluant la fracturation du couvercle

  Zone de faiblesse
3.7 - Simulation incluant la fracturation du couvercle

  Zone de faiblesse
3.7 - Simulation incluant la fracturation du couvercle

  Zone de faiblesse
3.7 - Simulation incluant la fracturation du couvercle

  Zone de faiblesse
3.7 - Simulation incluant la fracturation du couvercle

  Zone de faiblesse
3.7 - Simulation incluant la fracturation du couvercle

  Zone de faiblesse
3.7 - Simulation incluant la fracturation du couvercle

  Zone de faiblesse
3.7 - Simulation incluant la fracturation du couvercle

  Zone de faiblesse
3.7 - Simulation incluant la fracturation du couvercle

                   Profile de temperature
3.8 – Confrontation aux donnees Cassini-Huygens

CASSINI:                                 Radar                     VIMS
Radar: -surface jeune peu cratérisé
      -écoulement: cryomagma ?
                     hydrocarbure ?
      -cryovolcan?
      -activité tectonique ancienne

VIMS: -cryovolcan ?
      -composition ?
                                      Lopes et al. LPSC 2005      Sotin et al. Nature 2005
SSI: - peu de cratères
                                                     Volcans
                                                    sur Titan ?
                                                           DISR
HUYGENS:
DISR: -réseau fluviatile
      -lacs asséchés
      -glace d’eau en surface

GCMS:- 14N/15N, 12C/13C, 40Ar
3.8 – Confrontation aux donnees Cassini -Huygens

CASSINI:                              INTERPRETATION:
Radar: -surface jeune peu cratérisé
      -écoulement: cryomagma ?        -resurfaçage récent  activité cryovolcanique
                     hydrocarbure ?                          hydrocarbures liquides
      -cryovolcan?                                         -> éruption massive
      -activité tectonique ancienne                                de méthane

VIMS: -cryovolcan ?                   -activité tectonique ancienne: effet de marée accru
      -composition ?                                                dans le passé
                                                                    -> excentricité élevée
SSI: - peu de cratères
                                      -14N/15N  échappement atmosphérique
                                                -> atmosphère primitive
HUYGENS:                              -12C/13C dégazage tardif
DISR: -réseau fluviatile                       -> éruption
      -lacs asséchés
      -glace d’eau en surface         -40Ar  altération aqueuse des silicates (40K)
                                                + cryovolcanisme et/ou dégazage
GCMS:- 14N/15N, 12C/13C, 40Ar                   -> océan chaud
CONCLUSIONS

       Résultats (1)
• État actuel : couche convective
d’un mélange de glace et de
clathrate de méthane (200km) + couche
de glace HP et noyau de silicate

• Activité cryovolcanique: 3
grands épisodes de dégazage
(0.5-1 Ga, 2-2.5 Ga, >4Ga)
expliquant la composition actuelle
en CH4, 40Ar, CO de l’atmosphère
CONCLUSIONS
         Résultats (2)
 • Panaches de glace au-dessus de
 l’océan d’eau et ammoniaque
 capable     de   déstabiliser les
 clathrates de méthane

 • Fracturation de la croûte aidée
 par le contraction de l’intérieur due
 à la cristallisation de l’océan.

 • Dissociation des    clathrates
 d’ammoniaque favorisée par la
 présence d’ammoniaque.

De nombreuses observations à venir
• Surface/nuages: VIMS, Radar, ISS

• Interieur: Radio Science Subsystem
                                         Et peut-être une éruption en direct ….
Encelade : une lune « cryo » volcaniquement active

                   Jets de gaz et de particules de glace au pôle sud
                   d’Encelade, associés à une anomalie thermique
                   importante et une zone tectoniquement très active.

                     Activité cryovolcanique probablement
                     induite par le chauffage de marée.
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