Systèmes aqueux et organiques dans les satellites de glace – OASIS

L’exploration des systèmes de Jupiter et de Saturne par les missions Galileo (1996-2003) et Cassini-Huygens (2004-2017), respectivement, a révélé que plusieurs lunes autour de Jupiter (Europa, Ganymède et Callisto) et autour de Saturne (Titan, Encelade, Mimas) possèdent un océan d’eau salée sous leur surface glacée. La composition de ces océans résulte probablement de processus aqueux complexes impliquant des interactions entre l’eau, les roches et la matière organique et les divers éléments volatiles à partir desquels ces lunes se sont formées. Ces processus aqueux étaient vraisemblablement vigoureux durant les premières phases d'évolution peu de temps après l'accrétion. Néanmoins ils peuvent être encore actifs à présent dans certains corps glacés comme en témoigne l’intense activité observé par Cassini au pôle sud d’Encelade. L’analyse des grains de glace émis par Encelade indique en effet la présence de sels et de molécules organiques mélangés à la glace, apportant ainsi des précieuses informations sur la composition d de l’océan interne et indirectement sur la processus aqueux à son origine. La coexistence d’eau, de molécules organiques et de sels, ainsi qu'une importante source de chaleur liée aux effets de marée pourraient conduire aux premières briques du vivant. Même s’il n’y a pas encore d’indice direct, des ingrédients similaires pourraient être également présents à les océans internes d’Europe, Titan ou Pluton. Evaluer le potentiel astrobiologique de tels environnements océaniques nécessite une meilleure compréhension des processus aqueux à l’œuvre à l’intérieur de ces objets.

Le but du projet OASIS est de comprendre comment ces processus aqueux ont contrôlé l’évolution chimique de ces mondes glacés et quelles conséquences ils ont sur l’habitabilité de leurs océans sous-glaciaires. Dans ce contexte, nous quantifierons l’efficacité et la durée potentielle des interactions eau-roche au cours de l’évolution des mondes glacés, les conséquences des altérations aqueuses sur la matière organique, et les conditions pour lesquelles ces processus aqueux peuvent demeurer actif jusqu'à présent. Ces objectifs seront atteints en combinant des expériences de laboratoire d’altération aqueuse de minéraux et de composés organiques par des solutions avec des teneurs variables en NH3 (et CO2) représentative de différents contextes des mondes glacés à une modélisation des interactions fluide-roche et de l’évolution de la composition des fluides depuis la phase d’accrétion jusqu'à présent. Ce travail sera principalement focalisé sur Encelade et Titan, en support à l’interprétation des données collectées par la mission Cassini-Huygens. Certains aspects de ce travail, notamment la signature compositionnelle des produits d’altération, seront également utilisés pour la préparation des futures missions d’exploration des lunes de Jupiter, Europe et Ganymède. Plus généralement, le projet apportera des contraintes expérimentales et théoriques sur les processus aqueux dans les mondes glacés, qui pourront être utilisé pour une variété d’objets glacés riches en éléments volatils, notamment Pluton et les gros objets de la ceinture de Kuiper.

Le programme de recherche de projet OASIS sera organisé autour de deux investigations complémentaires, chacune d'elle divisée en trois tâches. Les objectifs du projet OASIS seront atteints en associant des chercheurs ayant des compétences complémentaires en expérience d’altération, en modélisation thermodynamique et en dynamique interne du LPG (Nantes), de GeoRessources (Nancy) et du CRPG (Nancy), ainsi que de collaborateurs internationaux. Pour remplir ces objectifs, la demande budgétaire inclut les salaires pour 2 doctorants (dont un en co-tutelle avec l’Université Charles de Prague) et pour un post-doc. A cela se rajoute une demande de financement pour l’acquisition d’équipement expérimental et leur cout d'opérations, pour l’acquisition de nœuds de calculs ainsi que pour des frais de mission.