L'évolution chimique à la surface de Titan étudiée en laboratoire

 Par Olivier Poch, doctorant au LISA

Titan, le plus gros satellite de Saturne, est l’objet de nombreuses études car c’est un monde actif, géologiquement et chimiquement parlant. La chimie à l’œuvre dans l’atmosphère et à la surface de Titan semble particulièrement complexe et elle pourrait nous renseigner sur des processus d’évolution des molécules carbonées, dont certaines constituent les briques de base du vivant tel qu’on le connaît sur Terre. Cette chimie, amorcée dans la haute atmosphère de Titan, donne lieu à une cascade de réactions chimiques produisant des molécules carbonées (hydrocarbures, nitriles etc.) de plus en plus complexes, jusqu’à des particules solides, des aérosols, qui constituent la brume orangée donnant sa couleur caractéristique à Titan.

Titan et son atmosphère épaisse dont la brume organique masque la surface, et la petite lune glacée Tethys © Nasa/JPL/Space Science Institute

Des expériences menées sur Terre, en laboratoire, tentent de comprendre ce que deviennent ces aérosols lorsqu’ils se déposent sur sa surface glacée. À l’aide de dispositifs expérimentaux simulant la chimie à l’œuvre dans l’atmosphère, il est possible de synthétiser des analogues d’aérosols de Titan. Une expérience de ce type menée au LISA (CNRS, Universités Paris-Est et Paris Diderot) et au LGPM (École Centrale de Paris), avec le soutien du CNES et de l’INSU, a permis de produire des analogues d’aérosols et d’étudier leur évolution dans des conditions simulées de la surface ou du sous-sol de Titan.

À la surface de Titan, la température avoisine les -180°C et le sol est constitué de glace d’eau dure comme la roche. Cependant, des études montrent que des réservoirs d’eau liquide sont susceptibles d’exister en sous-surface, et des observations de la sonde Cassini-Huygens montreraient des coulées d’eau mélangée à de l’ammoniac, répandues à la surface via des cratères volcaniques. C’est l’évolution des aérosols de Titan dans ces conditions (eau liquide avec et sans ammoniac) qui a été étudiée par l’équipe du LISA.

L'expérience PLASMA, au LISA, où sont générés les analogues des aérosols de Titan : les tholins

Suite à un travail préliminaire mené en 2010 et grâce à la mise en place d’un protocole d’analyse optimisé, une nouvelle étude a permis de préciser les rendements de production d’urée et d’acides aminés lorsque ces aérosols sont au contact de réservoirs d’eau liquide ou d’ammoniaque. Après 10 semaines d’évolution, les résultats montrent que les rendements mesurés dans l’eau et l’ammoniac, sont de 6 à 12 % pour l’urée et s’échelonnent de 0.001 à 0.4 % pour les acides aminés glycine, alanine, acide aspartique, et l’uracile, une base azotée. Ces résultats indiquent que de tels réservoirs sur Titan peuvent donner lieu à la production de molécules d’intérêt prébiotique comme les acides aminés, qui constituent des briques primordiales de la vie sur Terre, et invitent à s’interroger sur une éventuelle complexification ultérieure de la matière organique sur Titan ou dans un potentiel océan sous-terrain.

Pour en savoir plus :

O. Poch, P. Coll, A. Buch, S.I. Ramírez,F. Raulin, Production yields of organics of astrobiological interest from H2O–NH3 hydrolysis of Titan’s tholins Planetary and Space Science 61 (1), 114-123, 2012 (lien science direct)