Titan, le plus grand satellite naturel de Saturne, est le seul connu pour présenter une atmosphère très dense (riche en diazote). Principalement constitués de lacs d’hydrocarbures, ses paysages variés ressemblent beaucoup à ceux observables sur Terre. Seulement, les matériaux sédimentaires sont différents entre les deux corps planétaires et la formation des dunes de sable sur Titan restait jusqu’ici mystérieuse. Une nouvelle hypothèse suggère qu’un équilibre de phénomènes d’abrasion et de frittage (par le vent et les rivières) permet de stabiliser la taille des grains sur Titan, lors de transports sédimentaires saisonniers.
Avec la Terre et Mars, Titan est le troisième corps planétaire du Système solaire à présenter des preuves d’environnements sédimentaires étendus et diversifiés, comme des lacs, des rivières, des canyons érodés, des plateaux et des dunes de sable. De fait, Titan et la Terre possèdent des paysages similaires, même si des matériaux différents les constituent.
Sur notre planète, la majorité des roches sédimentaires sont des calcaires composés en majorité de carbonates de calcium. Au cours du temps, les roches silicatées s’érodent en grains de sédiments, et se déplacent sous l’effet des vents et des cours d’eau pour se déposer en couches de sédiments qui finissent par se transformer en roches.
Sur Titan, les particules solides libres (ou sédiments) sont probablement constituées de grains d’hydrocarbures mous, enclins à se décomposer rapidement en poussière. Pourtant, les dunes équatoriales de Titan sont actives depuis plusieurs centaines de milliers d’années, ce qui suggère qu’un mécanisme doit produire des particules de la taille du sable à ces latitudes.
Le transport actif et saisonnier de sédiments façonne les paysages modernes de Titan
Mathieu Lapôtre, géologue à l’université de Stanford, et ses collègues, ont alors cherché à identifier le processus qui permet aux substances à base d’hydrocarbures de former des grains de sable, en fonction de la fréquence des vents et des cours d’eau. Ceci dans le but de montrer comment les dunes de sable et les plaines se forment sur la lune de Saturne. « Notre modèle ajoute un cadre unificateur qui nous permet de comprendre comment tous ces environnements sédimentaires fonctionnent ensemble », a déclaré Lapôtre dans un communiqué de l’université de Stanford.
Par ailleurs, Titan est étudiée car il s’agit d’une cible intéressante pour une possible habitabilité. « Si nous comprenons comment les différentes pièces du puzzle s’assemblent et leur mécanique, alors nous pourrons commencer à utiliser les reliefs laissés par ces processus sédimentaires pour dire quelque chose sur le climat ou l’histoire géologique de Titan — et comment ils pourraient avoir un impact sur les perspectives de vie sur Titan », a ajouté le géologue.
En observant la distribution latitudinale des reliefs de Titan, il semblerait qu’un fort contrôle du climat et de ses saisons agissent sur les processus de formation de ses paysages : les dunes de sable sont largement concentrées autour de la ceinture équatoriale de la lune, les plaines sont indifférenciées aux latitudes moyennes, et les terrains labyrinthiques et les lacs sont près des pôles. Les modèles et observations ont été rapportées d’engins spatiaux (notamment lors de la mission Cassini-Huygens), indiquant que le transport actif et saisonnier de sédiments façonne les paysages modernes de Titan.
L’équilibre entre abrasion et frittage permet de stabiliser la taille des grains de sédiments
Lorsque les vents et les rivières emportent les grains de sable, il se produit un phénomène d’abrasion qui a tendance à réduire la taille des grains. Dès lors, un autre phénomène doit le contrebalancer pour que la taille des grains de sable soit stable au fil des années. Les chercheurs ont posé l’hypothèse d’une combinaison d’abrasion et de « frittage » : lorsque les grains sont au repos, ils peuvent fusionner en un seul grain plus gros.
Pour vérifier cette hypothèse, il se sont basés sur les ooïdes, de petits grains sédimentaires terrestres. On les trouve le plus souvent dans des mers tropicales peu profondes comme celles des Bahamas. Les vagues et les tempêtes tendent à diminuer la croissance de ces grains là où, au contraire, ils se développent par précipitation chimique. Cet équilibrage dans la taille des grains pourrait aussi se produire sur la lune de Saturne, d’après les chercheurs.
« Nous montrons que sur Titan (tout comme sur Terre et avant sur Mars), il y a un cycle sédimentaire actif qui peut expliquer la distribution latitudinale des paysages par l’abrasion et le frittage épisodiques conduits par les saisons de Titan », a déclaré Lapôtre. « C’est assez fascinant de penser à l’existence de ce monde alternatif si lointain, où les choses sont si différentes et pourtant si semblables ».